粉质土底床液化塌陷量形成试验研究

黄河三角洲海床沉积物质为粉质土,在大的风暴浪作用下海底浅表粉质土能够发生液化,形成塌陷凹坑。以黄河三角洲粉质土铺设底床,进行液化粉质土形成塌陷的波浪水槽试验,在底床粉粒和砂粒不随水流脱离液化区的前提下,对形成塌陷量的贡献因素进行了分析。根据试验数据,估算了黏粒迁移析出与液化区底床密度增大对液化致塌陷凹坑的贡献度,得出黏粒迁移析出贡献一般大于55%。试验还发现在波浪作用下粉质土液化后黏粒发生迁移,原均质底床黏粒含量在垂向上出现2个分段特点的重新分布,分段点处于水土界面、底床液化最终界面和最大液化界面上,每段以上少下多分布。     

黏粒含量对粉质土液化发生的作用机制

近年来,海岸沉积的粉质土在波浪作用下发生液化的问题开始被关注和研究。由于粉质土中含有黏粒成分,其液化机制可能与砂性土不同。通过对不同黏粒含量的粉质土进行循环荷载三轴试验,获得孔压、应变的变化曲线。以应变5%为土体破坏标准,结合土体的微结构特征,分析认为粉质土由于黏粒含量不同,存在液化破坏和触变破坏两种导致液化发生的机制。     

落球法测定波动液化土粘滞性的试验研究

海底的粉质土在波浪作用下发生液化,液化后的土体产生流体一样的波动。本文在进行液化粉质土波动试验过程中,利用落球法进行了液化土的黏滞系数的测试试验。试验采用了铜质、铁质和氧化锆等不同密度的光滑球体,通过位移传感器记录密度球在液化后土体中的位移和运动时间,换算出密度球在液化土体中沉降的平均速度,利用斯托克斯公式计算给出液化土的黏滞系数。结果给出试验用液化土体的黏滞系数在10kPa·s的量级。     

波浪作用下海底粉质土液化过程的速率特征

海底的粉质土在强烈波浪作用下会发生液化现象。粉质土从液化发生到最后形成流体有其变化的过程。本文针对黄河三角洲的粉质土,进行了波浪水槽试验和现场监测试验,记录了孔压在粉质土液化过程中的变化,给出了波浪作用下粉质土液化过程的速率特征。试验结果给出:海底粉质土在波浪作用下某一深度层的液化发展迅速,水槽试验重塑土用孔压增长速率反映的液化发展速率平均为0.15kPa/min,现场监测原状土液化发展速率平均为0.29kPa/min;水槽试验重塑土和现场监测原状土均出现液化深度自上而下的发展过程,本文水槽试验条件和现场条件给出的液化深度发展平均速率分别为0.01和0.10m/min。     

波致土体液化下水体含沙量垂向分布试验研究

本文利用波浪水槽试验,对底床粉质土液化状态下水体垂向含沙量分布特征进行了研究。试验结果表明,波浪导致粉质土液化情况下,水体含沙量在近底边界层出现激增,含沙量垂向分布形态呈现出近于L型的特征。     

底床粉质土液化下波动水体含沙量垂向L型分布特征试验研究

根据现场大风浪条件下的实测资料,粉质土海岸水体中的含沙量沿垂向具有上部均匀、近底突增的分布特点,即呈L型分布特征。利用黄河三角洲粉质土作为试验底床开展波浪水槽试验研究,揭示了底床粉质土在波浪作用下产生液化情况的水体含沙量沿垂向存在L型分布特征。根据试验现象以及悬沙粒度变化,分析认为底部高含沙层的形成主要受粉质土液化后细颗粒析出的影响,上部水体中悬沙由湍流脉动维持。对粉质土海岸大风天气期间水体含沙量剧烈增加采用波致粉质土液化的观点进行了初步解释。     

波浪导致粉质土海床破坏过程试验研究

以黄河三角洲粉质土底床为研究对象,通过水槽模拟试验,研究了不同波高波浪荷载作用下底床的破坏过程与特点。研究发现,波浪导致粉质土底床在孔压累积和剪应力耦合作用下由表及里破坏;在波浪作用下粉质土底床破坏过程分为土体扩展过程和土体恢复过程,在扩展过程中,破坏土体与波浪同步振荡,边界不断扩展直至极限深度。在恢复过程中,破坏土体振荡由深到浅逐渐停止,稳定后出现细粒土夹层;破坏土体的长度﹑深度和体积间呈幂函数关系,破坏土体的范围主要由深度决定;波浪作用停止后,动力固结不足的原破坏土体在新一轮波浪作用下可能会再次破坏;基于极限平衡理论对波致粉质土底床的破坏深度范围进行了初步的预测,并与试验结果进行了对比分析。     

