史文君[1]2004年在《波浪导致黄河口水下斜坡硬壳破坏过程研究》文中研究表明本学位论文依托国家自然科学基金项目“黄河口水下斜坡硬壳形成与破坏”(项目号：141720888)，旨在研究波浪作用下黄河口水下斜坡硬壳的破坏过程。 黄河口水下硬壳层广泛分布，因其强度较高常作为海上构筑物的持力层，但遭遇强风暴浪作用时，常有始料未及的工程地质事件发生，造成重大损失，因此，研究水下斜坡硬壳在波浪作用下的破坏过程对有效规避重大地质灾害具有重要意义；黄河口硬壳主由粉质土组成，粉质海床对波浪作用的响应非常复杂，波浪作用下粉质海床的破坏过程至今没有详细的论述，这是本文另一立论依据。 本论文分为7章，第1章综述了研究意义和研究现状，并在此基础上提出本论文以模拟研究为主的研究思路；第2章对黄河口硬壳层的特点进行分析研究；第3章至第6章分别用室内土柱模拟、现场模拟、动叁轴模拟及数值模拟的方法对波浪作用下粉质硬壳的破坏过程进行了研究；第7章给出了本论文的结论和尚存不足。 为研究波浪作用下粉质海床破坏过程，主要开展了如下研究工作：设计快速沉积粉土体破坏过程的室内土柱模拟实验，获得了不同波高波浪作用后土体的物理力学性质指标数据和变形数据，分析了快速沉积粉土体在波浪作用下的破坏过程；设计模拟波浪垂向荷载的现场冲击振动试验，测试冲击振动前后海床土体贯入阻力和振动过程中不同深度的孔隙水压力，分析了冲击荷载作用下粉质海床的破坏过程；对原状土样进行模拟波浪荷载动叁轴试验，实测动荷载作用下土样轴向、横向应变和孔隙水压力，计算粉土样的动弹性模量和动阻尼比，研究粉土样在这种动荷载作用下的破坏过程；最后综合考虑波浪作用下粉质海床超孔压的累积、消散以及瞬时有效应力的升降，建立可以考察波浪作用下粉土破坏过程的简单数值模型，讨论波高、波长及海床土参数变化对海床土稳定性的影响，研究粉质海床的破坏过程。 通过对波浪作用下粉质海床破坏过程的研究，主要得到如下结论： (1) 快速沉积的黄河口粉土在波浪作用下发生塑性压缩变形，其固结排水速率大大增加，形成同波高对应的一定厚度的硬壳层，该硬壳层物理力学性质比波浪导致黄河口水下斜坡硬壳破坏过程研究较均匀，同下伏土体发生突变;突然受大波浪作用时，因受硬壳封闭作用，粉土体“喷水冒砂”发生破坏，表层硬壳土体物理力学性质变的不均匀。 (2)冲击荷载作用下，海床土体贯入阻力下降，孔隙水压力上升并出现大幅波动;对应冲击荷载能量的大小，海床某深度上土体贯入阻力衰减量出现最大值，该深度以上及以下衰减量迅速降低，对应该深度，超孔隙水压力可超过该深度土体自重应力，形成“水囊” (3)不同的动应力加载顺序下粉质海床响应明显不同。加载顺序为由小逐渐增大时，每施加较大的一级荷载，粉质海床动阻尼比都突然增大，然后随该级荷载作用时间的延长逐渐减小;加载顺序为由大逐渐减小时，土体动阻尼比一直减小。 (4)通过数值模拟得出，波高、波长及海床土体相对密度是影响波浪作用下粉质海床破坏的重要参数;波浪作用下土体内不断累积的超孔压是土体发生液化破坏的本质原因，波浪周期性波动引起的海床土体瞬时有效应力的降低是重要的触发因素;波高与波长越大，则波浪作用影响深度越大，土体瞬时有效应力降低值越大，作用相同时间土体内累积超孔压越高，土体破坏可能性越大;海床土体相对密度越小，越容易发生塑性变形，容易累积超孔压，又因深度上土体孔隙水压力变化延迟越明显，土体瞬时有效应力变化越突出，因此波浪作用下该种松散粉质海床极易发生失稳破坏。 本论文主要创新点为:波浪作用下海床土体发生塑性变形，造成饱水海床土体孔隙度下降，因某深度处排水不畅而引起超孔压累积，这是波浪作用下海床发生破坏内因;波浪作用下，海床土体有效应力瞬时降低是海床发生破坏的触发因素;表层硬壳对下伏土体的封闭放大了波浪荷载的作用，是导致粉土海床发生破坏的另一重要因素。
