塑料排水板在海岸工程水下软基处理中的应用

通过综合分析工程建设区域的自然条件和地质条件,对比选取塑料排水板排水固结法加固护岸工程的水下软土地基。系统介绍了塑料排水板的加固机理、排水板的选型、施工工艺、质量控制要点。经过对处理后地基的沉降、位移的长期跟踪观测,结果表明:采用排水板排水加固水下软土地基,取得了理想效果,具有一定的工程指导意义。     

黄河水下三角洲液化与未液化粉土的工程地质性质对比研究

以黄河水下三角洲埕岛海域海底粉土为研究对象,分析液化后重新固结粉土与未发生过液化粉土的工程地质性质差异,从浅地层剖面影像、土体的静力学参数、动力学参数、微结构特征等方面对比论述二者的不同,从而分析液化对粉土工程地质性质的改造作用。研究结果表明,粉土液化后层理结构消失,土体的主要静力学参数及动力学参数均增大,微结构特征表现为面孔隙比、圆形度及分形维数均减小,总体上土体液化固结后工程地质性质提高,若使液化过的粉土再次发生液化,需要更大的外动力条件才能实现。由于液化后粉土层理结构改变,细粒物质析出,颗粒重新排列,形成更加稳定的结构,从而强度随之增大。     

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。     

波浪加载下海底土质特性变化的研究

通过不同的制样方法 ,在水槽中模拟了多种海底在波浪作用下的变化行为。试验发现 ,加压排水固结的砂质粉土海底在波浪作用下较稳定 ;加压不产生排水而固结的砂质粉土海底易受波浪的冲刷 ;自然条件和轻微振动的砂质粉土海底最易受到波浪的扰动破坏 ,形成塌陷凹坑。粘粒含量较高的粉质粘土对波浪的反映不敏感 ;下卧软土层土体在上覆压力下的变形量与含水量关系密切 ,含水量越高 ,变形越大。试验结果证明 ,波浪会引起沉积物性质发生改变 ,也是引起海底形态变化的主要原因。     

粉土液化再固结过程中的波速特征及物理性质试验研究

强振动荷载作用下海底沉积物可能会发生液化。为了解粉土振动液化和再固结过程中波速特性与物理性质的变化规律,采用振动台试验模拟地震作用,针对不同状态的土体开展了波速测量和土体物理性质测试,研究了纵、横波速度的变化规律以及与物理性质之间的相关性。试验结果表明:与原始固结状态相比,粉土液化后纵、横波速度降低;液化再固结后土体纵、横波速度明显升高。纵、横波速度与沉积物物理性质具有良好的相关关系,与密度、平均粒径呈正相关,而与孔隙度、含水量具负相关性。相对于纵波速度,横波速度对沉积物的物理性质更敏感,能更好地刻画沉积物物理性质的变化。     

海堤分期施工预压的试验及其观测与分析

本文介绍了东海塘试验堤的分期填筑预压、现场测试及分析计算成果。表明地基的实测沉降量大于常规计算的沉降量;实测孔隙水压力证明地基浅层已发生排水固结,其消长规律可用以判断地基的固结度;地基强度增长的估算,用改进的单向排水固结计算方法,算得的强度与实测十字板强度比较接近;稳定分析采用分期分区的实测强度,经过电算,能反映实际情况。本文还介绍用有限元法计算变形和孔隙水压力得到的较好结果。最后对其他有关问题也进行了讨论。     

基于CPTU解释黏性土不排水抗剪强度方法研究

黏性土的不排水抗剪强度Su是海上风电工程设计中重要的力学参数之一,孔压静力触探测试（简称CPTU）无法直接测得黏土强度,但其所提供的锥尖阻力、侧摩阻力以及孔隙水压力与土体的不排水抗剪强度存在映射关系,国内外基于CPTU已经演化出多种解释土体不排水抗剪强度计算公式。基于滨海某海上风电项目,开展了原位CPTU试验、三轴不固结不排水（UU）、三轴固结不排水（CU）、固结快剪（CQ）以及船上微型十字板剪切（MVST）试验,对已有计算公式的适用性进行了校验,分析发现需根据区域场地情况对其中经验系数进行相应的调整以提高计算精度。研究基于CU试验结果,结合工程实例对原有公式中经验参数进行优化修正,最后通过误差分析,验证了修正预测模型的准确性与合理性,利用改进后的修正预测模型可使江苏地区海域黏性土不排水抗剪强度的计算得到更准确的结果。     

真空预压处理港口吹填区软土地基的应用研究

根据工程地质实际情况设计施工工艺,把握施工技术的要点,确保密封系统的密封效果,减少膜下真空度的损失,是应用真空预压技术处理港口吹填区大面积软土地基的关键。结合威海港威海湾港区新港作业区的工程实例,对应用真空预压技术进行港口吹填区大面积软土地基处理的施工工艺、技术要点等做了详细论述,并实时监测了真空预压过程中膜下真空压力、孔隙水压力、表层沉降及分层沉降等的变化,掌握其发展规律,用于判断真空预压技术处理软土地基处理的效果。通过对各项监测数据的对比分析,得出了提高该技术处理软土地基效果的相应的结论,可供类似工程参考借鉴。     

