本文關(guān)鍵詞：現(xiàn)代黃河三角洲固結(jié)沉降及其對三角洲地形變化的貢獻(xiàn)研究

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【摘要】：黃河三角洲位于萊州灣和渤海灣交接地帶、渤海西側(cè)黃河入�？谔�，為我國面積最大的三角洲，也是我國溫帶地區(qū)最廣闊、最完整、最年輕的濕地。由于黃河水下三角洲是由黃河攜帶泥沙快速堆積而成的高含水率、高壓縮性、工程性質(zhì)復(fù)雜的沉積體，研究區(qū)地面沉降作用明顯，導(dǎo)致越來越多黃河三角洲附近的海洋工程面臨地面穩(wěn)定性問題。近年來黃河三角洲地面沉降觀測主要集中在水上三角洲的地形變化研究上，而對于水下三角洲土體固結(jié)沉降的觀測和研究較少。 近年來，黃河改道、水沙變化，以及由此產(chǎn)生的黃河三角洲海岸蝕退、水下三角洲沖刷等成果累累。目前的沖刷研究均以實(shí)際水深測量資料為基礎(chǔ)，而水深地形變化不單單是由沖刷產(chǎn)生的，其中水下三角洲海床土體固結(jié)沉降占了相當(dāng)?shù)谋壤�。本文主要通過大量鉆孔資料、室內(nèi)固結(jié)壓縮試驗(yàn)、太沙基一維固結(jié)理論以及Plaxis模型，綜合考慮三角洲沉積格架及不同層位土體物理力學(xué)性質(zhì)等因素，計(jì)算黃河水下三角洲土體在自然狀態(tài)下的固結(jié)沉降特征，建立黃河水下三角洲的固結(jié)沉降模式，，最后根據(jù)研究區(qū)歷史實(shí)測水深地形變化資料，定量計(jì)算土體固結(jié)沉降對水下三角洲地形變化的貢獻(xiàn)。 研究區(qū)表層沉積物粒度相對較粗，主要由粘土質(zhì)粉砂、砂質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)砂三種類型組成，沉積物粒度呈由岸向海逐漸變細(xì)的趨勢。受黃河尾閭段改道影響，埕北海域黃河水下三角洲表層沉積物較孤東海域有明顯的粗化現(xiàn)象，工程性質(zhì)也有所不同。埋深10~15米以淺地層為全新世沉積形成的地層，以10m為界，上部和下部地層在沉積物組成和物理力學(xué)性質(zhì)方面有較大差別，埋深60米以淺地層包含3套地層及6套亞地層。 根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論，各鉆孔的最終沉降量在0.6~3.0m之間，單位深度土體固結(jié)沉降量在1.5~3.5cm/m之間。大部分鉆孔均表現(xiàn)為由上到下單位深度土體固結(jié)沉降量逐漸增加的趨勢。細(xì)粒沉積體產(chǎn)生的固結(jié)沉降量對最終固結(jié)沉降量的貢獻(xiàn)明顯大于粗粒沉積體。固結(jié)度隨著時(shí)間的增加而逐漸增大，但固結(jié)度的變化速率逐漸減小。在現(xiàn)有應(yīng)力條件下，固結(jié)度達(dá)到90%所需的時(shí)間大概在15~20年。在20年左右的固結(jié)沉降時(shí)間里，各鉆孔50m深度范圍內(nèi)土體的平均固結(jié)沉降速率為5~12cm/a。 基于黃河水下三角洲土體重塑樣品在不同試驗(yàn)條件下的固結(jié)沉降試驗(yàn)，在400kPa上覆應(yīng)力作用下，20mm高度土體的固結(jié)沉降量在0.524~0.668mm之間，800kPa上覆應(yīng)力作用下土體的固結(jié)沉降量在0.782~0.819mm之間。對于特定試驗(yàn)條件，各級荷載下的固結(jié)沉降量呈先降低、后增加的趨勢，孔隙比隨著上覆固結(jié)壓力的增大而逐漸變小。根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)所得結(jié)果及太沙基一維固結(jié)理論計(jì)算結(jié)果，當(dāng)上覆壓力小于100kPa時(shí)，通過a1-2計(jì)算得到的固結(jié)沉降量與試驗(yàn)結(jié)果相差較大，隨著壓力的增加，兩種方法所得結(jié)果的差距逐漸減小。而通過各級荷載與初始條件之間的壓縮系數(shù)a0-i計(jì)算得到的固結(jié)沉降量與固結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果基本一致。 根據(jù)Plaxis模型，研究區(qū)各鉆孔最終固結(jié)沉降量在0.54~2.16m之間，平均單位深度土體固結(jié)沉降量在1.35~3.58cm/m之間。利用Plaxis模型得到的土體固結(jié)沉降量是太沙基一維固結(jié)理論所得結(jié)果的60.1~96.6%，Plaxis模型所得固結(jié)沉降量要比太沙基一維固結(jié)理論的計(jì)算值偏小。 1976~1996年，埕島海域整體以沖刷為主，飛雁灘北側(cè)有一范圍較大的沖刷中心，最大沖刷強(qiáng)度在8m以上；2000~2004年，孤東附近海域4～7m等深線之間形成了一條由西北向東南延伸的沖刷溝槽，侵蝕深度在0.5m-2.4m之間。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，埕北附近海域存在兩個(gè)沖刷中心，年最大沖刷強(qiáng)度在5cm以上，較1976~1992年的實(shí)測結(jié)果大幅減少，但沖淤趨勢特征基本與不同時(shí)期的實(shí)測水深地形變化特征一致。 位于埕北飛雁灘北側(cè)沖刷中心及沖刷中心北側(cè)的沖刷區(qū)域，由于固結(jié)沉降作用的貢獻(xiàn)，實(shí)際水動(dòng)力作用下的沖刷強(qiáng)度低于實(shí)測水深的變化值，沖刷中心處固結(jié)沉降作用對三角洲地形變化的貢獻(xiàn)率為20~43.8%，沖刷中心北側(cè)沖刷區(qū)固結(jié)沉降作用對三角洲地形變化的貢獻(xiàn)率為30.1~86.5%。對于實(shí)測水深沖淤平衡區(qū)和淤積區(qū)，水動(dòng)力作用下的實(shí)際淤積量遠(yuǎn)大于實(shí)測水深的變化值，實(shí)測水深沖淤平衡海域的固結(jié)沉降作用對三角洲地形變化的貢獻(xiàn)率為46.5~50%，淤積區(qū)的固結(jié)沉降作用對三角洲地形變化的貢獻(xiàn)率為30.7~41.5%。孤東海域KD34孔的固結(jié)沉降作用對三角洲地形變化的貢獻(xiàn)率在68.9%~89.5%之間。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P642.26;P737.121

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本文編號：1296881