黃河口粉質(zhì)土動力響應及海床滑動破壞研究.pdf

1、作為油田等海洋工程集中的區(qū)域--黃河口，粉質(zhì)土海床大量分布，海床沉積物所受動力主要為波浪循環(huán)載荷，在波浪循環(huán)荷載作用下海床沉積物中孔隙水壓力和土體強度發(fā)生變化，海床的穩(wěn)定性受到影響。而目前粉土的動力響應特性研究方面仍很薄弱，掌握粉土的動力響應特性正確評估波浪作用下海床穩(wěn)定性有利于保障海洋工程的安全。因此需要對波浪作用導致的黃河口海床內(nèi)孔壓變化和強度變化進行分析，進而評價海床穩(wěn)定性并對海床的滑動破壞進行研究。本文依托國家自然科學基金項目“

2、風暴對黃河水下三角洲侵蝕控制與海床液化”(項目號：41072215)及國家自然科學基金項目“黃河口侵蝕再懸浮物海床內(nèi)部輸供及控制因素研究”（項目號：41272316）開展工作。
　　為了分析波浪作用導致的黃河口海床內(nèi)孔壓和強度變化，進而研究海床滑動破壞，本文從以下三個方面分別進行研究：（1）波浪作用導致黃河口沉積物孔壓響應研究。在波浪作用下黃河口粉質(zhì)土海床內(nèi)孔壓不斷變化，不同深度土體對于波浪作用的孔壓響應程度不同，通過現(xiàn)場模擬造波

3、試驗、室內(nèi)水槽試驗和動三軸試驗研究黃河口的粉質(zhì)土海床對于波浪作用的動孔壓響應特性。（2）波浪作用導致黃河口沉積物孔壓響應對強度的影響研究。黃河口海床是以粉粒為主的細粒土，其對波浪作用的動孔壓響應影響海床土體強度，尤其孔壓累積所導致的海床土體強度衰減，通過現(xiàn)場模擬造波試驗和室內(nèi)水槽試驗研究波浪作用導致的孔壓響應對強度的影響。（3）波浪作用導致黃河口海床滑動破壞研究。波浪作用導致黃河口海床內(nèi)孔壓累積，孔壓的累積使海床土體強度衰減，在波浪的作

4、用下海床可能發(fā)生滑動破壞。通過理論計算分析海床滑動破壞的機理，通過室內(nèi)試驗驗證并研究海床滑動破壞過程及特點。
　　通過以上研究工作得到以下結論：
　?。?）波致黃河口粉質(zhì)土孔壓響應過程包括孔壓累積、孔壓消散、孔壓穩(wěn)定和孔壓波動，波浪作用前期孔壓快速累積-孔壓消散-孔壓穩(wěn)定這一過程可能反復出現(xiàn)，在波浪作用下完全液化的海床土體孔壓響應與海床土體前期孔壓響應不同，會在孔壓再次累積后出現(xiàn)孔壓波動。在響應過程中出現(xiàn)的孔壓突然增大現(xiàn)象以

5、及細顆粒大量向表層運移使黃河口潮灘在波浪作用下出現(xiàn)小丘狀的顆粒堆積物。海床孔壓響應的振動幅度與粘粒含量、初期孔壓快速累積增長量和土體液化程度有關。
　?。?）黃河口粉土在循環(huán)荷載作用下孔壓應力模型和孔壓比與主應變間關系都可用雙曲線來描述，可以根據(jù)孔隙水壓力的變化情況計算出循環(huán)荷載作用下主應變的大小，計算的準確程度與粘粒含量有關系。
　?。?）在波浪作用下，黃河口海床的貫入強度和不排水抗剪強度沿深度不均勻分布，波浪波高越大，海

6、床各深度土體貫入強度和不排水抗剪強度越大。海床內(nèi)孔壓累積引起土體發(fā)生不同程度的液化，響應過程中超孔壓與有效上覆土重的比值在0.5以上并顯著增長的情況下，土體貫入強度和不排水抗剪強度會有較大幅度的降低。
　?。?）在波浪作用下，黃河口海床內(nèi)孔壓累積與剪應力耦合作用，在某一時刻海床土體的變化達到足以發(fā)生整體破壞的塑性區(qū)或液化區(qū)時，海床就會發(fā)生滑動破壞。粉質(zhì)土海床的破壞分為土體擴展和土體恢復兩個過程，破壞土體規(guī)模要素間呈冪函數(shù)關系。破壞