饱和软基爆炸排水机理的初步研究

本文在现场实验研究的基础上，提出了饱和两相介质在爆炸动载下排水固结机理的一维简化模型。数值计算结果表明在强动载作用下，土层中两相介质由于运动惯性不同，两者会出现分离运动，土体的排水速度与两相介质的运动有关。动载作用后两相介质仍具有较大的惯性，继续排水，这与静载下是不同的。土中孔隙压力的变化与两相介质运动有关，计算值与实测值在量级上有可比性。     

电阻率法监测黄河口海床沉积物固结过程现场试验研究

为了研究黄河口海床沉积物固结过程中电阻率同工程力学性质指标的对应关系,探索海床土体固结过程的新型原位监测技术,本文在黄河刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河口快速沉积形成的流体状沉积物和观测研究粉质土海床的固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位土工测试手段,实时测定固结过程中海床土强度变化和孔隙水压力消散过程;同时通过埋置自行研制的环形电极探杆,实时测定海床土固结过程中的电阻率变化。通过对比分析海床土电阻率与工程力学性质指标的同步测定数据发现:黄河口饱和粉土的电阻率与微型贯入试验测得的土体贯入强度,静力触探试验测得的比贯入阻力,十字板剪切试验测得的不排水抗剪强度(峰值强度、残余强度)均呈乘幂关系,且相关性良好;海床沉积物在固结过程中的电阻率与孔隙水压力呈负线性相关性。     

波浪作用下沉积物中总石油烃的迁移释放规律

海底石油管线泄漏可能导致海床内部形成高浓度石油污染。在波浪作用下,海床沉积物易发生再悬浮甚至液化失稳现象,进而导致海床内部石油类污染物通过多种途径向水体再次释放并在土体内部发生迁移,造成更大范围的石油扩散。本研究以总石油烃（Total Petroleum Hydrocarbon,TPH）设为代表性污染物,将污染泥浆以椭球状埋设在沉积物内部,采用波浪水槽试验研究不同强度波浪作用下TPH向上覆水体的释放规律及在沉积物内部的迁移规律。结果表明,在沉积物静置固结阶段前期,TPH随孔隙水由沉积物向上覆水体迁移释放,固结阶段前期TPH向上覆水体的释放量高于后期。在波浪作用未引起沉积物液化阶段,波浪促进石油类污染物向水体释放的作用较弱,由于悬浮泥沙对石油类污染物的吸附作用,水体中石油类污染物的浓度略低于静置固结阶段。在波浪作用引起沉积物液化阶段,随着悬浮泥沙浓度升高,TPH向上覆水体释放量加大;TPH在沉积物内部垂向迁移及平面扩散迁移距离加大,平面迁移距离大于垂向迁移距离,垂向扩散深度与液化深度基本一致,污染土体体积占比约为土体未液化时的3倍。     

粉质土吹填场地即时扰动压实效果模拟试验研究

中国及海上丝路国家围海吹填造陆以及疏浚过程中船舶泥沙舱的吹填土,在土质为细颗粒组分时,均存在压密固结时间较长问题,需要采取新的有效处理技术加以解决。本文提出针对吹填粉质土的即时扰动促沉技术,达到吹填土快速排水固结的目标。采用即时扰动促沉技术,开展了分层吹填即时扰动和一次吹填分层扰动两种模式的室内模拟试验。通过与静置固结模式的比较,结果表明:即时扰动促沉技术对吹填粉质土场地有明显的加速固结效果,而采用分层吹填即时扰动和一次吹填分层扰动两种模式的加固效果相当,前者综合效益更好。该试验结果为细颗粒吹填土的快速固结提供了新的处理方法。     

舟山近海海相吹填泥浆的性状研究及处理技术建议

通过对临近长峙岛一侧的海相吹填泥浆的物理化学及力学分析,结果表明:海相吹填泥浆的含水率高,初始孔隙比大,初始极限抗剪强度低;海相吹填泥浆含盐量高,且离子交换量偏大,致使微观颗粒被较厚的扩散水膜所包围;土粒骨架间的水膜较厚,各向异性的超载会加剧吹填料的体积变形,破坏粒间结构;天然状态下吹填泥浆的"片架-片堆"结构特征极为显著,微观-介观结构极不稳定,若盐类矿物出现降解、析出,其固相骨架将被局部化破坏。本文对舟山长峙岛海域的原位海洋土的研究可以了解吹填泥浆的性状,以期为真空预压排水固结技术用于区域内围海造陆工程提供科学依据。     

波浪作用下黄河口粉土海床粗化室内模型试验研究

利用室内水槽模型实验,对黄河口粉质海床土在波浪荷载下的粗化现象进行了研究,试验中观测了土体表层沉积物的变化,测量了土体内孔隙水压力及土的粒径变化,结合高密度电阻率法探测结果分析探讨了波浪作用下土体粗化机理.研究表明,波浪作用会使粉质海床土发生明显的粗化现象;土体液化是波浪导致粉土粗化的首要条件;土体内超孔隙水压力累积及消散是细颗粒物质迁移的主要动力.该结果对于研究黄河口粉土海床地貌的形成有一定参考意义.     

