波浪作用下黄河口粉质土海床液化深度研究

发布时间：2017-08-23 19:07

  本文关键词：波浪作用下黄河口粉质土海床液化深度研究

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【摘要】：在大河的河口三角洲海床容易受到风暴浪等具有周期性的外力影响而发生液化。海床液化后,形成了物理性质不同的上部具有一定自由流动性的土体与下部土体间的相互作用与运动,其层间的运动关系,可以看做流体与下部沉积土体间的摩擦关系。在波浪的持续作用下,海底液化土体表现出流体的性质及波动状态,这种状态下的液化土体可以作用于此区域内的采油平台设施、海底管线等海洋构筑物上,使建筑物的水平受力增大；同时,该状态下的液化土体会像波浪那样作用于下覆未液化海床上,使之液化,如此周而复之,将使海床达到最大液化深度；以上这些都将对海洋设施造成巨大的危害,而由液化引起的破坏往往是毁灭性的,因此在设计海洋构筑物时必须考波致海床液化这一问题。本文即在此现实意义的基础上,展开了相关的研究工作。为了给出波浪作用下海床液化深度的评估,本文采取模拟试验与理论分析两种方式对其进行研究。将液化土体视为流体,液化土体波动作用下使得下覆未液化海床孔隙水压力超过有效应力值,从而发生液化。海床液化后,处于流动态的粉质土之粘性在宏观上表现为内摩擦力,因此,本文对液化流动层、固壁层相互作用界面间的摩擦力进行研究,为理论计算中液化土体波动能量损失部分提供分析基础；第二,利用波浪水槽试验观察了波浪作用下底床液化发展模式,并得到液化深度的试验数据,以便为后续理论计算提供基础支持；最后,将液化后土体视为流体,根据已有研究的双层流体波动理论进行推导求解,给出针对粉质土和黄河三角洲条件的海床土体液化深度的计算结果,并与试验数据进行比对。研究结果表明,液化流动层与固壁层土体间的摩擦力随土体中粘粒含量的增加,先增加后减小,且摩擦力最大值的变化范围为3.76kPa-5.12kPa;摩擦力随着含水率的增加而减小；剪切速率对界面摩擦力几乎无影响,这与黏度的大小与速度梯度(剪切速率)无关相印证。因而,在理论计算中用界面摩擦力来替代黏度是有一定合理性的。在水槽试验中观察到,海床液化的一种模式是自上而下渐进发展的。粉质土底床的液化深度随着波浪作用时间的增加先向下渐进发展,当液化深度最大后,液化底界面开始回升,试验底床出现明显粗化现象；改变波高后,波高越大,底床液化深度越大。结合测得的摩擦力和观察到的自上而下渐进发展的液化模式,推导求解了双层流体波动理论的模型,利用差分法,编制Matlab计算程序,结合有效应力原理分析了海床液化深度的情况。经验证,得到了理论结果与试验及实测数据间的修正系数为0.58。并比较了不同水深及海床厚度对海床液化深度的影响,海床厚度在0.2倍波长内时,液化深度与海床厚度呈正相关关系；海床液化深度随着水深的增加,先增加后减小,在水深为9-10m间,海床液化深度达到最大值。
【关键词】：黄河三角洲 液化深度 粉质土海床 水槽试验 界面波模型 黏度
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P75;TU435
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 前言11-24
• 1.1 研究背景及研究意义11-12
• 1.2 研究对象12-13
• 1.3 国内外研究现状13-21
• 1.3.1 波致海床液化的理论研究13-16
• 1.3.2 波致海床液化的试验研究16-19
• 1.3.3 海床孔压发展模式及液化判别标准19-21
• 1.4 本文研究工作21-24
• 1.4.1 研究内容22
• 1.4.2 技术路线22-24
• 2 液化流动层与固壁层界面摩擦力研究24-34
• 2.1 概述24
• 2.2 试验简介24-26
• 2.3 结果分析与讨论26-32
• 2.4 小结32-34
• 3 波浪水槽试验概况34-54
• 3.1 试验装置34-38
• 3.2 试验底床的制备与铺设38-40
• 3.3 初始底床及施加波浪的基本性质40-41
• 3.4 试验过程及试验现象41-46
• 3.4.1 未扰动液化试验42-44
• 3.4.2 扰动液化试验44-46
• 3.5 试验结果46-52
• 3.5.1 土体运动界面的扩展46-48
• 3.5.2 液化深度随时间、波高的变化48-51
• 3.5.3 土体密度、含水率变化51-52
• 3.6 小结52-54
• 4 海床液化分析中的两层流体模型介绍54-62
• 4.1 无粘性流体模型55-57
• 4.2 粘性流体模型57-61
• 4.3 小结61-62
• 5 海床液化深度的数值分析62-76
• 5.1 概述62
• 5.2 边界条件62-64
• 5.2.1 黄河口海床中的循环剪应力62-63
• 5.2.2 累积孔隙水压力63-64
• 5.3 控制方程的求解步骤64-65
• 5.4 波浪作用下粉质土与黄河三角洲海床液化分析65-74
• 5.4.1 波浪引起海床液化深度分析66-71
• 5.4.2 参数的影响71-74
• 5.5 小结74-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 存在的问题及建议77-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-85
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：726749