疲劳模型评价海底粉土不稳定性的应用

该文探讨疲劳模型在评价海底粉土不稳定性中的应用。研究表明以超孔压为疲劳参数 ,以 Ψ 作为孔压产生率的疲劳模型可用于预测海底粉土中超孔压的产生和累积。基于已有的疲劳模型 ,借鉴以孔压作为疲劳参数 ,运用包含有周期循环数的公式来预测超孔压的累积的思路 ,将粉土的动三轴孔压累积曲线用一条渐进线来代表 ,从而用一种新的且较简单的疲劳模型可预测超孔压的均值。     

波致粉质土海床剪切破坏及其强度演化的试验研究

本文以黄河三角洲粉质土为研究对象,开展了波致海床剪切破坏过程中孔压响应与土体强度变化的室内水槽试验研究,试验过程中,先后在模拟海床床上施加5、10、15cm波高的模拟波浪荷载,同步测量海床内不同深度处的孔压变化,并对海床进行贯入阻力测试和不排水抗剪强度测试。研究发现:海床中孔压响应过程的规律为孔压快速累积-孔压缓慢消散,在该过程中海床内最容易形成大幅度的孔压累积、孔压响应最强烈的位置,也是海床内土体强度的逐渐丧失以及土体剪切破坏是处开始发育的深度;波浪作用下粉质海床剪切破坏后会在海床内部一定深度处出现明显的弧形破坏界面,破坏土体沿界面随波浪作振荡运动,且破坏范围经历先扩展后回缩的过程,剪切破坏界面以下会有强度硬层的发育,强度硬层的形成与演化直接受剪切破坏过程控制,最终整个海床出现明显的强度非均质化;在孔压响应过程中孔压比即超孔压与上覆有效应力比值存在临界值K(本文水槽试验所得K=0.5),当超过K值时,土体贯入阻力和不排水抗剪强度降低,发生剪切破坏,这是波浪作用提供的剪切力以及超孔压累积导致海床内部抗剪强度降低共同作用的结果。     

动荷载作用下海底粉土的孔压响应及其动强度

本文选用近海分布较广的粉土为研究对象 ,利用室内动三轴试验结果 ,找出动荷载作用下粉土的动应力应变关系 ,分析模拟波浪荷载作用下粉土中的孔压响应、临界循环次数 ,确定波浪作用下粉土的应力状态、破坏临界循环次数 ,判断不同深度处的粉土发生液化的可能性及发生液化所需要的时间 ;研究粉土在动荷载作用下的强度降低 ,为海上工程设计和施工提供科学依据。     

波浪作用下黄河口粉土液化与振荡层形成试验研究

通过室内水槽试验,观察波浪作用下土体产生的现象,分析了土体内孔隙水压力的变化及波浪作用后土体粒度组成变化特征,研究了波浪荷载作用下黄河口粉土液化和"振荡层"的形成过程。试验及讨论结果表明:在波浪作用下,上层粉土体大部分时间处于液化状态;由液化土形成的振荡土层与下部土层之间形成"W"形的滑动面,振荡土层的厚度随着波浪作用时间的增加而变小;在波浪的振动和孔隙流体的共同作用下,土颗粒重新排列,细粒物质向上迁移,土体底部土颗粒粒径较为粗大,振荡层范围内土颗粒粒径组成相似,粒径分布范围较小;其内部孔压比随深度和波浪作用次数的增加而较少,土体内部积累的超孔压逐渐消散,海床土体逐渐趋于稳定。     

波浪作用下粉土海床中的孔压响应试验研究

海床在波浪作用下是否稳定对海底工程的安全至关重要,海床的稳定性与土体中的孔压响应密切相关。水槽模拟试验表明:在波浪的作用下,黄河三角洲粉土海床中将产生振荡孔隙水压力和累积孔隙水压力。振荡孔隙水压力大小与土层深度、波高和粘粒含量有关,其振幅(能量)在土层中随深度的增加呈指数衰减,且粘粒含量越高衰减越快;加载波高越大,能量衰减越快。而累积孔压响应模式表现为在波浪作用最初的一段时间内,孔隙水压力快速上升,然后逐渐减小而趋于稳定,其大小和速率也与波高、粘粒含量、土层埋深有关,粘粒含量越高,孔压累积速度越低。     