常方强[2]2009年在《波浪作用下黄河口海底滑坡研究》文中研究指明本文旨在波浪诱发黄河口海底滑坡的研究,满足滑坡预报预警服务的需要,期望减小滑坡对工程设施造成的危害,加深了解河口沉积物的运移过程和方式。本论文以黄河口埕岛海域为研究区,通过试验测试和理论计算,系统地研究了埕岛海域工程地质环境特征、滑坡破坏模式、沉积物在循环荷载作用下的破坏过程、研究区海底斜坡稳定状况、滑坡发生时间、滑坡规模与特征、滑坡发生概率等,主要开展的工作和取得的成果如下:(1)构建了黄河口埕岛海域海底滑坡的工程地质环境特征,为进一步滑坡形成分析研究准备基础参数资料。搜集各单位在埕岛海域的工程地质勘察报告,得出该区工程地质和水动力环境参数的特性及其区域变化规律;对埕岛海域工程地质环境分区,建立各亚区的典型土层结构组合。(2)研究了黄河口海底滑坡破坏模式,为滑坡试验研究和理论计算模型的建立提供指导。分析现场勘测中发现的滑坡模式,并结合前面建立的地层结构,建立了研究区极端海况下底坡破坏的四种模式,即平面剪切破坏、圆弧振荡破坏、液化流滑和塌陷破坏;进一步分析了这四种滑坡模式的形成机制,并依据现场调查资料和试验结果进行了验证。(3)研究了黄河口沉积物在循环荷载作用下的破坏过程,获取沉积物动力学参数变化特征,为本文后面的理论模型计算提供依据。基于现场观测试验和室内动叁轴试验,测试循环荷载能量在土体中的传播、循环荷载导致土体强度的衰减、原状土体和重塑土体的孔压变化规律、不同强度粉土的抗液化性能,得出了研究区海床土现场液化判别标准和孔压比上下限值。(4)建立了海底斜坡剪切破坏理论计算模型,据此定量分析黄河口海底滑坡形成过程与研究区海床稳定性。基于极限平衡法和极限分析法,推导出波浪作用下海床圆弧振荡剪切破坏公式,并与水槽试验结果和其它计算结果比较。基于前面建立的研究区典型土层,分析不同波浪重现期下的海底斜坡抗剪切破坏安全系数和最危险滑动面所在的深度。研究得出,极端海况下埕岛海域亚区I的典型土层结构组合A和B可发生平面剪切破坏;典型土层结构组合A还可发生圆弧振荡剪切破坏,其它亚区不会发生剪切破坏。(5)建立了海床波致液化破坏理论计算模型,据此定量分析了黄河口海底液化滑坡形成过程与海床稳定性。利用建立的液化判别经验法,以及对累计孔压计算模型的改进法,对埕岛海域各亚区典型土层结构组合进行液化分析。发现黄河口海床液化不一定从海底面开始往下扩展,而是主要发生在淤泥质粉质粘土层内。研究得出了埕岛海域4个亚区的液化破坏土层和破坏深度,其中瞬时液化深度基本在2m以内,累计液化深度可达10m。(6)研究了黄河口海床破坏后的宿命。黄河口沉积物液化后受地形限制,可有叁种宿命—悬浮运移、坡面流滑和原地残留。研究发现对于埕岛海域土体的坡面流滑,其方向有叁种:北部向北、中部先向东再向东北、东南部可能向东南。这种滑动对上覆未液化层或未液化透镜体撕裂,可造成海底孤立网绳状塌块。(7)研究了黄河口海底滑坡发生经历的几个过程及其所需要的时间,为进一步滑坡预警提供支持。基于前面建立的理论和试验测试结果,得到不同深度处土体孔压增长和强度丧失随时间的变化过程,斜坡剪切破坏和液化破坏所需的时间下限值。(8)分析了黄河口海底滑坡发生的概率,基于一次二阶矩法计算埕岛海域海底斜坡在不同波浪重现期下的剪切破坏和液化破坏概率。研究得出了该海域4个亚区的破坏概率,其中亚区I的剪切破坏概率在25%以上;亚区II和III的平面剪切破坏概率位于5%-39%之间,圆弧振荡剪切破坏概率位于1%-14%之间;亚区IV的剪切破坏概率在0.5%以内。本论文主要创新点:(1)通过现场试验发现循环荷载作用下,原状土体孔压先后经历先上升、后减小、再上升和剧烈波动四个阶段,而重塑土只有上升和剧烈波动两个阶段;(2)概括了黄河口海底滑坡的四种主要破坏模式,即平面剪切破坏、圆弧振荡破坏、液化流滑和塌陷破坏,并建立了相应的理论计算模型,得到了埕岛海域不同区域的破坏程度和破坏时间;(3)基于概率分析方法,得到了埕岛海域四个亚区滑坡发生的概率。
