波浪作用下黄河口多层粉质土海床动态响应特征分析

发布时间：2020-07-19 09:47

【摘要】：黄河水下三角洲由于所处的水动力条件极为复杂，导致海床沉积物在空间上具有较强的非均匀性，垂直方向上表现为不同类型土层相互叠加，水平方向上表现为不同区域海床土层在厚度、层序、颗粒级配及物理力学性质上存在差异。而以往的研究表明，黄河口海床地质灾害的发育类型、规模等与其所处的位置以及土层结构密切相关。以往研究已对黄河三角洲的形貌特征、海洋动力条件、土体物理力学性质进行了定性描述，对波致粉土海床动力响应研究则主要选用均质模型，对于非均质模型的研究很少。本文统计建立了黄河三角洲埕岛海域5种层状典型土体模型，基于Biot理论，利用有限差分方法对波致多层粉质土海床动态响应进行了数值模拟，探究波致海床动态响应机制及“软弱层”在其稳定性中起的作用，主要的研究工作和成果如下： （1）依据大量实地勘察资料，对海床沉积层序进行归类总结，得到不同海床沉积层序对应分布特征；基于钻探取样及室内土工试验，得到各沉积层序土体物理力学参数。根据黄河水下三角洲粉土层厚度、层序、土的物理力学性质上的不同，基于室内试验得到的物理力学参数，建立了5种典型海床模型。 （2）基于Biot理论，采用有限差分法对5种典型多层海床土模型进行了数值模拟，得到了10m深度内海床土应力场、位移场和超静孔隙水压力场分布。并将各种土体类型的响应特征进行了比较，探讨了控制海床稳定的关键因素。为了验证数值模拟的正确性，选取D土层原位孔压监测数据与数值模拟数据进行对比，结果显示数值模拟结果与实际情况接近。 （3）研究揭示在波浪荷载作用下，多层海床孔隙水压力、应力、位移除在表层粉质土中出现一个极大值点外，在下伏软弱层中还将出现第二个极大值点，而应力在界面位置将急剧减小。表层粉质土中出现的第一个极值是引发小规模浅表地质灾害的动力学因素，而大规模地质灾害的发生和下伏软弱层中第二个极值直接相关。海床土沉积层序对土层稳定性影响大，其中“上硬下软”的沉积结构最不稳定，在强浪作用下容易引发大规模地质灾害。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P736
【图文】：

研究区概况河作为中国北方最大的河流，携带大量泥沙自西向东贯穿中国，全长流域面积超过 75 万平方公里。由于黄河经过黄土高原，故黄河水沙，每年输送着 1.1 亿吨的泥沙入海，其中大部分泥沙都沉积在黄相关资料统计，自 1855 黄河改路从东营入海以来，黄河口每年向20 多平方公里。河口海床是由黄河携带的大量泥砂快速沉积形成的，海床坡度平缓，多分布在 20m 之内。由于该区域处在东北季风盛行区域，在春冬风力特别大，容易发生地质灾害。于此同时黄河的来砂量并没有减会再次覆盖其上，形成了具有多层次沉积类型的海床。由于黄河的迁徙，使原本属于沉积的地区在波浪与海流作用的发生强烈的侵蚀角洲成为世界上大河三角洲中海陆循环变迁最为活跃的地区之一。

用下海床土动态响应过程数值模拟研究综述可知，均质土模拟方法是成熟的，Yamamoto[61993）、林缅[71, 72]（2001）等都对均质土海床进行过了（2001）针对于粉质土海床的研究工作更突出一些。究区特有的土质类型，结合土工试验得出的土体物理力均质土海床动态响应过程数值模拟，研究该区特定海床模的波浪为随机波，波形很难用具体的数学表达式直接表模拟时，现在最常用波浪模型有 Airy 小振幅波和 Stokes Airy 波模型，对作用在海床底部的波压力进行推导。

架体积模量 Kb（9 10Pa） 1.4波速 Vpc（3 10m/s） 1.6波速 Vs(2 10m/s) 1.4架密度(1 )s （3 10kg/m3） 2.69度 0.44的粘滞系数 (310 Pa.s) 1.0率 （md） 5 a 2国辉等[106]利用水槽试验，通过室内造波，动态监测压力响应。试验中所用的土体取自黄河三角洲浅海海土质为粉土，故该海床为粉土均质海床。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵子丹,别社安;沙质海床对波浪的响应及其稳定性研究的回顾[J];海洋通报;1995年04期

