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波浪荷载作用下砂土变形特性的模拟试验研究
张晨明;董秀竹;郭莹;栾茂田
【期刊名称】《地震工程与工程振动》
【年(卷),期】2005(25)2
【摘要】利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”模拟波浪荷载作用,对福建标准砂进行了4组三轴-扭转耦合振动剪切试验,以研究海床砂土在波浪荷载作用下的变形特性及其对砂土初始密度和固结压力的依赖性。
试验结果表明,应力-应变呈现出良好的双曲线关系,与等效线性模型理论相吻合;阻尼比和模量随应变幅值的变化规律均依赖于土体的初始密度和固结压力;归一化后的
E/Emax-ε及G/Gmax-γ曲线对相对密度和固结压力仍具有明显的依赖性;但完全归一化后的E/Emax-ε/εr及G/Gmax-γ/γr的关系曲线则与固结压力无关。
【总页数】5页(P155-159)
【关键词】波浪荷载;三轴-扭转耦合振动剪切试验;变形特性;阻尼比;模量
【作者】张晨明;董秀竹;郭莹;栾茂田
【作者单位】同济大学地下建筑与工程系;大连理工大学海岸和近海工程国家重点工程实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P315.98
【相关文献】
1.循环剪切作用下砂土变形特性的颗粒流模拟试验 [J], 沈映;胡敏云;刘延志
2.动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土变形特性的试验研究 [J], 高玉峰;王庶懋;王伟
3.循环荷载作用下粉砂土路基累积变形试验研究 [J], 张宏博;黄茂松;宋修广
4.循环荷载下砂土变形的细观数值模拟I:松砂试验结果 [J], 刘洋;周健;吴顺川
5.循环荷载下砂土变形的细观数值模拟Ⅱ:密砂试验结果 [J], 刘洋;吴顺川;周健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
不同水位变化条件下波浪侵蚀土质边坡微地貌变化过程研究摘要：大面积库区消落带的形成带来许多生态问题，其中水土流失是重要的生态问题之一。
本文利用水槽模拟试验，研究水位在涨、落以及固定时波浪对10°边坡的侵蚀。
结果表明，水位涨落时与水位固定时波浪侵蚀过程有明显不同。
三种水位变化条件下，15-30分钟都为侵蚀量最大的时间段，水位下落时后期侵蚀量较水位固定和水位上涨时大。
水位下落时坡面中上部土体是土壤侵蚀最主要来源；水位固定时上部侵蚀最为严重；水位上涨时主要侵蚀上部土体，中下部则较少。
关键词：库岸；侵蚀率；浪蚀龛；微地貌；水位涨落中图分类号：tv145 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）06-（页码）-页数1.引言大面积库区消落带的形成往往会带来许多生态环境问题[1，2]：一方面水库淹没自然消落带湿地，并带来自然消落带植物资源的消亡，同时大坝截断了流域上下游之间物质、能量和信息的交流，并破坏了消落带功能的完整性；另一方面水库消落带往往造成植被破坏，生物多样性下降，小气候恶化，库岸遭受侵蚀，严重威胁库区安全。
其中，水土流失是水库消落带最为严重的生态环境问题之一。
对河流岸坡造成侵蚀的原因很多，其中降雨和波浪作为两个主要侵蚀因素不容忽视，对波浪侵蚀进行系统而科学的研究是十分必要的。
本文利用水槽模拟试验研究土坡初始坡度为10°时，水位上涨、下落以及固定时，波浪对边坡侵蚀的不同并分析其原因。
本文的研究可为脆弱的消落带生态系统的恢复提供科学依据。
2.材料与方法2.1试验布设试验在三峡大学地质灾害防治试验楼进行，试验所用水槽由有机玻璃及钢架制成，长250cm、宽50cm、高60cm（图1）。
试验土壤为三峡库区消落带典型黄棕壤，其颗粒组成见表1。
土壤颗粒经过晒干、磨碎、过筛后，分层夯实铺设，每一层洒水使饱和，然后进行下一层铺设，坡型修为直型坡。
底部坡体长50㎝、宽50㎝、高20cm，坡脚约为10°。
波浪作用下海底粉质土液化过程的速率特征许中谦;许国辉;陈昌昀;许兴北;任宇鹏;马传通;李少天【期刊名称】《中国海洋大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2018(48)A01【摘要】海底的粉质土在强烈波浪作用下会发生液化现象。
粉质土从液化发生到最后形成流体有其变化的过程。