单红仙[3]2003年在《黄河水下叁角洲表层工程地质环境动态变化研究》文中研究说明本学位论文以国家自然科学基金面上项目“黄河口水下斜坡硬壳的形成与破坏”(项目号：141720888)为依托，旨在研究波浪作用导致的黄河叁角洲表层工程地质环境要素，即形貌特征、物质组成、物理力学性质的动态变化过程。 在黄河水下叁角洲开发的工程活动中，尽管设计都是针对具体场地的工程地质勘察资料进行的，但在设计方案实施和工程构筑物实际运行中，常因始料未及的工程地质事件发生，造成巨大的损失。胜利油田在1984年-1987年、1994年、1998年多次发生海上插桩失败和暴风浪下采油钻井平台倾斜、输油管破裂漏油。这些地质灾害事件的发生虽然不能完全排除人为误差所致；但同样不能排除的另一类可能，是黄河水下叁角洲的工程地质环境处在高度的动态变化中，尤其在极端海况时，工程地质环境要素随时间和空间可能发生剧烈变化。以致对一个拟建工程场地，很难有一个一成不变的地基土体力学指标供设计人员采用。本学位论文研究试图回答这一至今悬而未决的问题，这是本文的立论依据之一。 本文的研究属于波土相互作用中土体对波浪的动力响应范畴。正如在前言中对此方面研究评述所提及，目前的研究被与实际迥异的实验边界条件和过分理想化理论模型制约，迫切需要了解真实的时间和空间尺度下，真实的土体在真实的波浪荷载作用下将发生怎样的变化，以验证和引导我们进行的理论与模拟研究。本学位论文在黄河口选择典型研究区作为天然试验室，从1999年至2002年进行系统的现场和室内试验，试图发现土体对波浪作用的变化响应过程，这是本论文的另一立论依据。 本论文对研究领域进行了评述，包括海床对波浪动力响应研究现状和黄河水黄河水下叁角洲表层工程地质环境动态变化研究下叁角洲地质环境研究的现状，然后介绍了黄河水下叁角洲工程地质环境，交代研究区的背景。之后介绍了现场开展的研究工作，包括工作内容、工作方法、实施过程、结果资料。现场开展的工作有典型研究区选择确定，地形测量，粒度与矿物成分分析样品的采集，钻探及用于土工测试和微结构观测的原状土样的采集，轻型静力触探试验，静力触探试验，动力触探试验，十字板剪切实验，土体振动实验和水动力测量。随后介绍了实验室内开展的研究工作，包括测试项目、测试方法、结果资料。室内测试分析主要有土样动叁轴实验，矿物组成X衍射分析，土样微结构扫描电镜观测，土样粒度成分分析和常规土工实验分析。在此基础上，针对现场和室内实验取得的结果资料，采用一系列统计分析方法，定量描述水动力作用导致的黄河口典型研究区工程地质环境要素随时间和空间的变化，包括形貌特征对水动力条件响应、沉积物的粒度与矿物成分及结构对水动力条件的响应、沉积物的静力与动力学指标对水动力条件的响应。 典型研究区选择的标准是，能反应出在真实的时间尺度和空间尺度下，显着差异的波浪作用条件导致的工程地质环境的变化。选定的研究区位于黄河1964一1976年由刁口流路入海时沉积形成的叁角洲叶瓣潮坪上，低潮时出露水面，高潮时水深1.5米左右。1995年为极浅海石油开采在其上构筑的一条道路，形成了一个水动力屏障。道路北侧处于迎浪向，具有强的水动力条件:道路南侧处于背浪向，水动力条件弱。现场水动力实测结果表明，在平静海况时道路北侧典型区I的有效波高15厘米，道路南侧典型区H的有效波高6厘米。极端海况时两者的差异将更加显着。相同的初始工程地质环境条件，显着差异的水动力作用条件，足够长的作用时间，以及退潮时变成陆地的工作条件，使得其成为研究波浪作用导致海床工程地质环境动态变化理想天然实验室。 大量密集的现场原位土工测试工作和样品采集工作，于1999年和2002年在道路南北两侧所划定的典型区工和典型区H重复进行，以研究比较水动力差异作用导致的海床工程地质环境要素随空间和时间的变化。同时，为了在更大的范围研究差异性波浪作用可能导致的沉积物的次生变化，沿着黄河叁角洲的周边，从 2黄河水下叁角洲表层工程地质环境动态变化研究具有中等水动力作用强度的叁角洲西北部埋子口，到强水动力作用的叁角洲北部刁口，到弱水动力作用的叁角洲东南部广利港，进行原位土工测试，研究潮坪沉积物力学强度指标变化。 研究发现，黄河水下叁角洲工程地质环境要素对水动力作用具有显着响应，不同的波浪作用强度导致水下斜坡形貌特征、物质组成与结构、物理力学性质发生了一系列的差异变化，研究结论如下。 1、首次采用分维值对不同水动力条件的潮坪区底坡形貌特征、沉积物粒度组成和沉积物强度动态变化进行定量性评价，为研究黄河水下叁角洲的工程地质环境动态变化提出了新的评价指标和评价方法。 2、通过对波浪荷载作用下不同水动力潮坪区工程地质环境要素动态响应特征的研究发现，潮坪区滩面分维值、沉积物粒度分维值、沉积物矿物成分、沉积物结构、沉积物强度等值曲面分维值对波浪荷载作用有强烈的?
