波浪导致黄河口粉质海床土液化研究

论文摘要

波浪在传播的过程中,会在海床土体中产生附加应力和空隙水压力(包括瞬态孔隙水压力和残余孔隙水压力),对海床土体的稳定性具有一定的破坏作用,从而影响海底地形地貌的形成,给海岸工程带来危害。根据黄河三角洲地区海床的特点,本文从室内实验和数值分析两个方面入手,旨在研究波浪作用下黄河三角洲海床土体在发生液化破坏之后的特性。在室内实验部分,通过自行设计试验装置,利用水槽实验,模拟黄河口现场海床土体在波浪作用后发生液化的过程,研究了黄河口粉土在波浪作用下发生液化后,土体的物理力学指标的变化。从实验中可以得出:波浪作用下细颗粒物质会向土体表面输出,海床土体发生明显的粗化现象,表现为波浪作用后土体粘粒含量减小,平均粒径增大,在土层表面有絮凝状沉积物聚集。孔隙水压力监测结果表明,土体液化是波浪导致粉土粗化的首要条件,波浪引起的土体振荡层为细颗粒物质的向上迁移提供排水通道。建立波浪作用下,海床残余响应的数学模型,利用有限元方法求解数学模型,并利用matlab编制有限元程序,利用土体液化判别准则分析了海床液化破坏,比较50年一遇波浪要素及试验中波浪要素,不同水深及海床土层厚度对海床液化深度的影响。从分析中可以得出:海床液化深度随着波浪作用时间的增加逐渐趋近于一个稳定值,不会无限度的增加,随着土层厚度的增加,土体液化深度逐渐减小。波浪引起海床土体液化是海底不稳定性地貌形态形成的主要原因。海床液化导致了泥火山现象的发生,进而使得海床坍塌形成洼坑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 研究意义、现状与内容
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究历史与现状
• 1.2.1 波浪－海床相互作用的理论研究
• 1.2.2 波浪－海床相互作用的试验研究
• 1.2.3 波浪作用下海床液化研究进展
• 1.3 本文研究工作
• 2 黄河三角洲沉积与水动力特征
• 2.1 黄河三角洲沉积特征
• 2.1.1 现代黄河三角洲历史概况
• 2.1.2 黄河三角洲地貌形态分布
• 2.1.3 黄河三角洲沉积物分布总体特征
• 2.2 黄河三角洲水动力特征
• 2.2.1 波浪
• 2.2.2 潮汐
• 2.2.3 风暴潮
• 2.2.4 潮流
• 3 波浪作用下粉土液化试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验装置、材料和方法
• 3.2.1 试验装置
• 3.2.2 试验土样
• 3.2.3 试验方法
• 3.3 试验结果
• 3.3.1 试验现象
• 3.3.2 波浪作用后土体强度变化
• 3.3.3 波浪作用后土体视阻率变化
• 3.3.4 孔隙水压力变化
• 3.3.5 土体物理力学性质变化
• 3.4 小结
• 4 波浪作用引起粉土海床粗化及硬层形成机理探讨
• 4.1 引言
• 4.2 波浪作用下粉土海床粗化分析
• 4.2.1 波浪作用下孔隙水压力发展趋势分析
• 4.2.2 土体液化分析
• 4.2.3 黄河口粉土海床粗化机理探讨
• 4.3 土体中硬层形成机理探讨
• 4.4 波浪作用下海底不稳定性地貌形态形成机理分析
• 4.5 小结
• 5 波浪作用下海床液化数值分析
• 5.1 概述
• 5.2 有限元分析模型
• 5.2.1 控制方程
• 5.2.2 边界条件
• 5.2.3 有限元数值解
• 5.3 波浪作用下海床液化分析
• 5.3.1 土体液化判别准则
• 5.3.2 波浪引起海床液化深度分析
• 5.3.3 水深对海床液化影响
• 5.3.4 海床土层厚度对海床液化影响
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