本文针对黄河三角洲的粉质土,进行了波浪水槽试验和现场监测试验,记录了孔压在粉质土液化过程中的变化,给出了波浪作用下粉质土液化过程的速率特征。
试验结果给出:海底粉质土在波浪作用下某一深度层的液化发展迅速,水槽试验重塑土用孔压增长速率反映的液化发展速率平均为0.15kPa/min,现场监测原状土液化发展速率平均为0.29kPa/min;水槽试验重塑土和现场监测原状土均出现液化深度自上而下的发展过程,本文水槽试验条件和现场条件给出的液化深度发展平均速率分别为0.01和0.10m/min。
【总页数】8页(P115-122)【关键词】孔压;有效应力;海床液化;现场监测;水槽试验【作者】许中谦;许国辉;陈昌昀;许兴北;任宇鹏;马传通;李少天【作者单位】中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室;中国海洋大学环境科学与工程学院;中国海洋大学海洋油气开发与安全保障技术教育部工程中心;青岛海大海洋能源工程技术股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】P736【相关文献】1.波浪作用下埕岛海域粉质土海床的累积液化 [J], 常方强;贾永刚2.波浪作用下粉质土海床液化界面波压力的研究 [J], 任宇鹏;房虹汝;许国辉;许兴北3.波浪作用下液化粉土流动特性拖球试验研究 [J], 刘涛;崔逢;张美鑫4.波浪作用下黄河三角洲海底粉土液化特征对比研究 [J], 宋玉鹏;孙永福;宋丙辉;董立峰;杜星5.波浪作用下海底粉土孔隙水压力响应过程监测研究 [J], 宋玉鹏;孙永福;杜星;曹成林;李淑玲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浪作用下海洋底床动态响应的研究
林缅
【期刊名称】《地球物理学进展》
【年(卷),期】1999(14)3
【摘要】有关波浪作用下的底床动态响应越来越引起人们的重视．本文从海洋土的特点出发，针对各向同性底床和各向异性底床，详细论述了在线性波加载下，波浪衰减和底床动态响应这两方面的研究现状．在分析和比较已有研究成果的基础上，对今后的研究方向提出了自己的看法．
【总页数】7页(P108-114)
【关键词】海洋土;动态响应;孔隙水压力;波浪;海底床
【作者】林缅
【作者单位】中国科学院力学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P733.1;P731.22
【相关文献】
1.可燃气体爆炸载荷作用下海洋平台舱室结构动态响应的数值模拟研究 [J], 苏艳艳;尹群
2.风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态响应分析 [J], 王禅; 金辉; 王腾
3.爆炸和高温联合作用下海洋平台结构动态响应研究 [J], 王珂;李建朝;尹群;沈中祥;蔡爱明;曹慧清
4.爆炸和高温联合作用下海洋平台结构动态响应研究 [J], 王珂;李建朝;尹群;沈中祥;蔡爱明;曹慧清
5.波流共同作用下海底人工边坡动态响应分析 [J], 刘成林;陈炜昀;陈国兴;俞缙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
波浪加载下海底土质特性变化的研究李安龙 杨荣民 林 霖 曹立华 杨少丽(中国海洋大学河口海岸带研究所,青岛266003)摘 要 通过不同的制样方法,在水槽中模拟了多种海底在波浪作用下的变化行为。
试验发现,加压排水固结的砂质粉土海底在波浪作用下较稳定;加压不产生排水而固结的砂质粉土海底易受波浪的冲刷;自然条件和轻微振动的砂质粉土海底最易受到波浪的扰动破坏,形成塌陷凹坑。
粘粒含量较高的粉质粘土对波浪的反映不敏感;下卧软土层土体在上覆压力下的变形量与含水量关系密切,含水量越高,变形越大。
试验结果证明,波浪会引起沉积物性质发生改变,也是引起海底形态变化的主要原因。
关键词 试样制备;水槽试验;土质特性变化中图法分类号 P 642.4 文章编号 1001-1862(2003)01-101-06现代黄河水下三角洲是1个工程地质条件高度复杂的地区。
由于黄河尾闾摆动的频繁造成海底沉积物工程性质在空间上分布极不均匀[1-3]。
近几十年来,由于黄河改道和径流急剧下降,泥沙来源趋于断绝,在波浪、潮流、暴风浪及地震的作用下,在河口地区,尤其是在1976年以前老河口地区海底遭受迅速侵蚀,产生了大量的底坡失稳现象。
比如,液化塌陷、海底滑坡等,构成严重的工程灾害[1],引起了中外科学家的高度关注。
