黃河口鐵板砂超固結特征及成因研究.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“生物活動導致黃河口沉積物固結非均勻化研究” (基金號40472137)為依托，對黃河口粉質土在自重和波浪作用下的固結過程進行研究，展開了一系列現(xiàn)場和室內試驗及數(shù)值分析，分析了黃河口鐵板砂超固結特征，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。黃河口粉質土在波浪等循環(huán)荷載作用下成分和結構狀態(tài)可能發(fā)生的變化，關系到海底工程地質環(huán)境的動態(tài)變化及海洋地質災害孕育發(fā)生。本文首先總結了前人現(xiàn)場調查研究結果，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土在波浪荷載作用下的固結規(guī)律。利用Biot固結理論分析了波浪作用下黃河三角洲粉質土超固結形成過程。 現(xiàn)場調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、導致細粒物質上涌；表層淤泥平均粒徑及分選性介于上述“細粒物質”和生物活動產(chǎn)生的物質之間；淤泥的厚度與下伏沉積物強度有較好的對應關系。同時，一定深度范圍內沉積物的層化現(xiàn)象具有明顯的幾何分形性，帶有后期改造的特征。 室內的物理模擬過程進一步證明了細粒物質的運移及快速堆積的沉積物在固結過程中的成層現(xiàn)象，得出固結過程中土體破壞時形成的裂隙是微層后生發(fā)育的重要條件的結論。另外，細粒物質的聚集導致土體級配變好，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基礎。孔隙水壓力監(jiān)測結果表明，細粒物質的運移是循環(huán)荷載導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。海床土體的重復液化加劇了成分和微結構的調整。利用Biot固結理論進一步驗證了粉質土體內硬層存在的必然性，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