黃河口粉質土體的動力響應特性及機理研究.pdf

1、論文依托國家自然科學基金項目“黃河口水下斜坡硬殼形成與破壞”進行研究，開展了一系列室內和現(xiàn)場的模擬循環(huán)振動試驗工作研究黃河口粉質土體動力響應特性及機理，為海洋工程應用和防災減災提供實驗數(shù)據(jù)，得出的相關成果如下： (1)結合室內共振柱和動三軸實驗對黃河口粉質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。結果表明研究區(qū)的粉質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，給出了三類粉質土的歸一化動力變形G/Gmax～γ/γr關系曲線，對模型中有關參數(shù)的影響因素做了初步的探討。 (2)利用室內動三軸試驗，分析總結黃河口飽和原狀粉質土在循環(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。綜合考慮應變和孔隙水壓力的發(fā)展趨勢，將粉土和粉質粘土

3、應變達到5％和孔壓比達到0.65、粉砂土的應變達到2％和孔壓比達到0.87作為液化破壞開始的標志，可供實用參考。分析了動荷載的大小和頻率、土的結構性、粘粒含量及固結比對粉質土變形和孔壓發(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，并揭示振動荷載導致土體強度喪失與恢復的過程機理。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量均出現(xiàn)在同一深度；相應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關系。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)出獨特響應規(guī)律的內因。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、微結構及物性指標變化，結合現(xiàn)場孔隙水壓力監(jiān)測，研究循環(huán)荷載導致的海床粉質土成分結構變化與過程機理，發(fā)現(xiàn)振動能量作用對黃河口粉土底床成分和結構有改造作用，這種改造與土體層理變化密切相關。振動導致細粒