黄河水下三角洲浅表土体的风暴液化问题探讨

黄河水下三角洲的地质勘察揭示了海底浅表地层发生的各种灾害地质现象。本文以风暴浪导致海底土体液化观点,结合土体动力三轴试验、波浪水槽试验,对黄河水下三角洲浅表地层土体的液化发生条件、形成模式、液化土体运动以及地层发生的重新层化问题进行了分析,指出黄河水下三角洲的灾害地质由于风暴浪导致海底粉质土液化运动而形成,液化后土体运动形式与波浪运动一致,液化土体运动造成的土颗粒分异而使地层重新层化,并初步指出了风暴浪导致海底土体液化在地学、环境、工程等方面的研究问题。     

黄河水下三角洲塌陷凹坑构造形成的水槽试验研究

黄河三角洲沉积物以粉土为主,在黄河水下三角洲发现大量的塌陷凹坑微地貌,平面形态以封闭的圆形或椭圆形为主,直径为10～30m,凹坑内扰动土体与下部稳定土体界面呈向上凹的圆弧面。通过室内波浪对粉土底床作用的水槽试验,发现波浪可以使粉土底床浅表部分土体振荡运动,底床发生振荡运动土体处形成凹坑,凹坑内土体表层为落淤黏土,下部为粗化粉土。据此分析黄河水下三角洲塌陷凹坑构造形成的一种模式是：在风暴浪侵蚀作用阶段,局部浅表土体发生振荡运动从而产生凹坑,凹坑内扰动土体因波浪的振荡作用而离析溢出细粒黏土成分,从而形成比周围物质成分粗的土体;在静水状态下,凹坑内表层落淤细粒黏土,形成下粗上细的二元结构,凹坑内沉积物呈透镜体状。黄河水下三角洲塌陷凹坑的形态规模对研究风暴作用具有很好的指示意义。     

考虑预载固结效应的海底浅基础承载力包络面演化规律研究

由于预载下土体固结,海底浅基础的承载力会随作业时间的增加而改变,其时变效应评估困难。基于修正剑桥模型,采用水土耦合有限元方法研究了预载作用下浅基础在正常固结黏土海床中承载力破坏包络面的时变规律。在验证数值模型准确性后,通过位移探针测试获取复合加载模式下浅基础的破坏包络面,揭示了预载和固结程度对基础承载力和破坏包络面的影响,给出了预载作用下浅基础承载力包络面计算方法。结果表明：随着预载比增加,固结单轴承载力呈现线性增长,固结承载力增幅在水平向最大;部分固结承载力相对增幅与预载比无关,而随固结度变化;破坏包络面形状由预载比控制,而包络面大小由预载比和固结度共同控制。研究结果可为海洋浅基础的时变承载力评估提供参考依据。     

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。     

波浪引起海床内部孔隙迁移试验研究

本文通过室内方形水槽开展了波浪荷载对孔隙迁移过程影响的试验研究。结果表明,对于松软土体,波浪荷载会导致土体发生剪切破坏形成滑动层,而孔隙水则会在累积孔压作用下沿着滑动层形成的孔隙发生迁移。波浪荷载导致土体内部孔隙迁移,其迁移过程受外界荷载以及土体性质影响显著。含气泡的孔隙会在波浪循环荷载过程中的负压作用和气体自身浮力作用的共同影响下发生迁移,循环荷载中的负压作用越强,含气泡的孔隙越容易发生迁移。孔隙向上迁移后会导致底部土体的密实度增加而上方土体的密实度下降。土体的松软程度会影响滑动面的形成,越松软的土体越容易形成滑动面。相比于密实土体,孔隙在滑动面中更容易发生迁移。     

管道结构垂向—侧向耦合管土作用机理性试验研究

钢制悬链线式立管的触地段与海床会发生频繁的相互作用,对管道的安全性影响很大。首先探索干土环境下管土作用的机理有助于更好地理解真实海况下管道—湿土作用规律。试验测试是研究管土作用最可信最直接的手段。进行了垂向及侧向管土作用机理性试验,根据土体抗剪强度验证了试验中相互作用机理与管道尺寸的无关性。研究了不同运动速度对土体反力的影响,发现运动速度对垂向及侧向管土作用均存在一定的放大效应,而垂向低速工况下放大效应不明显;接着分别研究了垂向与侧向管土作用的规律,分析了土体反力变化的成因,最后针对管土垂向—侧向的耦合效应进行研究,发现不同的垂向深度会极大地影响侧向管土作用。为后续的管道—含水土体相互作用试验奠定基础,也可为陆上管土作用相关研究提供参考与建议。