黃河口粉質(zhì)土動力響應(yīng)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(yīng)特性研究方面仍很薄弱，掌握粉土的動力響應(yīng)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(dǎo)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(xué)基金項目“

2、風(fēng)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)致黃河口沉積物孔壓響應(yīng)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(yīng)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(yīng)特性。（2）波浪作用導(dǎo)致黃河口沉積物孔壓響應(yīng)對強度的影響研究。黃河口海床是以粉粒為主的細(xì)粒土，其對波浪作用的動孔壓響應(yīng)影響海床土體強度，尤其孔壓累積所導(dǎo)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(dǎo)致的孔壓響應(yīng)對強度的影響。（3）波浪作用導(dǎo)致黃河口海床滑動破壞研究。波浪作用導(dǎo)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(jié)論：
　?。?）波致黃河口粉質(zhì)土孔壓響應(yīng)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(fù)出現(xiàn)，在波浪作用下完全液化的海床土體孔壓響應(yīng)與海床土體前期孔壓響應(yīng)不同，會在孔壓再次累積后出現(xiàn)孔壓波動。在響應(yīng)過程中出現(xiàn)的孔壓突然增大現(xiàn)象以

5、及細(xì)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(yīng)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(guān)。
　?。?）黃河口粉土在循環(huán)荷載作用下孔壓應(yīng)力模型和孔壓比與主應(yīng)變間關(guān)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(yīng)變的大小，計算的準(zhǔn)確程度與粘粒含量有關(guān)系。
　　（3）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(yīng)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(yīng)力耦合作用，在某一時刻海床土體的變化達(dá)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(fù)兩個過程，破壞土體規(guī)模要素間呈冪函數(shù)關(guān)系。破壞