自从20世纪80年代以来进行了多次中外联合考察及油田单位进行的海上调查,划分了海底不稳定性的分区,对引起底坡不稳定的机制进行了探讨[1]。
Prio r 等人分析了影响海底失稳的因素,张奇等人计算了波致海底切应力[3],Rahmas 计算了海底滑坡的波陡条件等[4-5]。
以前的试验研究探讨了外部荷载(主要是波浪和地震)下土体的应力——应变和孔压的变化规律[6-7],而对于海底土质的其它性质研究得很少。
海底原状样品难于取得,获得高质量的原状土样很不容易,分析波浪作用后土体参数的变化规律十分困难,这为实验室模拟波浪加载下底床性能的变化提供了契机。
本次试验,根据海底土体的实际情况对不同状态的土体进行了波浪水槽模拟实验。
图1 波浪水槽示意图Fig.1 Schema tic diag r am of the w av e flume1 研究方法试验在2.0m ×0.8m ×0.5m 的水槽中进行。
试验区大小26cm ×18cm ×5cm (图1)。
采用人工造波,试验参数:波高10cm ,第33卷 第1期 2003年1月 青岛海洋大学学报J OU RNAL O F OCEAN UNIV ERSITY OF QINGDAO33(1):101～106J an.,2003国家自然科学基金项目(50009002)资助收稿日期:2002-03-22;修订日期:2002-10-30李安龙,男,1972年6月出生,讲师,在职博士生。
波浪周期2s,试验水深20cm。
试验所用的样品取自于现代黄河水下三角洲的2种试样。
其粒度成分见表1。
表1 试样粒度成分表Table1 Grain size co mpo sitio n o f the sample试样编号Sample number粒径大小Gr ain size0.5～0.0750.075～0.005<0.005命名N ame试样1 Sample14.9786.618.42砂质粉土Sandy-silt试样2 Sample20.1146.5753.32粉质粘土Silty-cla y将试样1干样过筛,分成T1,T2,T3,T4共4组,完全饱水浸泡,充分搅拌;试样2按不同含水量配制成T5,T6,T7共3组。
将前4组试样分别平铺于(26×18×4)cm3的试样盒。
另外在试样盒里再制备3组试样T8,T9和T10。
其制样方法是将T5,T6,T7上铺饱和试样1,振动压密。
T1～T4采用不同的固结方法:T1静置于水中;T2试样盒上放置1个与之等大小的透水石,透水石上加1个1Kg重的砝码,使试样在加压排水条件下固结;T3试样盒上放置1块与之等大小的玻璃,玻璃上放置1个1Kg重的砝码,使试样在加压不排水条件下固结;T4采用人工振动的方法;将每组试样分别置于水中浸泡8d。
试验前测试样部分物理力学性质指标,其结果如表2。
表2 试验前试样的部分物理力学性质指标表T able2 The mecha nica l pro perties o f the sample prior to th e ex periment 土样编号Sa mple numberwρ0e Sr(%)T125.0 1.920.75888.9T224.4 1.8650.80182.4T326.6 1.850.84385.5T425.4 1.980.70996.7T547.9 1.75 1.3100T643.5 1.79 1.18299.5T740.6 1.805 1.12698.42 试验及结果2.1试验 分别将各组试样放入试验水槽,利用造波板产生波浪。
作用10min,观察试样表面形态变化。
继续造波10min,观察现象。
然后取出试样,测量试验后各组试样的部分物理力学性质指标。
测得其结果如表3和表4。
在T8,T9,T10试样上各放一直径5cm,重5Kg的砝码,静置观察现象。
2.2试验现象 试样T1,T4表面出现园形封闭的塌陷凹坑,随着波浪作用的时间延长,凹坑的尺寸扩大。
波浪作用10min时,测得凹坑最大直径为1.5cm,深0.5cm;20min后,凹坑最大直径扩展到 2.1cm,深度增加到0.8cm。
T2表面只有较微的冲刷,试样表面完整。
T3表面遭到冲刷,出现平行于波脊向的沟槽,斜坡边缘较陡的地方变得平缓。
而T5,T6,T7在试验过程102青 岛 海 洋 大 学 学 报2003年中只发现水体变得浑浊,试样表面未发现异常现象。
但在受荷的条件下,T8砝码下沉 1.6cm ,表面出现裂缝,并产生水平滑移,T 9砝码下沉1cm ,表面未见其它现象;T 10下沉0.4cm 。
