椰丝纤维加筋对钙质砂强度影响的试验研究与机理分析

通过纤维加筋来加固南海钙质砂对我国南海岛礁海岸带边坡防护的安全稳固具有重要意义。本文将南海钙质砂掺入不同含量(0.2%、0.5%、0.8%、1.1%、1.4%和1.7%)的椰丝纤维,通过室内三轴试验,对椰丝纤维加筋钙质砂的应力-应变关系、纤维掺量对峰值强度及割线模量的影响进行了研究。试验结果表明：加筋钙质砂的抗剪强度和割线模量随椰丝掺量先增大后减小。当椰丝纤维掺量为1.4%时,加筋钙质砂的峰值强度和割线模量分别为293 kPa和2.85 MPa,此时纤维掺量为最佳;当椰丝纤维掺量为1.1%时,加筋钙质砂峰值强度所对应的应变最大,此时椰丝在砂土中分布较为均匀,延性效果最好。研究成果可对纤维加筋钙质砂应用于南海岛礁海岸带边坡防护提供试验数据和理论依据。     

珊瑚砂动力特性研究进展

综述了颗粒破碎、围压、孔隙水压力、主应力方向等对珊瑚砂动强度、液化特性的影响,总结了珊瑚砂在复杂应力条件和微生物胶结固化后的动力特性研究进展。对珊瑚砂动力特性进一步研究进行了分析,指出应重点研究岛礁珊瑚砂在波浪荷载、爆炸荷载和地震等作用及耦合作用下的动力特性,建立复杂应力条件下考虑珊瑚砂颗粒破碎特性的动本构模型,加强珊瑚砂在地震作用下的液化机理及抗液化工程措施研究,加强岛礁恶劣环境下现场原位试验研究,完善微生物固化珊瑚砂动力特性研究等,不断丰富和完善珊瑚砂动力特性研究成果,为岛礁工程建设服务。     

波致砂土海床剪切与液化破坏特征对比研究

波浪作用下海床的稳定性直接影响着海洋构筑物的安全。目前在波土相互作用的研究中,虽然较多地涉及到对海床液化或剪切破坏的分析,但缺乏不同海床计算厚度和饱和度等条件下二者破坏特征的对比研究。本文基于波浪作用下海床应力的解析解,对砂土海床的剪切破坏和瞬态液化破坏特征进行了详细研究和对比。结果分析表明,对于波浪作用下不同饱和度的砂土海床,其剪切破坏深度随海床计算厚度的增加表现为3种变化模式,而其液化深度随海床计算厚度的增加则只表现为1种变化模式。相比非饱和砂土海床,饱和砂土海床计算厚度较小时才可能发生液化,且其液化深度最小,但相同条件下对应的剪切破坏深度却最大。波浪作用下砂土海床存在一个最不稳定厚度,其数值约为(0.2~0.3)倍波长,此时海床最易发生破坏,且破坏深度较大。波浪作用下砂土海床的剪切破坏在波峰和波谷处均可能发生,而瞬态液化只发生在波谷位置,且其液化深度位于剪切破坏深度范围内。     

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。     

海底粉质土波致液化的判别程序与计算方法

海底土体在波浪作用下能否产生液化是海岸工程所关心的问题。借鉴地震液化判别使用的砂土液化判别方法,将海底粉质土波致液化的判别分为初判和复判2个阶段。初判以所致海床土体发生破坏的临界循环应力比界限指标来判别,以土质基本特征和波浪条件为参数,对某海域海底液化形成判断;复判以波致海床土体中剪应力与实际土体的动剪切强度比较来判别。结合已有研究成果给出了波致土体液化判别的具体方法。     

波浪诱发松散海床渐进式液化的数值分析

近海区域广泛分布着第四纪新沉积的松散海洋土,波浪荷载作用下松散海床会发生液化进而对近海结构物的稳定性存在巨大威胁。本文采用中国科学院流体-结构-海床相互作用数值计算模型FSSI-CAS 2D,选用Pastor-Zienkiewicz-Mark Ⅲ（PZⅢ）弹塑性本构研究了波浪诱发的松散海床液化问题。分析了波浪荷载引起的松散海床内超孔隙水压力、有效应力以及应力角的时程变化特性,并预测了松散海床的渐进液化过程。计算结果表明,波浪荷载作用下松散海床内残余孔压会累积增长,海床表面最先发生液化,然后逐渐向下发展至液化最大深度。同时指出海床内超孔隙水压力的竖向分布特征和应力角的变化时程均可以作为判断海床液化的间接参数。最后,通过应力状态分析,讨论了海床渐进式液化的发展过程和趋势。     

现代黄河水下三角洲砂土液化模式

根据实际勘探资料及室内土工试验结果，按极限平衡理论和线性波动理论等，分析了现代黄河水下三角洲砂土在地震和波浪动力因素的作用下发生液化的可能性，并根据其液化过程实质是孔隙水压力产生、发展和消散的过程，总结出砂土液化模式应包括四个阶段；（１）压密阶段：孔隙水压力升高至砂土本身强度，使颗粒产生相对位移；（２）初始液化阶段：孔隙水压力升至土层所受侧向压力，产生较大应变；（３）完全液化阶段：孔隙水压力升至土层上覆有效应力，产生喷水冒沙现象；（４）塌陷形成阶段：孔隙水压力消散。     

