黃河口鐵板砂超固結(jié)特征及成因研究.pdf

1、本論文以國家自然科學基金項目“黃河口水下斜坡硬殼形成與破壞”(基金號40172088)和“生物活動導(dǎo)致黃河口沉積物固結(jié)非均勻化研究” (基金號40472137)為依托，對黃河口粉質(zhì)土在自重和波浪作用下的固結(jié)過程進行研究，展開了一系列現(xiàn)場和室內(nèi)試驗及數(shù)值分析，分析了黃河口鐵板砂超固結(jié)特征，并探討了黃河口鐵板砂的成因和演化規(guī)律。 以前研究發(fā)現(xiàn)，黃河口海床表面發(fā)育有硬層(鐵板砂)，其發(fā)育程度隨水動力條件不同呈現(xiàn)差異。目前對這種變化過程

2、機理認識不清。黃河口粉質(zhì)土在波浪等循環(huán)荷載作用下成分和結(jié)構(gòu)狀態(tài)可能發(fā)生的變化，關(guān)系到海底工程地質(zhì)環(huán)境的動態(tài)變化及海洋地質(zhì)災(zāi)害孕育發(fā)生。本文首先總結(jié)了前人現(xiàn)場調(diào)查研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水動力對沉積物特征后期改造的普遍性；然后在室內(nèi)通過水槽試驗通過孔隙水壓力的監(jiān)測和強度的測試研究了粉質(zhì)土在波浪荷載作用下的固結(jié)規(guī)律。利用Biot固結(jié)理論分析了波浪作用下黃河三角洲粉質(zhì)土超固結(jié)形成過程。 現(xiàn)場調(diào)查研究表明了水動力對沉積物具有明顯的改造作用：水動力

3、導(dǎo)致細粒物質(zhì)上涌；表層淤泥平均粒徑及分選性介于上述“細粒物質(zhì)”和生物活動產(chǎn)生的物質(zhì)之間；淤泥的厚度與下伏沉積物強度有較好的對應(yīng)關(guān)系。同時，一定深度范圍內(nèi)沉積物的層化現(xiàn)象具有明顯的幾何分形性，帶有后期改造的特征。 室內(nèi)的物理模擬過程進一步證明了細粒物質(zhì)的運移及快速堆積的沉積物在固結(jié)過程中的成層現(xiàn)象，得出固結(jié)過程中土體破壞時形成的裂隙是微層后生發(fā)育的重要條件的結(jié)論。另外，細粒物質(zhì)的聚集導(dǎo)致土體級配變好，土體的粘聚力增大可能是硬層后生

4、成因的重要微觀物質(zhì)基礎(chǔ)。孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果表明，細粒物質(zhì)的運移是循環(huán)荷載導(dǎo)致海床不同深度處超孔隙水壓力不同，進而形成滲流場的緣故。海床土體的重復(fù)液化加劇了成分和微結(jié)構(gòu)的調(diào)整。利用Biot固結(jié)理論進一步驗證了粉質(zhì)土體內(nèi)硬層存在的必然性，而土體的滲透系數(shù)是決定土體強度硬層是否存在的重要因素。當海床的厚度為1個波長時，在0.12個波長的深度處存在硬層，而砂質(zhì)海床則沒有。土體的滲透系數(shù)越小，波浪引起海床土體強度的非均勻性越明顯。土體剪切模量越小