卫聪聪[4]2009年在《波浪导致黄河水下叁角洲粉质土滑动控制及影响要素分析研究》文中进行了进一步梳理黄河水下叁角洲存在大量的塌陷凹坑、土体滑动、粉砂流等工程地质灾害,随着海洋油气资源的深入开发,港口建设和海底工程设施日益增多,海底地质灾害使海洋工程设施破坏事件频繁发生,造成了严重的经济损失,而波浪导致的粉质土体的强度弱化及滑动是地质灾害的重要形式。以黄河水下叁角洲粉土为研究对象,利用动叁轴试验对粉质土动强度变化规律加以研究,并利用波致土体滑动计算程序,采用有效强度指标,对波浪导致黄河水下叁角洲粉土滑动影响及控制要素进行分析。论文利用动叁轴模拟波浪作用,对不同粘粒含量的黄河水下叁角洲粉土(粘粒含量分别为3%、9%和15%)的动强度变化规律进行了试验研究,结果表明:不同粘粒含量粉土在波浪作用下动强度均呈衰减趋势,且以粘粒含量为9%的粉土动强度为最小。假设波致海底粉质土产生的滑动面为圆弧,利用Bishop法,获得以有效强度指标表达的波致土体滑动安全系数K的方程,根据黄河叁角洲现场条件,采用斯托克斯波理论,计算得到海底粉土土体可能发生滑动时土体强度指标的值域范围。计算结果表明,黄河水下叁角洲粉土在波高为5.2m、周期为8.6s的波浪作用下,土体发生滑动有效强度指标值域c′为0-19.5kPa,φ′为0-25.5°;安全系数K受控于土体有效容重γ′和有效强度指标,并受波高H、周期T等波浪参数及水深h的影响,具体表现为K随c′、φ′、γ′、T、h的增大而增大,随H的增大而减小。论文利用波浪荷载导致土体强度弱化,进而发生土体随波浪作用的剪切滑动观点,对黄河水下叁角洲浅表局部扰动地层和“铁板砂”的形成进行了分析。
侯伟[5]2011年在《黄河口海床沉积物波致液化破坏及自动监测研究》文中提出本学位论文依托国家自然科学基金项目“黄河口沉积物固结后再悬浮及输运过程研究”(项目号:40876042),研究了黄河口海床沉积物波致液化破坏与强度变化过程及自动监测系统。为了研究波浪作用下海床沉积物的液化破坏和强度变化过程,主要开展了以下工作:进行水槽实验模拟不同波高的波浪,作用与水槽底部的土床上。布设孔压探头,测量不同深度的孔压的值;测量土槽竖直和水平方向上的贯入强度值。通过对实验现象进行对比分析,得出海床沉积物的液化破坏和强度的变化规律。通过数据孔压和贯入强度数据的处理,分析出上述规律的机理。为了研究海床沉积物强度丧失演化过程自动监测系统,主要开展了以下工作:通过水槽实验现象并结合现场的情况,设计出监测系统所能实现的基本功能和结构。对监测系统的部分结构功能在现场做了验证工作,并对系统进行了改进。通过以上的研究工作得出了以下结论和成果:(1)波浪作用下在土床中产生的作用力大于土体液化强度降低残留的强度,土体才能破坏。随着波高的增加,土体中的作用力越大,由于土体孔压累积损失的强度也越大,土体越容易发生破坏。土体发生破坏以后,“破坏体”边界呈圆弧状,并且“破坏体”在遇到更强的波浪作用下会沿原来的边界产生“复活”现象。定义液化系数为超孔隙水压力与上覆土体的浮容重的比值,土体的最大液化深度与液化系数的分布有较好的一致性。(2)黄河水下叁角洲均质粉土海床在较小波高的波浪荷载作用下海床土固结作用增强,再较浅的位置形成强度相对较大的土层,并与液化系数的分布一致。在较大波高的波浪荷载作用下,黄河水下叁角洲粉质海床局部发生液化破坏,破坏位置土体强度经历丧失——恢复——增强的过程,强度丧失量、增强量与液化土层深度均随波浪波高的增加而增大。黄河水下叁角洲均质粉土海床在空间上强度的非均匀化分异与多级波高作用下振荡土层的发生和演化密切相关,是波浪导致的土体固结过程和液化过程共同作用的结果。水槽模拟实验可以很好模拟现场的强度变化过程。水槽模拟实验可以作为研究波浪作用下海床动力响应非常有效的手段。(3)通过对水槽实验中得到的海床沉积物液化破坏和强度变化的规律,设计了一套海床沉积物液化破坏深度自动监测系统。此系统是通过自动沉降系统来监测强度丧失的演化过程。其原理是根据有效应力原理,通过测量总应力和孔隙水压力,来计算自动沉降系统的实时深度而达到监测的目的。系统的主体部分由自动沉降装置,浮球装置,数据采集装置,信号发送装置,供电装置,存储装置等组成,能够实现数据的实时自动采集,传输,存储。经过室内试验的验证,对数据进行合适的方法处理后,结果的精度可以满足实际要求。
