黃河口海床沉積物波致液化破壞及自動監(jiān)測研究.pdf

1、本學(xué)位論文依托國家自然科學(xué)基金項目“黃河口沉積物固結(jié)后再懸浮及輸運過程研究”(項目號:40876042),研究了黃河口海床沉積物波致液化破壞與強度變化過程及自動監(jiān)測系統(tǒng)。
　　 為了研究波浪作用下海床沉積物的液化破壞和強度變化過程,主要開展了以下工作:進行水槽實驗?zāi)M不同波高的波浪,作用與水槽底部的土床上。布設(shè)孔壓探頭,測量不同深度的孔壓的值;測量土槽豎直和水平方向上的貫入強度值。通過對實驗現(xiàn)象進行對比分析,得出海床沉積物的液化

2、破壞和強度的變化規(guī)律。通過數(shù)據(jù)孔壓和貫入強度數(shù)據(jù)的處理,分析出上述規(guī)律的機理。
　　 為了研究海床沉積物強度喪失演化過程自動監(jiān)測系統(tǒng),主要開展了以下工作:通過水槽實驗現(xiàn)象并結(jié)合現(xiàn)場的情況,設(shè)計出監(jiān)測系統(tǒng)所能實現(xiàn)的基本功能和結(jié)構(gòu)。對監(jiān)測系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)功能在現(xiàn)場做了驗證工作,并對系統(tǒng)進行了改進。
　　 通過以上的研究工作得出了以下結(jié)論和成果:
　　 (1)波浪作用下在土床中產(chǎn)生的作用力大于土體液化強度降低殘留的強度,

3、土體才能破壞。隨著波高的增加,土體中的作用力越大,由于土體孔壓累積損失的強度也越大,土體越容易發(fā)生破壞。土體發(fā)生破壞以后,“破壞體”邊界呈圓弧狀,并且“破壞體”在遇到更強的波浪作用下會沿原來的邊界產(chǎn)生“復(fù)活”現(xiàn)象。定義液化系數(shù)為超孔隙水壓力與上覆土體的浮容重的比值,土體的最大液化深度與液化系數(shù)的分布有較好的一致性。
　　 (2)黃河水下三角洲均質(zhì)粉土海床在較小波高的波浪荷載作用下海床土固結(jié)作用增強,再較淺的位置形成強度相對較大的

4、土層,并與液化系數(shù)的分布一致。在較大波高的波浪荷載作用下,黃河水下三角洲粉質(zhì)海床局部發(fā)生液化破壞,破壞位置土體強度經(jīng)歷喪失——恢復(fù)——增強的過程,強度喪失量、增強量與液化土層深度均隨波浪波高的增加而增大。黃河水下三角洲均質(zhì)粉土海床在空間上強度的非均勻化分異與多級波高作用下振蕩土層的發(fā)生和演化密切相關(guān),是波浪導(dǎo)致的土體固結(jié)過程和液化過程共同作用的結(jié)果。水槽模擬實驗可以很好模擬現(xiàn)場的強度變化過程。水槽模擬實驗可以作為研究波浪作用下海床動力響

5、應(yīng)非常有效的手段。
　　 (3)通過對水槽實驗中得到的海床沉積物液化破壞和強度變化的規(guī)律,設(shè)計了一套海床沉積物液化破壞深度自動監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)是通過自動沉降系統(tǒng)來監(jiān)測強度喪失的演化過程。其原理是根據(jù)有效應(yīng)力原理,通過測量總應(yīng)力和孔隙水壓力,來計算自動沉降系統(tǒng)的實時深度而達到監(jiān)測的目的。系統(tǒng)的主體部分由自動沉降裝置,浮球裝置,數(shù)據(jù)采集裝置,信號發(fā)送裝置,供電裝置,存儲裝置等組成,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時自動采集,傳輸,存儲。經(jīng)過室內(nèi)試驗