黃河口粉質(zhì)土體的動力響應(yīng)特性及機理研究.pdf

1、論文依托國家自然科學(xué)基金項目“黃河口水下斜坡硬殼形成與破壞”進行研究，開展了一系列室內(nèi)和現(xiàn)場的模擬循環(huán)振動試驗工作研究黃河口粉質(zhì)土體動力響應(yīng)特性及機理，為海洋工程應(yīng)用和防災(zāi)減災(zāi)提供實驗數(shù)據(jù)，得出的相關(guān)成果如下： (1)結(jié)合室內(nèi)共振柱和動三軸實驗對黃河口粉質(zhì)土體動模量和阻尼比的影響因素和發(fā)展規(guī)律進行研究。結(jié)果表明研究區(qū)的粉質(zhì)土相比一般的砂土和飽和粘土而言，其動力變形特性更接近于砂土，但是與砂土也存在著非常明顯的差異；其發(fā)展規(guī)律與其

2、他地區(qū)沉積粉質(zhì)土也較為不同，具有明顯的區(qū)域性。采用修正了的Hardin-Drnevich模型和對數(shù)模型分別對G/Gmax～γ曲線和λ～γ曲線進行擬合，給出了三類粉質(zhì)土的歸一化動力變形G/Gmax～γ/γr關(guān)系曲線，對模型中有關(guān)參數(shù)的影響因素做了初步的探討。 (2)利用室內(nèi)動三軸試驗，分析總結(jié)黃河口飽和原狀粉質(zhì)土在循環(huán)荷載作用下的孔壓上升規(guī)律及影響因素，對其動強度特性進行了研究。綜合考慮應(yīng)變和孔隙水壓力的發(fā)展趨勢，將粉土和粉質(zhì)粘土

3、應(yīng)變達到5％和孔壓比達到0.65、粉砂土的應(yīng)變達到2％和孔壓比達到0.87作為液化破壞開始的標(biāo)志，可供實用參考。分析了動荷載的大小和頻率、土的結(jié)構(gòu)性、粘粒含量及固結(jié)比對粉質(zhì)土變形和孔壓發(fā)展的影響，給出了孔壓發(fā)展模型和抗液化強度模型。 (3)通過現(xiàn)場模擬試驗與觀測，研究海床土體對振動能量的吸收過程，分析相應(yīng)土體中孔隙水壓力及電阻率的動態(tài)變化，并揭示振動荷載導(dǎo)致土體強度喪失與恢復(fù)的過程機理。研究發(fā)現(xiàn)：隨著振動次數(shù)的增加，被土體吸收的

4、振動能量將在土體內(nèi)部進行重新分配和傳遞，表層一定深度(大小受控于振動能量)范圍的土體吸收的能量減少，而中下層土體吸收的能量增加，振動導(dǎo)致的土體對能量吸收的衰減量沿深度呈拋物線型變化；振動導(dǎo)致土體電阻率變化亦呈拋物線型，電阻率最大增加量與土體電阻率最大恢復(fù)量均出現(xiàn)在同一深度；相應(yīng)深度海床孔隙水壓力變化最大，并有可能最先發(fā)生局部液化破壞。海床土體對振動能量的吸收過程與電阻率變化、孔壓變化、強度變化的規(guī)律在發(fā)展趨勢上具很好的對應(yīng)關(guān)系。海床土體

5、對振動能量的吸收過程和發(fā)展趨勢，是直接導(dǎo)致了海床土體電阻率、孔壓及強度變化規(guī)律表現(xiàn)出獨特響應(yīng)規(guī)律的內(nèi)因。研究成果有助于認識研究區(qū)硬殼層形成的機理。 (4)現(xiàn)場模擬波浪循環(huán)荷載作用進行振動，通過對比分析循環(huán)荷載作用前后原狀土樣的粒度成分、微結(jié)構(gòu)及物性指標(biāo)變化，結(jié)合現(xiàn)場孔隙水壓力監(jiān)測，研究循環(huán)荷載導(dǎo)致的海床粉質(zhì)土成分結(jié)構(gòu)變化與過程機理，發(fā)現(xiàn)振動能量作用對黃河口粉土底床成分和結(jié)構(gòu)有改造作用，這種改造與土體層理變化密切相關(guān)。振動導(dǎo)致細粒