张建民[6]2006年在《现代黄河叁角洲沉积物超固结特征及其成因研究》文中研究表明黄河高含沙量水体在弱潮陆相河口入海,80%泥沙在河口附近快速堆积,目前黄河叁角洲快速沉积物的固结过程尚不清楚,对于超固结特征及成因缺少研究。在过去的研究中,人们主要针对黄河叁角洲的地貌特征、海洋动力条件、土体工程特性展开了相对独立的研究工作。为了揭示黄河叁角洲沉积物的超固结特征和形成机理,在黄河刁口流路叁角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河叁角洲快速沉积形成的流体状堆积物,研究快速沉积的粉质海床土在波浪和潮波作用下的孔压响应及非均匀固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位测试手段,实时测定快速沉积海床土强度和孔压变化过程。并对该土体强度变化进行了长期观测。为了进一步揭示黄河叁角洲土体的似超固结状态、结构强度的大小及结构强度与土体中化学组分的关系,在原位试验基础上开展了室内固结过程实验,目的是合理解释土体似超固结状态的成因。本文基于Biot固结理论,在假设海床为多孔弹性介质基础上,得到了波浪作用下黄河叁角洲海床的动力响应解答,对黄河叁角洲土体在50年一遇波浪作用下的液化深度、剪切破坏深度、孔压渗流场进行计算,探讨波浪作用对于土体超固结特征影响。通过上述研究工作的开展,得到如下结论:1、关于黄河叁角洲沉积物超固结特征:⑴黄河叁角洲快速沉积粉质土在自重作用下固结速度很快,固结完成后,土体的强度沿深度呈现非均匀增长,呈现类似于原状土体的固结非均匀特征。黄河叁角洲快速沉积物固结完成后在非固结因素下强度的增长,说明黄河叁角洲粉土具有结构性,处于似超固结状态。⑵由黄河叁角洲快速沉积物与原状土体的强度对比及长期观测资料对比分析可知:水动力作用的时间越长,潮滩表层土体似超固结程度越强,固结非均
刘莹[7]2010年在《波浪作用下黄河水下叁角洲粉质土体海床响应研究》文中进行了进一步梳理本学位论文以山东省自然科学基金项目“波浪导致的黄河叁角洲海床地形变化及对海底管线稳定性的影响”为依托,旨在对黄河水下叁角洲粉土海床在波浪作用下的演化、液化破坏、强度变化等展开研究,并进一步提出了确定海底滑动面的简便方法。波浪荷载作用下海床的动力响应和液化特性一直是海洋工程设施设计与建设中的关键技术问题。波浪在海床表面传播时所产生的波压力和剪应力会引起海床内部孔隙水压力和有效应力的变化,从而导致海床液化甚至是失稳破坏,造成巨大的生命和财产损失。粉土在在河口叁角洲地区分布广泛,是介于砂土与粘土之间的一种土,在波浪等动荷载的作用下动力学行为比较复杂。因此本文将波浪作用下黄河水下叁角洲粉土海床的响应作为研究课题。本文的研究工作主要包括：(1)粉土海床对波浪荷载动力响应的室内水槽模型试验研究,包括波浪作用下海床形态演化、孔隙水压力变化、海床土体物质运移情况以及土体强度变化。(2)粉土海床对波浪荷载动力响应的室内动叁轴试验研究,包括不同条件下粉土的孔压发展变化以及液化破坏时间,以及土体动应力应变关系。(3)粉土海床对波浪荷载动力响应的数值计算分析,主要分析波浪作用初始时的弹性阶段,包括有效应力、孔隙水压力以及剪应力应变的分布变化情况。