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。     

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。     

波浪作用下粉质土海床液化界面波压力的研究

波浪作用下粉质土海床的液化是影响海上平台、海底管线等海洋构筑物安全的灾害之一。在进行构筑物设计中应考虑海床液化的深度问题,而液化土体对下部海床的界面波压力是计算海床孔隙水压力增长以及液化深度的重要参量。本文基于波致粉土海床自上而下的渐进液化模式,利用双层流体波动理论,推导了考虑海床土体黏性的海床界面波压力表达式,并与不考虑黏性时的界面波压力进行了比较分析。结果表明,计算液化后土体界面波压力时,是否考虑液化土体的黏性对结果影响较大,进而可能影响粉质土海床液化深度的确定。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

黄河水下三角洲浅表土体的风暴液化问题

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.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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

黄河沉积粉土渗透系数变化研究

现代黄河三角洲以粉质类土沉积为主，土体渗透系数是三角洲上进行工程开发活动时需要考虑的主要参数之一，其变化规律目前还缺乏系统的研究。本文采集原状土样，利用模拟加栽渗透实验，研究固结压力、渗透压力对黄河三角洲粉质土渗透系数的影响，得到土样在不同方向上渗透系数随固结压力和渗透压力的变化规律，并通过扫描电镜试验，从微观结构上探讨了土体渗透系数变化规律的机理。     

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.     

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。