表3 试验后试样部分物理力学性质指标表Ta ble 2 Th e mechanical pro per ties o f the sa mple after the ex periment土样编号Sa mple number w ρ0e Sr(%)T 123.9 1.9450.7789.2T222.4 1.8850.75380.3T 324.5 1.8610.80682.1T423.6 2.000.66995.2T547.3 1.7561.29100T643.0 1.792 1.17999.6T740.11.8031.12097.8表4 试验后粒度成分表T able 4 Gr ain size co mposition of th e sample after the experiment试样编号Sam ple number粒径大小Grain size (mm)0.5～0.0750.075～0.005<0.005命名Nam e T15.2386.977.8砂质粉土T2 5.0386.958.02砂质粉土T3 4.9886.628.40砂质粉土T4 5.7086.677.63砂质粉土T5 1.1646.9151.43粉质粘土T60.9346.7552.22粉质粘土T70.9546.7852.47粉质粘土注:考虑到波浪的影响深度有限,砂质粉土取泥面下1cm ,粉质粘土取泥面下0.5cm 作粒度分析。
2.3试验数据分析 作w ,e,ρ,Sr 随时间变化曲线图(图2)。
对试验土样来说,在波浪作用一段时间之后,砂质粉土密度表现为增加,而粘质粉土几乎无变化,与同类样品相比,试样T 1的变化稍大;其含水量变化总的趋势是减小,砂质粉土的含水量减小较明显;其孔隙比变化总趋势表现为减小,与同类样品相比,T2减小得更快,但出现了1个例外,即T1样品的孔隙比在波浪作用之后却增加了;与试验现象对比发现,初始饱和度高的试样T4和自然状态沉积的试样T 1容易形成塌陷。
从表4中可以看出,不管是砂质粉土还是粉质粘土试样,在波浪作用一段时间过后,试样中的粘粒含量都有所减少。
其中试样T1在这几组试样中粘粒含量减小的最多。
3 讨论试验发现不同方法制备的土体对波浪的反映不同:试样T1模拟了自然情况下沉积的海底土体,黄河每年携带大量的泥沙堆积在河口及邻近地区,来自黄土高原富含粉粒和碳酸钙的沉积物[3]的迅速堆积使其中的孔隙水和孔隙气不能及时排出,形成固-液-气三相体系。
在外荷振动下(废弃河口区的主要荷载为波浪),三相体系中悬浮的固体颗粒(粉砂及粉砂以上粒级)1031期李安龙,等:波浪加载下海底土质特性变化的研究位能降低,产生沉降,其能量转换为孔隙压力,导致孔隙压力升高,孔隙气和孔隙水形成通道向表层排出。
沉积物趋于密实,产生以通道为中心的圆形塌陷,试样密度增加。
随着波浪作用的时间延长,孔隙水继续排出,导致塌陷半径扩大。
试验过程中,由于波浪的作用造成孔隙气和孔隙水向上排出,可能导致试样表层孔隙比暂时性的增大,饱和度增大和粘粒含量的减少。
Schw ab 在文献[8]中提到,在海底自然沉积的松散沉积物中,当粘粒含量大于10%时,粘粒增加了颗间的粘聚力,对液化有一定的抑制作用。
但当砂中的粘粒含量小于10%时,粘粒却提高了砂的流动性,因为粘粒比其它颗粒易成悬浮状态,使液相容重加大,从而提高液相的悬浮能力并降低砂粒之间的内摩擦力,使砂土更易液化。
随着液化的结束,土体中的粘粒被水流带出。
因此,随着波浪作用的时间延长,粉质粘土最终会向砂质粉土转化。
图2 土工参数随时间的变化曲线Fig.2 V a ria tio n o f geo technica l para meters with time试样T 2模拟了抛沙区的海底。
在工程上为了防止平台周围土体遭受冲刷,在井桩周围抛置沙袋,抛沙粒级为细砂,其渗透性良好,导致下覆底床孔隙水经沙袋排出,砂袋的压力又促使下覆粉砂颗粒相互靠近,孔隙比减小,粉砂颗粒之间的粘粒和碳酸钙颗粒可能因此而发生胶结,引起土体抗剪强度提高,抗冲刷能力增强。
因此在短时期的波浪作用下,其表层细粒物质产生悬浮,引起粒粒含量的轻微减小。
但在波浪的长期摄动作用下,胶结颗粒之间的链接可能会拉长变形,土粒之间形成新的毛细孔隙,导致饱和度减小。
试验证明,预压排水固结是防止海底土体液化的良好方法。
试样T3模拟了座底式平台下的海底。
高含水量中等渗透性的砂质粉土试样均匀受压之104青 岛 海 洋 大 学 学 报2003年后,由于表层和侧壁不排水将导致孔隙水沿表层均匀分布。
在波浪的作用下,表层孔隙水与波浪发生谐振而排出,导致其表面出现平行于波峰或波谷的沟槽。