波致粉土底床液化泥沙出流形式试验研究

入海河口三角洲浅海环境中的低坡度粉土海底,受到长期波浪荷载或短期风暴浪作用,能够出现浅表层软弱区局部液化,液化后的泥沙继续受波浪作用,发展成更大规模的海底地质灾害,对海洋开发活动及设施构成严重危害。本文采用黄河三角洲粉土铺设试验底床,进行粉土底床液化后泥沙出流形式的波浪水槽试验,发现波浪作用下粉土底床液化后,液化泥沙将从源区出流。根据波浪水槽试验泥沙液化出流的过程与形式,将底床分为液化流动源区、坡面区、边壁区以及原始底床区四部分,前三个区域的循环转化推动液化泥沙以分层堆积推进的形式出流。本试验研究给出了浅海环境中一种可能的粉土底床液化出流形式。     

波浪作用下液化粉土流动特性拖球试验研究

粉质土大量存在于黄河水下三角洲地区,粉土液化过程中具有类似流体的性质,可以把液化过程中的粉土视为黏性流体进行研究。基于流体力学中Stokes黏滞阻力原理,在波浪水槽试验基础上,设计了一套测量液化过程中粉土流变特性的拖球装置,并对其实用性进行验证。在铺设有粉土底床的波浪水槽中埋入可以水平滑动的小球,通过拖动小球在粉土中水平运动,测量小球所受阻力值的大小,用以计算液化粉土表观动力黏度。充分考虑试验中波浪要素、超孔压比等因素的影响。结果表明,该装置能够满足试验要求;波浪循环荷载作用下,观察到了孔压的累积至液化的过程;波浪参数对结果有较大影响,其中波高越大,表观黏度值越小;同一波高情况下,表观黏度随时间缓慢增加;随着超孔压比的升高,波浪作用下粉土表观黏度值逐渐减小。     

波浪作用下沉积物中重金属Cu释放规律研究

黄河水下三角洲位于半封闭的渤海内部,海底沉积物中重金属Cu污染严重,且该区域多发风暴潮,引起沉积物再悬浮甚至液化,导致沉积物中重金属Cu重新释放进入海水中。本研究以黄河口粉质土作为底床,采用室内波浪水槽试验模拟重金属Cu在不同水动力条件下,通过静态扩散、底床未液化状态下再悬浮以及底床液化状态下再悬浮3种方式进入上覆水体的释放过程。结果表明:上覆水体中重金属Cu的浓度分布与悬浮泥沙浓度分布密切相关,呈现出一致的变化规律;沉积物液化会明显促进重金属Cu向上覆水体中释放,底床液化再悬浮阶段上覆水体中溶解态Cu的浓度为静态扩散阶段的18倍,为底床非液化再悬浮阶段的11倍;此外,底床液化会导致沉积物中重金属Cu向深处扩散,扩散深度约为沉积物液化深度的一半。     

液化粉质土底床中块体存在的试验求证

调查发现在黄河和密西西比河水下三角洲的塌陷凹坑地貌中存在有块体,有研究表明此塌陷凹坑由波浪作用下海底土体的液化形成。液化土体中存在的块体,在运动中会对海底结构物产生强烈的冲击作用,并导致液化后的海底工程地质性质不均匀。海底液化的土体中块体存在及其原因尚未有研究解释。本文以粉质土铺设底床,进行了2次底床固结时间不同的波致液化的水槽试验。通过测试底床的贯入阻力和分析玻璃珠在液化土体中的沉降分布状态,认为土体固结时间长,形成结构性块体,是液化土体中存在块体的原因。     

水下土体剪切界面摩擦力试验研究

基于在自行改进设计的水下土体剪切界面摩擦力测定装置进行的室内试验结果,对不同粒组、含水率及剪切速率条件下土体剪切界面抗剪强度和摩擦力进行了研究。试验结果表明,不同土体间剪切界面抗剪强度和摩擦力与土体颗粒粒组、含水率相关性表现不同。随着含水率的增加,粉砂抗剪强度和摩擦力呈增加趋势,细砂、中砂抗剪强度和摩擦力受含水率变化影响较小。土体颗粒粒组不同,抗剪强度和摩擦力有明显差异,表现在粉砂大于细砂和中砂,小于黏粒含量较高的粉土,细砂和中砂的差别较小。试验条件下得到的粉砂、细砂、中砂土体与粉质土底床间的水下剪切界面摩擦力值在0.2~1.0kPa区间,并结合海洋地质实例说明界面摩擦力的应用。     

波致液化粉质土有效应力变化的试验数据分析

海床不稳定性的现象很多都是海底液化引起的。根据之前的研究,粉土在液化之后有效应力会依然存在,关于波浪作用下海床液化之后有效应力变化的研究很少。采用波浪水槽实验,在未液化和液化2种情况下,分别施加不同波高的波浪,对底床各层位土体孔隙水压力进行采集,并对比研究。实验结果表明,液化后有效应力的相对值相对于液化前有很明显的减小,并且在深度上表现出显著的差异性,这种差异性随着波高的增大而减小。当相同深度处同一种波高作用一定时间时,有效应力会出现极大值,然后有效应力会减小。     

不同粘粒含量粉质土的动力强度特性研究

通过室内实验研究了黄河三角洲地区粘粒质量分数为3%～15%的饱和粉土动力强度特性.使用动三轴施加轴向动力,测得试样在动荷载作用下达到破坏时所需的振动次数及破坏过程中孔隙水压力的变化情况.试验结果显示每一组试样在不同循环应力作用下饱和粉土的破坏振次随剪应力比的增加而减小.通过对比分析不同粘粒含量粉土动强度特征曲线,得出粉土动强度对粘粒含量有很大的依赖性,在一定粘粒含量范围内,粉土动强度随粘粒含量增加先减小后增大.     