通过研究,主要得出以下结论：(1)粉土海床在承受波浪荷载时,表层土体迅速液化形成一层随波浪作用来回运动的振荡层,此振荡层的范围不断扩大直至稳定状态,与下部的稳定土层之间形成一条明显的滑动面。波浪作用过程中,原本均一的海床土体产生分异,土颗粒在波浪导致的渗流力和剪应力的共同作用下从原来的位置上脱离并重新排列,滑动面处的土颗粒错动较为剧烈,在这个过程中,土颗粒选择了最稳定的位置安顿下来因此形成了这个区域土颗粒的最优化排列,同时,良好的排水条件加速了这一部分土的固结,因此在波浪作用之后滑动面附近形成了一层连结紧密、级配良好、贯入强度高的硬层。停止波浪作用之后再次施加相同的波浪荷载,滑动面的位置会下移,多次波浪作用之后,滑动面位置稳定。上述现象可以解释实际黄河口地区硬壳层的形成过程及易移动的特性。(2)通过动叁轴试验可得知大波高、长周期的波浪荷载更容易引起海床土体内部的孔压积累继而发生液化破坏,而在相同的波浪荷载作用下,浅层的粉土先液化,深层的粉土后液化。动荷载作用下粉土的动应力应变本构关系符合等效粘弹性模型理论,经过数据拟合,得出了形式简便的Gd=G(γd)和λd=λ(γd)拟合公式,由于条件所限本文的数值计算中没有考虑粉土动本构模型的非线性和滞后性,但本文所得的拟合公式可为今后的黄河叁角洲粉土动力响应研究提供一定的参考。(3)通过数值计算可得,孔隙水压力随着波浪荷载作用时间的增加从海床表面传播到海床深处,而有效应力会随波浪作用而快速增长并且自下而上逐渐发展,但是表层土体却一直处于液化状态,这证实了波浪荷载对上部土体有弱化作用,对下部土体有压密作用,与水槽模型试验中所得到的土体贯入强度是一致的。波节处孔隙水压力和波致剪应力均出现极值,说明波节处土体的液化可能性最大。土体最大剪应力连线的形状与实际观测到的土体滑动面形状类似,并且位置高度吻合,因此数值计算的结果可以为预测波浪作用下海床土体滑动面位置提供参照。本文从水槽模型试验、动叁轴试验、数值模拟试验叁种方法研究波浪作用下黄河水下叁角洲粉土海床的响应问题,得出了些许新发现和新结论。本文的研究方法和技术路线都有创新之处：叁种方法互相验证,互相补充,较为全面的研究了粉土海床对波浪的响应过程；数值计算中利用ADINA将行波动荷载,处理成逐步施加的静荷载,研究波浪作用初期海床弹性阶段的瞬时响应行为,得出了与水槽试验一致的现象,这种处理方法也是前人没有尝试过的。本论文的研究成果对预测粉土海床在波浪作用下的演化过程以及海床地基中滑动面的位置具有工程实践意义,丰富了粉土海床对波浪动力响应的试验研究,提出了许多新问题、新推测,对今后的进一步研究有促进作用。
刘媛媛[8]2004年在《黄河叁角洲潮滩表层沉积物非均匀固结机理研究》文中认为本学位论文以国家自然科学基金项目“黄河口水下斜坡硬壳的形成与破坏”(项目号：141720888)为依托，旨在研究波浪作用导致的黄河叁角洲表层沉积物非均匀固结性质及其机理。 黄河叁角洲潮滩表层沉积物由于对海洋动力尤其是波浪作用的敏感，会发生破坏，形成塌陷、凹坑、粉砂流冲沟等一系列灾害地质现象。这一破坏过程与沉积物强度及其它性质在波浪荷载作用下的变化是密切相关的。在过去的研究中，人们主要对黄河叁角洲的形貌特征、海洋动力条件、土体工程特性进行了静态的研究工作，而对于波浪导致的土体强度及其它性质的非均匀化及空间分布上的规律缺少研究。本文针对此问题，进行大量现场及室内试验研究，分析探讨其形成机理。 本学位论文共分为八个部分，第一部分介绍对黄河叁角洲沉积物固结非均匀性研究的意义和研究现状；第二部分综述黄河叁角洲周缘沉积物工程地质特征；第叁部分基于现场测试对叁角洲表层沉积物固结非均匀性研究；第四部分基于室内土工试验对叁角洲表层沉积物固结非均匀性研究；第五部分介绍室内试验模拟土体在波浪作用下的固结过程；第六部分至第八部分从叁角洲潮滩孔洞的分布、微观结构及数值模型等多个角度分析探讨黄河叁角洲表层沉积物非均匀固结性质及其机理。 