波浪作用下海床孔压累积过程离散元数值模拟

海床土层在波浪的循环荷载作用下会逐渐累积孔压,降低土层的稳定性,并威胁海上工程。为了研究孔隙水压力的累积机制,本文提出离散元孔隙密度流方法,并改进研发离散元分析软件MatDEM,实现了海床沉积物孔压的累积过程模拟。基于现场试验装置及土体力学参数建立离散元模型,通过对比试验和数值模拟结果发现:对海床沉积物施加波浪荷载后,表层土体中产生较高孔压,并逐渐向深层传递;在循环波浪荷载作用下,土颗粒间孔压累积范围逐渐增加;当孔压累积时间足够长时,土层中孔压收敛于所施加最大荷载与最小荷载的平均值,此时若孔压达到初始有效应力,土体将发生液化,内部土颗粒成为再悬浮沉积物;在周期性波浪荷载作用下,土颗粒液化悬浮后发生移动,浅层颗粒位移量大,土体整体表现为圆弧形移动。     

海洋粉质粘土在波浪荷载作用后的不排水抗剪强度衰化特性

通过对南海重塑粉质粘土土样的大量动三轴试验结果分析,得到此种土在波浪荷载作用后不捧水抗剪强度衰化同动载作用引起的动应变幅及平均累积孔压之间的相互关系和预估公式;并通过与超固结土样的静三轴剪切试验结果的比较,发现动、静三轴两种试验结果具有很好的吻合关系。建议可用超固结土样的静三轴剪切试验同时结合部分动三轴试验来预估土样在波浪荷载作用后不排水抗剪强度衰化与平均累积孔压之间的关系。     

黄河口埕岛海域粉土波致孔压现场监测

波浪会对海床产生反复的作用力，由此引起的土体颗粒间孔隙水压力变化是造成土体液化的主要原因。使用自行研发的孔压监测设备，对黄河口埕岛海域易液化区海底孔压进行了长时间、高精度的观测，并对孔隙水压力、波高以及潮位间的关系进行分析。监测结果显示，本次监测条件下波浪最大作用深度介于0.5～1.5 m之间，超过该作用深度后孔压无明显变化。土体内部孔隙水压力的变化主要由潮位和波高决定，潮位的作用可使孔压缓慢平滑的变化且对超孔压无影响；波高的作用可使孔压快速、剧烈地振荡并导致超孔压的出现。     

内孤立波浅化破碎过程斜坡沉积物孔压响应特征实验分析

观测资料显示内孤立波沿斜坡浅化过程对海底沉积物的作用犹如一台水中吸尘器，在破碎转换阶段达到最强，甚至会触发一系列地质活动，引发地质灾害。为界定此过程中沉积物的动力响应特征和影响因素，在大型重力式分层流水槽中模拟不同振幅内孤立波和不同类型沉积物斜坡连续作用过程，利用孔隙水压力采集系统实时记录孔隙水压力变化，对比分析不同水动力、坡度、沉积物类型情况下沉积物中超孔压变化特征。分析结果表明，内孤立波破碎过程，破波位置海床表层波压力和不同深度超孔隙水压力都存在相似的"U"型负压力变化过程；破碎波经过位置沉积物表现为和表面波压力正相关的孔压响应特征。破碎点沉积物中超孔压幅值随深度减小，约在6%波长深度位置减少到坡面压力的50%。超孔压幅值和内孤立波振幅、沉积物类型和斜坡度密切相关，坡度由0.071变化到0.160时，波压力幅值可增大至1.6倍。内孤立波振幅变化不影响不同类型海床土动力响应规律，只与超孔隙水压力值大小有关，内孤立波对海床的动力作用可认为弹性作用。     

循环荷载作用下非饱和粉质底床渗流试验研究

设计了模拟波浪作用下底床渗流的试验装置,制备了不同饱和度的粉土底床。通过室内试验,对比了饱和粉质底床和非饱和粉质底床对循环荷载的响应。室内试验表明,气体的出现降低了底床的饱和度,影响了底床的稳定性,在循环荷载作用下底床更容易发生渗流,出现泥火山等现象。同时,分析实验数据发现孔压没有明显累积,因此,本文中引起渗流发生的作用为瞬态孔压,而非残余孔压。     

Experiment and analysis of the formation,expansion and dissipation of gasbag in fine sediments based on pore water pressure survey

Deep-seated gas in seabed sediments migrates upwards from effect of external factors, which easily accumulates to form gasbags at interface of shallow coarse-fine sediments. Real-time monitoring of this process is important to predict disaster. However, there is still a lack of effective monitoring methods, so we attempt to apply multi-points pore water pressure monitoring technology when simulating forming and dissipation of gasbags in sediments through laboratory experiment. This study focuses...     