不同粘粒含量粉质土动孔压发展模式试验研究

以黄河三角洲粉质土为研究对象,采用动三轴试验方法,探讨不同粘粒含量对粉质土孔压发展变化的影响,给出不同粘粒质量分数的粉质土动孔压的发展模式,并对动孔压发展模式表达式中的系数进行讨论。结果表明,动孔压发展模式公式中b值代表了粘粒质量分数对土体孔隙水压力发展的影响,9％为不同粘粒质量分数土体孔隙水压力发展的拐点,拐点前后孔隙水压力的发展模式不同。     

黄河口埕岛海域表层沉积物土性的区域变化及其机理分析

搜集汇总黄河口埕岛海域地质勘察资料,研究该区土性参数区域分布特征,包括分析海域内土体类别,绘制不同区域内地基承载力、标贯击数、粘粒含量、含水量、孔隙比和液塑限等值线图.研究发现,海域表层土体主要由粉土和粉质粘土组成,此外还有小面积的粉砂和淤泥质土,中部大面积地区为粉土,东南区域分布有粉质粘土和淤泥质土;地基承载力较高的区域主要分布在海域中部与西南部,海域的北部与东南部土体强度较低,并且含水量、孔隙比和液塑限也较大,土性区域变化与水深变化特性较为一致.最后分析土性区域变化机理认为,极端海况下该区土体发生液化剪切破坏,沿斜坡滑移运动一定距离后再次沉积可形成这种现象.     

液化粉质土波动压力试验研究（英文）

海床土对波浪响应以及波致海床液化失稳的问题,已经有很多研究成果,而波浪作用海床液化土波动压力的研究还未见报道。采用波浪水槽实验,在未液化和液化两种情况下,分别施加不同波高的波浪,对底床各层位采集土体土压力,进行分析。实验结果表明,液化前后总土压力变化不明显,液化后的土动压力比液化前增大几倍到十几倍,且沿着深度的衰减速度更快。根据试验获得结果,进一步分析,提出了在水槽试验条件下的土动压力与波浪要素之间的经验公式。同时指出,在工程设计中应注意因底床液化引起的土动压力的增加的现象。     

粉质土海岸微地貌形成及泥沙问题的工程地质分析

通过对渤海湾粉质土海岸中的黄河水下三角洲的塌陷凹坑地貌形成、埕岛海域海底电缆中断、黄骅港外航道泥沙骤淤、东营港航道开挖试验段淤积等问题进行原因分析,结合该类海岸粉质土在波浪作用下的动力特性,认为风暴期间在强烈的波浪循环荷载作用下,粉质土在趋于液状化过程中强度降低,被波浪剪切形成振荡滑动,导致运动泥沙的异常增量。因此,在研究粉质土海岸泥沙运动问题中,应注意考虑由于海底粉质土的工程地质特性而造成的泥沙侵蚀或淤积量的异常变化。     

循环荷载下粉土液化流动特性拖球试验研究

基于流体力学中的Stokes黏滞阻力理论,以振动台试验为基础,开发了一套测量液化过程中粉土流变特性的拖球试验装置。在铺有粉土海床的模型箱内埋设光滑小球,通过测量小球水平运动过程中所受阻力值的大小,计算粉土液化的表观动力黏度,分析粉土液化过程中的表观动力黏度与超孔压比之间的关系,以及液化后表观黏度与应变率的变化规律。试验结果表明,振动台试验下,孔隙压力表现为迅速上升,粉土迅速达到液化状态;振动过程对海床固结影响较大;粉土海床在未达到完全液化状态时（ru<1）,表观黏度随超孔压比增大而减小,在液化状态下（ru=1）,剪应力随应变率增大而减小,粉土呈现出剪切稀化的特点,为典型的非牛顿流体特征。     

大洋多金属结核矿区表层沉积物的物理性质

利用大洋多金属结核矿区调查过程中4个航次所得的600多组表层沉积物物性测试资料,将矿区的沉积物分为5种类型,并分析了这些沉积物的物理性质,同时,运用回归分析方法,统计分析了不同类型沉积物的含水量、湿密度、孔隙比与埋藏深度的关系,以及各物性指标之间的相关关系。结果表明:(1)大洋多金属结核矿区表层沉积物均为粉质土,黄棕色粉质土是西部矿区的主要沉积物类型,棕黄色粉质土是东部矿区的主要沉积物类型;(2)除褐色粉质土外,其余4种类型土的含水量、孔隙比均随埋藏深度的增加而减少和降低,湿密度则随深度增加而增大;(3)各类土的物性指标与埋藏深度的相关性甚好,因而可以利用埋藏深度对矿区的沉积物进行物性指标预测;(4)含水量、孔隙比、湿密度等物性指标之间呈线性相关,其中含水量与孔隙比的相关性最为密切,呈明显线性关系。