波浪荷载下非均质海床响应的实验研究

在海洋环境中,海床土体由于地质成因通常是非均质的。由于非均质海床在波浪荷载下的海床响应与均质海床相比存在较大差异因此大批学者通过数值法和解析法对波浪荷载下非均质海床响应问题做了全面研究,但相关室内试验尚处于起步阶段。通过一维圆筒实验对不同类型非均质海床在波浪荷载下的响应情况做了详细的实验研究,不仅探明了非均质海床在波浪荷载下的响应及液化规律,也为相关理论及数值研究提供了实验依据。对实验结果的参数分析和液化分析可知,非均质海床的渗透系数对实验结果影响明显,渗透系数较大的非均质海床将产生更大的孔隙水压力响应及更小的海床液化。     

椭圆形主应力轴旋转路径下饱和密砂动强度特性试验研究

针对海床在波浪荷载作用下的应力状态,利用大连理工大学的"土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪",针对相对密实度为70%的福建标准砂进行了一系列应力控制式轴向一扭转双向耦合的不排水循环剪切试验试。通过分别控制轴向与扭转应力幅值,研究了椭圆形主应力轴旋转应力路径下两个剪切分量对饱和砂土的动强度及其剪切特性的影响。结合所得试验结论,说明了目前广泛用于动强度分析的循环剪应力表达式无法正确反映椭圆形主应力轴旋转应力路径下的动强度,并提出了一个新的动应力表达式用于分析复杂应力路径的动强度特性。     

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。     

埕岛海域波浪引起不同区域土体的液化程度

收集埕岛海域地区近十余年的地质勘察资料,汇总该区地质灾害的类型及其分布情况,发现该区存在着凹坑、冲沟、滑塌、泥流舌、海底穿刺、粗糙海底和埋藏古河道等地质灾害,在海域西北、中部和东南部均有分布,简要探讨形成机理,计算波浪循环荷载在海床中产生的循环应力比,以及根据标贯击数和黏粒含量建立土体的循环阻抗比,然后,计算不同风浪等级下每个钻孔1m深度处土体抗液化安全系数,采用surfer8.0软件绘制安全系数等值线图。发现抗液化性能较好的区域主要分布在海域中部三块地区,随着风浪等级增大,整个区域内液化面积也逐渐扩大,海域东南地区有少量油井和管线分布,区地质灾害发生频率较高,土体抗液化性能较差,工程设施应重视较大风浪期间土体液化对其安全性能的影响。     

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。     

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。     

波流共同作用下海底人工边坡动态响应分析

为了研究波流共同荷载作用下开挖基槽附近海床动态响应和液化破坏情况,提出一个二维耦合计算模型,采用雷诺时均纳维-斯托克斯（RANS）方程描述波浪运动情况,通过设定侧边界条件实现稳定流场。海床部分通过求解Biot固结方程,得到波流荷载下海床中的应力和位移情况。将模型计算结果与水槽试验数据和解析解进行比较,验证了波流模型和海床模型的有效性。在此模型基础上,分析得到了开挖之后海床新的应力和固结状态。同时,通过参数分析得到了波流耦合情况下波浪形态的变化,以及海流对海床液化情况和孔压情况的影响。最后,通过线性回归计算得到最大液化深度与流速的拟合关系曲线。计算结果可用于判断基槽开挖后不规则海床的液化情况,对相关研究和实际工程具有一定参考意义。     

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。     

波致粉质土液化过程中物理力学性态变化试验研究

粉质土底床在波浪作用下发生液化,发现有液化发展和液化沉积两个过程。以粉质土铺设底床开展波浪水槽试验,通过测试贯入阻力、含水量、密度、中值粒径和黏粒含量在液化过程中随时间的变化,给出粉质土在液化过程中物理力学性质的变化规律。试验给出:总体上,粉质土底床液化层在液化发展过程中强度急剧降低,含水量增加,密度减小,中值粒径增大,黏粒含量减少;在液化沉积(固结)阶段强度增大,含水量减小,密度增大,中值粒径增大,黏粒含量减少。     

埕岛油田人工岛结构与土相互作用的静力模型试验研究

在地震、海冰和波浪等海洋环境荷载作用下的人工岛与土相互作用非常复杂，很难用一个合适的数学模型进行描述和计算。据初步估计，静冰荷载是该人工岛结构的设计控制荷载。因此，本试验对人工岛结构在静冰力下结构与土的相互作用进行了研究，得出了人工岛结构筒壁内、外土压力分布，筒壁和桩的位移及应力变化以及桩和筒体各部位的土体抗力分担外荷的规律     

波浪作用下埕岛海域海底土液化分区

根据埕岛海域表层沉积物特征,结合该区的波浪实测资料推算的波浪要素,利用动三轴实验得到研究区土体在循环荷载作用下孔隙水压力的增长与振动次数的关系,计算研究区内海底土层的液化可能性和液化所需的时间,并根据土体在不同水深情况下达到液化所需的时间对研究海域进行了液化分区。结果显示,7-8 m等深线之间的海底土体由于受到波浪破碎作用的影响,最易发生液化,液化影响深度也最深,自该海域向近岸和远海,液化可能性降低;土层埋深为2.5 m以浅时,研究区大部分区域液化可能性为高,而到埋深为4 m时土层液化可能性明显降低。     

波浪作用下粉土中的孔压响应及其在粉土海床稳定性评价中的应用

粉土在波浪等动荷载作用下极易发生液化破坏,而孔隙水压力在粉土动力学行为中扮演了一个很重要的角色,其发展变化会直接影响到土体的稳定性。因此,通过室内波浪作用下的粉土孔压响应模型试验探讨了孔压与波浪之间的响应情况,发现波浪能量的影响沿土层深度递减,水深条件相同时,响应的孔压随波高的增大而增加,当波浪作用足够长时间后粉土发生液化破坏,此时粉土内累积的孔压小于上覆土体的自重应力。根据结果提出了1种评价粉土海床稳定性的方法。