研究点选择在黄河叁角洲不同时期形成的叶瓣上，能反映出差异的波浪作用条件及作用时间导致的表层土体性质的非均匀变化。开展了大量的现场强度测试和样品采集工作：每个叶瓣布置一条垂直海岸由岸向海延伸的长200m的剖面测线，10m间隔进行微型贯入试验，取得每个测线剖面的强度分布等值线图；每个叶瓣上做一静力触探测试并取钻孔原状样进行室内土工测试和微结构观测，得到每个叶瓣上土体基本物理性质。在刁口叶瓣的典型研究区内加密微型贯入测试点，并且进行现场十字板与孔压测试。在以上现场调查工作基础上，开展室内物理模拟实黄河叁角洲潮滩表层沉积物非均匀固结机理研究验，并选用多孔弹性介质的二维固结模型模拟土体在波浪作用下的非均匀固结过程。 研究发现，黄河叁角洲表层沉积物的固结性质具有显着非均匀特征，并从微观结构角度和数值模拟角度对这种非均匀性的规律与产生进行探讨分析。研究结论如下: (1)现场微贯、静探及十字板等强度测试反映黄河叁角洲表层沉积物无论在水平向还是在垂向上，均呈现显着的非均匀特征:水平向上，沿垂直海岸线方向，土体呈现强度的强弱交替现象;垂向上，土体强度也有明显的分布不一致现象，都存在强度突增带，深度在30一60cm的范围内。这种强度的非均匀特征随外部水动力条件的增强而更加显着。 (2)不同叶瓣原状土样的室内土工资料的分析反映出研究区土体的垂向上的重要物理性质的非均匀特征:在深度为40一50cm范围内土体的渗透系数由小突然增大;超固结比OCR值在40一50cm左右深度以上随水动力条件及固结时间不同产生分异;25一45cm范围内土体细粒含量最大，而下部50一190cm的细粒显着减小，45cm左右处是突变点。 (3)通过室内实验模拟土样在波浪振动荷载作用下的固结，发现振动固结过程中土样垂向的成份、强度及其它物理指标均有不均匀变化。(4)滩面上孔洞的非均匀分布导致土体在平面上固结的不均匀程度加剧，即孔洞的存在对表层沉积物小尺度上固结非均匀性的发展有一定影响。(5)土样的微结构观测分析和室内粒度分析结果发现水动力作用导致一定深度范围内潮坪沉积物细粒物质的分布与存在形式、颗粒的均匀性、形状及排列的定向性等方面的动态变化。这种变化从微观角度解释了土体非均匀性的形成。(6)通过数值模拟结果重现波浪对土体固结非均匀性的影响:波浪导致的附加应力、位移及超孔压在平面上是不均匀分布的。根据瞬时液化的定义，由于波浪作用导致的渗流场使波谷处土体容易发生液化，从而导致颗粒的运移与重排，而波峰处土体则不易发生变化。对于不同点位受到波谷与波峰作用的概率不同，故产生了土体内部非均匀变化。 本论文从一个崭新的视角研究黄河口表层沉积物的工程地质性质的特征一非均匀性。本论文研究方法和技术路线都有创新:论文在黄河口天然实验室开展系 II黄河叁角洲潮滩表层沉积物非均匀固结机理研究统工作，研究真实条件下土体固结性质，弥补了以往单纯室内实验的不足;论文中首次从土体微观角度分析非均匀化产生的机理。本论文研究成果对黄河口水下工程地质环境评价及地质灾害的预测防治具有显着的指导意义;对土体在动荷载作用下的固结研究具有促进作用。
杨忠年[9]2015年在《基于CPT波致粉质土海床液化概率研究》文中研究指明基于CPT波致粉质土海床液化概率研究CPT-Based Probabilistic Research of Wave-induced Silty Seabed Liquefaction杨忠年贾永刚环境工程环境岩土工程1