Excess pore pressure observation in marine sediment based on Fiber Bragg Grating pressure sensor

Abstract

Fiber Bragg Grating (FBG) technology has emerged as a relatively new sensing technology for engineering applications because of lots of advantages. In this study, a large diameter probe instrumented with FBG pressure sensors to monitor excess pore pressure in marine sediment is proposed. The principle of FBG differential pressure sensor was introduced. Laboratory tests were carried out to check the workability and stability of the FBG pressure sensor. Offshore field test was also conducted in a wharf in Qingdao of China to evaluate the feasibility of the proposed probe. The installation procedure of the probe was introduced in detail. The excess pore pressure in dissipation test, after installation and pulling process were reported. The permeability coefficient of marine sediment was calculated based on the measured data. The field data show that the proposed probe based on FBG pressure sensor has good feasibility and accuracy in monitoring the excess pore pressure of marine sediment. The generation and dissipation of excess pore pressure is closely related to the degree of soil disturbance. The variation of excess pore pressure after installation can reflect the tide well in the site.     

Shaking table study on liquefaction behaviour of different saturated sands reinforced by stone columns

Abstract

Liquefaction is a phenomenon developed in loose and saturated layers of sands subjected to dynamic or seismic loading, and often leads to excessive settlement and subsequent failures in structures. Several methods have been proposed to improve soil resistance against liquefaction, among which use of stone columns is one of the most applicable methods. In this research, the effect of stone columns with different geometries and arrangements on the liquefaction behaviour of loose and very loose saturated sands subjected to vibration is investigated using shaking table. Results of the experiments show that when using stone columns in sand layers, the level of maximum settlement is significantly reduced. Further, the presence of stone columns significantly reduces pore water pressure ratio. This further indicates that stone columns have a positive effect and reasonable performance, even in relatively strong earthquakes, provided that the number and cross-section of the columns are sufficient. In addition, stone columns reduce the pore water pressure dissipation time. Moreover, by increasing cross-sectional area and the number of columns, both pore water pressure and settlement decrease. Stone columns in loose sand have a greater effect on the reduction of pore water pressure compared to that of very loose sand.     

Wave-induced pore water pressure in marine cohesive soils

1 IntroductionSeafloor stability has engaged more and more at-tention of mankind with the exploration of ocean re-sources. The damages caused by seafloor instability areubiquitous in the world.Many researchers carried out studies on the porewater pressure buildup and liquefaction caused bywave-induced loading. Seed and Rahman (1978) first-ly developed a methodology in which the generationand contemporaneous dissipation of pore water pres-sure can be evaluated. Then Ishihara and Towhata(1983)…     

黄河水下三角洲沉积物在循环荷载作用下土体中孔压变化实验研究

利用室内周期循环加载试验 ,对黄河水下三角洲土体中孔隙水压力的变化加以测定 ,通过对波浪水槽试验和动三轴试验 2种方案所获数据分析认为黄河水下三角洲土体 (粉土、粘质粉土、粉质粘土 )存在一破坏的循环极限荷载。在小于此极限循环荷载作用情况下 ,土体中孔隙水压力总体呈现下降趋势 ,没有积累升高的过程 ,不同于砂土在循环荷载作用下孔隙水压力升高导致液化的情况。这一现象对判别黄河水下三角洲土体破坏机制的研究有重要意义。     

不同破碎波对沙质海床作用的实验研究

破碎波对近海海岸地形以及海岸建筑物影响强烈,通过物理模型实验对孤立波、规则波作用下破碎带的床面形态以及孔隙水压力进行分析。破碎波冲击海床,破碎处床面上形成沙坝和沙坑,与规则波相比,孤立波破碎时对床面的冲刷更加剧烈,床面形成的沙坝和沙坑尺度更大,且土体内孔隙水压力幅值也较大。同时研究了波面变化对孔隙水压力的影响,发现波面变化历时曲线与孔隙水压力历时曲线相似,与孔隙水压力梯度历时曲线更为相似,说明波面变化更能反映海床内部孔隙水压力梯度的变化。通过探讨波浪与海床之间相互耦合作用,发现破碎带地形变化使得波浪出现不同破碎类型,分析得出卷破波比崩破波作用下孔隙水压力幅值大。