学位专题

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DOI:10.7666/d.y828932

黄河口粉质土体的动力响应特性及机理研究

马德翠
中国海洋大学
引用
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”进行研究,开展了一系列室内和现场的模拟循环振动试验工作研究黄河口粉质土体动力响应特性及机理,为海洋工程应用和防灾减灾提供实验数据,得出的相关成果如下: (1)结合室内共振柱和动三轴实验对黄河口粉质土体动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行研究。结果表明研究区的粉质土相比一般的砂土和饱和粘土而言,其动力变形特性更接近于砂土,但是与砂土也存在着非常明显的差异;其发展规律与其他地区沉积粉质土也较为不同,具有明显的区域性。采用修正了的Hardin-Drnevich模型和对数模型分别对G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行拟合,给出了三类粉质土的归一化动力变形G/Gmax~γ/γr关系曲线,对模型中有关参数的影响因素做了初步的探讨。 (2)利用室内动三轴试验,分析总结黄河口饱和原状粉质土在循环荷载作用下的孔压上升规律及影响因素,对其动强度特性进行了研究。综合考虑应变和孔隙水压力的发展趋势,将粉土和粉质粘土应变达到5%和孔压比达到0.65、粉砂土的应变达到2%和孔压比达到0.87作为液化破坏开始的标志,可供实用参考。分析了动荷载的大小和频率、土的结构性、粘粒含量及固结比对粉质土变形和孔压发展的影响,给出了孔压发展模型和抗液化强度模型。 (3)通过现场模拟试验与观测,研究海床土体对振动能量的吸收过程,分析相应土体中孔隙水压力及电阻率的动态变化,并揭示振动荷载导致土体强度丧失与恢复的过程机理。研究发现:随着振动次数的增加,被土体吸收的振动能量将在土体内部进行重新分配和传递,表层一定深度(大小受控于振动能量)范围的土体吸收的能量减少,而中下层土体吸收的能量增加,振动导致的土体对能量吸收的衰减量沿深度呈抛物线型变化;振动导致土体电阻率变化亦呈抛物线型,电阻率最大增加量与土体电阻率最大恢复量均出现在同一深度;相应深度海床孔隙水压力变化最大,并有可能最先发生局部液化破坏。海床土体对振动能量的吸收过程与电阻率变化、孔压变化、强度变化的规律在发展趋势上具很好的对应关系。海床土体对振动能量的吸收过程和发展趋势,是直接导致了海床土体电阻率、孔压及强度变化规律表现出独特响应规律的内因。研究成果有助于认识研究区硬壳层形成的机理。 (4)现场模拟波浪循环荷载作用进行振动,通过对比分析循环荷载作用前后原状土样的粒度成分、微结构及物性指标变化,结合现场孔隙水压力监测,研究循环荷载导致的海床粉质土成分结构变化与过程机理,发现振动能量作用对黄河口粉土底床成分和结构有改造作用,这种改造与土体层理变化密切相关。振动导致细粒物质在一定深度范围内发生迁移,一部分迁移至表层,另一部分则在某一部位聚集;包括定向性和形状系数等在内的微结构将发生优化调整,一些典型的物理指标也将发生变化。这个范围与孔隙水压力有一定关系,主要集中在海床动态响应下超孔压压力高值带以上。从有效应力角度和振动能量的角度讨论了这种变化的机理。这种变化有助于导致粉质土海床成层性,显著有别于传统的沉积学认识。

黄河口;动力特性;电阻率;动力响应;粉质土体;土体动模量

中国海洋大学

硕士

环境工程

单红仙

2005

中文

TV148.3;TV882.1

76

2006-07-27(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)