王俊超[10]2004年在《黄河口潮坪沉积物对水动力作用的响应研究》文中指出本论文以国家自然科学基金项目“黄河口水下斜坡硬壳的形成与破坏”(项目号：141720888)为依托，旨在探讨黄河口潮坪沉积物在水动力作用下的发展演化过程。在过去的研究中，人们主要从沉积学角度探讨水动力对沉积物成分的决定作用，对沉积体形成后水动力的改造引起的沉积物变化重视不足，本论文从波浪对沉积物后期改造角度探讨了海床沉积物成分、微结构等变化对水动力作用强度、时间的响应进行研究。论文主要包括五个部分，首先在综述该领域的国内外研究现状的基础上，提出本论文研究思路；接下来讨论了对于黄河口典型潮坪沉积物的特征的认识；论文的第叁部分探讨了同期形成的沉积体在差异水动力作用下的时空变化规律；第四部分利用室内物理模型模拟波浪作用讨论了沉积物的演化趋势；最后是本论文的结论与认识。 本文沿黄河叁角洲周边选择不同时期形成的沉积叶瓣，分别在大王、广利港、刁口和新滩四个位置采集原状样并布置向海延伸的测线采集扰动样和原状样，并在表层淤泥发育较为显着的刁口研究区沿着测线采集扰动样品，相应测试了其厚度及下伏沉积物的强度，得到了表层淤泥、铁板砂基本性质以及层化土体在深度和空间上的变化特征。为深入探讨水动力对沉积物的改造作用，选择同期形成但水动力差异的刁口研究区于1999年和2002年在水动力强区与弱区分别布置典型区和向海延伸的测线，采集扰动样品，并分别在水动力强区和弱区典型位置采集原状样品，分析其成分差异和微观结构特征，获得了水动力强弱两区沉积物在水平剖面上成分的变化和在竖向剖面上的成分、结构特征。在此基础上，进行了室内物理模拟，得到了不同振动次数下沉积物的粒度成分、微观结构和物理及强度指标。 通过对研究成果的分析，得到了如下一系列认识： (1)表层淤泥、微细层理土体和铁板砂间很可能有一定的成生联系，是沉积黄河口潮坪沉积物对水动力作用的响应研究物对水动力响应的体现。 (2)较强的水动力作用下，水平剖面上沉积物粒度分维随着向海距离的减小而降低，碎屑矿物含量降低，粘土矿物含量升高;弱水动力作用变化趋势相反。竖向剖面上，强水动力区粒度分维无显着规律，弱区逐渐升高;沉积物颗粒表面细碎物质的量及附存形式在水动力强区呈规律性变化，弱区不显着;矿物组成在强弱两区的差异不显着。 (3)水动力作用持续时间的累积未改变沉积物总体变化趋势，只是引起沉积物粒度组分的同化。 (4)物理模拟结果表明在外界波浪等水动力作用下，沉积物颗粒会发生迁移及旋转，颗粒定向性优化。波浪等水动力作用可加速沉积物的固结排水过程，使沉积物趋于密实，强度提高;水动力作用越强，作用时间越长，沉积物强度越高。 通过本次研究，论文得出了两点创新性的认识，认为黄河口潮坪上广泛发育的表层淤泥、层化土和铁板砂叁者间很有可能存在一定的成生联系;水动力的持续作用对沉积物整体变化规律改造不显着，只引起了沉积物粒度组分的同化，彼此一致性优化。
参考文献：
[1]. 波浪导致黄河口水下斜坡硬壳破坏过程研究[D]. 史文君. 中国海洋大学. 2004
[2]. 波浪作用下黄河口海底滑坡研究[D]. 常方强. 中国海洋大学. 2009
[3]. 黄河水下叁角洲表层工程地质环境动态变化研究[D]. 单红仙. 中国海洋大学. 2003
[4]. 波浪导致黄河水下叁角洲粉质土滑动控制及影响要素分析研究[D]. 卫聪聪. 中国海洋大学. 2009
[5]. 黄河口海床沉积物波致液化破坏及自动监测研究[D]. 侯伟. 中国海洋大学. 2011
[6]. 现代黄河叁角洲沉积物超固结特征及其成因研究[D]. 张建民. 中国海洋大学. 2006
[7]. 波浪作用下黄河水下叁角洲粉质土体海床响应研究[D]. 刘莹. 中国海洋大学. 2010
[8]. 黄河叁角洲潮滩表层沉积物非均匀固结机理研究[D]. 刘媛媛. 中国海洋大学. 2004
[9]. 基于CPT波致粉质土海床液化概率研究[D]. 杨忠年. 中国海洋大学. 2015
[10]. 黄河口潮坪沉积物对水动力作用的响应研究[D]. 王俊超. 中国海洋大学. 2004