2 吴梦喜,楼志刚;波浪作用下海床的稳定性与液化分析[J];工程力学;2002年05期

3 晓峰;喜恕无常的深海“恶魔”[J];金属世界;2001年03期

4 韩艳;拾兵;;海底管线冲刷问题研究综述[J];中国海洋平台;2007年04期

5 贾永刚,周其健,马德翠;生物活动对海床沉积物工程地质特征改造研究[J];工程地质学报;2005年01期

6 陈民本;海洋科学研究之国际趋势[J];世界科技研究与发展;1998年04期

7 白玉川,廖世智;广西钦州湾海域海床稳定性特征的研究[J];海洋通报;2005年02期

8 赵子丹，薛晓春;直立堤前海床的局部冲刷[J];海洋学报(中文版);1998年05期

9 栾茂田,王栋;考虑土骨架加速度效应的海床动力反应及其影响因素分析[J];海洋学报(中文版);2002年06期

10 闫启方;陈哲;高洪波;;波浪作用下无限深海床中无限长桩横向稳态响应分析[J];信阳师范学院学报(自然科学版);2008年02期

相关会议论文 前10条

1 李小均;高福平;鄢文杰;吴应湘;;波浪作用下海床土体的孔隙水压累积响应[A];2009年度海洋工程学术会议论文集（上册）[C];2009年

2 高福平;;有限厚度非均质海床对非线性波浪响应的有限元模拟[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年

3 韩峰;段梦兰;王德国;胡知辉;何同;任自在;;春晓气田群海底管线冲刷机理分析及其影响因素研究[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

4 潘昀;程永舟;汪文诚;李青峰;;破碎波作用下斜坡海床床面变化实验研究[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(中)[C];2011年

5 李青峰;程永舟;汪文诚;潘昀;;破碎波作用下沙质海床的孔隙水压力变化梯度[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(中)[C];2011年

6 白兴兰;黄维平;;海床土刚度对钢悬链线立管触地点动力响应的影响分析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C];2010年

7 闫术明;高福平;吴应湘;杨兵;高磊岩;;海底管道沉降特性的数值模拟分析[A];2006年度海洋工程学术会议论文集[C];2006年

8 王建国;M.R.Karim;;波浪作用下海床瞬态液化的无单元法分析[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年

9 王立忠;潘冬子;;波浪荷载作用下粉质海床孔压增长的数值分析及试验研究[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集（下册）[C];2006年

10 华蕾娜;余锡平;;无网格伽辽金法在波浪作用下海床动力响应问题中的应用[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 张学军;“海床族”成出国市场新军[N];北京人才市场报;2011年

2 记者 甘丰录;半潜平台深水作业成为可能[N];中国船舶报;2008年

3 王疆戈;曹军;管道公司完成“海底第一穿”[N];中国石化报;2003年

4 英国地质调查局海洋地质部主任 阿兰·史蒂文森;让海底海床地图发挥更大作用[N];青岛日报;2009年

5 唐宁;北极一海床或为小行星撞击遗迹美挪科学家将乘气垫船联手研究[N];中国海洋报;2009年

6 刘玉红;人工浮动海床促海洋钻探变深为浅[N];地质勘查导报;2008年

7 本报驻联合国记者 王俊鸣;走进大海深处[N];科技日报;2005年

8 ;粒状高炉渣回收利用新方法[N];世界金属导报;2002年

9 马震;俄要到北极点海床插国旗,意在能源？[N];新华每日电讯;2007年

10 郑洁;英国要在南极争主权抢石油[N];东方早报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 华蕾娜;波浪－结构物－海床耦合系统动力学研究[D];清华大学;2009年

2 王栋;波浪作用下海床动力响应与液化的数值分析[D];大连理工大学;2002年

3 张小玲;地震作用下海底管线及周围海床动力响应分析[D];大连理工大学;2009年

4 胡怡;波浪在泥质海床上传播与破碎的数值研究[D];清华大学;2012年

5 周援衡;波浪与抛石防波堤相互作用及其砂质海床动力响应分析[D];中南大学;2011年

6 刘立平;墩柱结构及其海床土体在波浪作用下的动态响应[D];武汉理工大学;2004年

7 刘占阁;波浪作用下海床累积孔隙水压力响应与液化分析[D];大连理工大学;2008年

8 常方强;波浪作用下黄河口海底滑坡研究[D];中国海洋大学;2009年

9 韩涛;波浪与海床、结构物相互作用的数值模拟[D];天津大学;2005年

10 王忠涛;随机和非线性波浪作用下海床动力响应和液化分析[D];大连理工大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 朱大伟;波浪作用下黄河口多层粉质土海床动态响应特征分析[D];中国海洋大学;2013年

2 王虎;波浪作用下黄河三角洲粉质土海床不稳定机制研究[D];中国海洋大学;2012年

3 房志敏;波浪作用下黄河口粉质土海床渗流影响因素的研究[D];中国海洋大学;2012年

4 陈志超;波浪作用下海床动力响应离心模型试验[D];大连理工大学;2013年

5 刘文洁;多维复合极值分布理论在波致海床土体液化中的应用[D];中国海洋大学;2012年

6 李红磊;海床蚀积过程实时自动监测技术[D];中国海洋大学;2011年

7 张琳;黄河口粉质土动力响应及海床滑动破坏研究[D];中国海洋大学;2013年

8 侯伟;黄河口海床沉积物波致液化破坏及自动监测研究[D];中国海洋大学;2011年

9 崔嵩;波流共同作用下海床动力响应[D];上海交通大学;2012年

10 刘莹;波浪作用下黄河水下三角洲粉质土体海床响应研究[D];中国海洋大学;2010年

本文编号：2762250