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波浪作用下粉质土底床液化后运动特征的试验研究

作　者: 王欣
导　师: 许国辉
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境工程
关键词: 黄河水下三角洲粉质土液化运动特征风暴沉积水槽试验
分类号: TV139.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 36次
引　用: 2次
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内容摘要

波浪作用下,粉质土底床容易发生液化失稳,在海底斜坡上形成塌陷凹坑等微地貌形态,并对各种海上平台、电缆、管线等海上工程设施造成巨大的损坏。基于此实际工程意义,展开论文主要的研究工作。本文以黄河三角洲粉质土体为研究对象,通过波浪水槽试验以及理论分析对波浪作用下粉质土底床液化破坏的初始形态、液化土质点的运动特征及液化运动对地层结构的影响进行了研究。通过水槽试验,铺设强度均匀的和局部强度软弱的两种粉质底床,通过观察试验现象和分析孔隙水压力的变化,判定底床破坏的初始状态。研究发现在波浪作用下,强度均匀的底床,由于有效强度的下降,破坏从表层开始而逐层向下发展；具有局部强度软弱区的底床,在波浪水平剪切应力的作用下,破坏从软弱区剪切滑动开始,并逐渐向下扩展。波浪导致的底床液化后,底床土体中的细粒成分不断进入上层水体,导致波动水体异常浑浊。波浪的作用下,包含液化底床在内,垂向共存在三层流体：上层悬砂浑水,中间悬砂边界层,下层液化土体。在上层悬砂浑水及液化土体中,质点的运动轨迹为椭圆；在边界层中,质点沿半椭圆轨迹运动。浑水质点与液化土体质点以边界层为阻隔而不连续。上层浑水质点的运动轨迹幅度沿垂线方向呈指数衰减,并且其衰减速率沿深度逐渐减小。液化土体质点的运动幅度较小,沿垂向方向也呈指数衰减,但其衰减速率逐渐增加。底床液化后,液化土层不断振密并伴随细颗粒不断涌出,使得在底床上形成塌陷凹坑负地形地貌。水槽试验条件下,由于液化土体运动,原有沉积地层在不经历水平搬运的情况下,粉质土液化运动导致地层在原地重新层化,形成下粗上细的地层结构。通过与黄河水下三角洲平缓斜坡上的工程地质调查资料对比,发现黄河水下三角洲局部扰动地层与水槽实验得到的重新层化地层具有相同的地层特征,分析认为是由于风暴期间强烈波浪作用导致海底粉质土液化并发生运动,在原地发生不同粒径沉积物分异而重新形成的沉积地层。原地重新层化的地层具有由下向上逐渐变细的粒序结构,在上部与上覆粘土层呈突变接触；具有摆动波痕水平层理、旋卷层理等构造特征。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-21
  1.1 研究意义  12-13
  1.2 研究对象  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-19
    1.3.1 海底粉质土液化的研究  14-16
    1.3.2 粉质土底床液化破坏初始状态的研究  16-17
    1.3.3 粉质土液化后运动特征的研究  17-18
    1.3.4 风暴作用导致的风暴沉积的研究  18
    1.3.5 对黄河水下三角洲的研究认识  18-19
  1.4 本文研究内容  19-21
2 水槽试验概况  21-33
  2.1 试验装置  21-26
    2.1.1 波浪水槽  21-23
    2.1.2 孔隙水压力采集系统  23
    2.1.3 土体取样器  23-24
    2.1.4 悬砂取样器取样器  24-25
    2.1.5 手持式电子普式贯入仪  25
    2.1.6 土体粒度分析仪  25-26
    2.1.7 流速仪  26
  2.2 仪器布设  26-29
  2.3 土床制备  29-30
  2.4 试验底床及波浪的基本性质  30-31
  2.5 试验过程及试验现象  31-33
3 波浪导致粉质土床液化之初始状态研究  33-44
  3.1 概论  33
  3.2 水槽试验过程  33-35
    3.2.1 孔压探头率定  33-34
    3.2.2 第一回次试验  34-35
    3.2.3 第二回次试验  35
  3.3 数据分析  35-39
    3.3.1 第一回次试验  35-36
    3.3.2 第二回次试验  36-39
  3.4 液化极限深度计算研究  39-41
  3.5 黄河水下粉质底床波致剪切滑动分析  41-43
  3.6 小结与讨论  43-44
4 波浪作用下不同层位质点的运动特征  44-57
  4.1 概论  44
  4.2 观察液化土质点运动特征的水槽试验研究  44-47
    4.2.1 悬砂水体质点与液化土土质点的运动特征  45-46
    4.2.2 中间边界层质点的运动特征  46-47
  4.3 不同层位运动层体的基本物理性质  47-48
  4.4 质点运动幅度的衰减模式  48-51
  4.5 粉质土液化的工程地质影响分析  51-55
    4.5.1 塌陷凹坑的形成  51-52
    4.5.2 对浅埋电缆的影响破坏  52-53
    4.5.3 对航道淤积的影响  53-55
  4.6 小结与讨论  55-57
5 土体液化运动导致地层重新层化的初步研究  57-75
  5.1 概论  57
  5.2 水槽试验中的地层重新层化现象  57-58
  5.3 重新层化地层的粒度特征  58-60
  5.4 重新层化地层的工程地质特性  60-61
  5.5 重新层化地层的内部构造特征  61-62
  5.6 液化运动导致风暴层化沉积序列形成过程  62-65
  5.7 重新层化地层的保存  65-67
  5.8 黄河水下三角洲典型研究区局部扰动地层特征  67-70
    5.8.1 典型研究区扰动地层剖面特点  68-69
    5.8.2 扰动地层的工程地质特性  69-70
  5.9 黄河水下三角洲风暴层化分析及沉积层序列结构  70-72
  5.10 小结与讨论  72-75
6 总结  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 尚需开展的研究问题  76-77
参考文献  77-84
致谢  84-85
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  85

波浪作用下粉质土底床液化后运动特征的试验研究

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