本文關(guān)鍵詞：波浪作用下黃河口粉質(zhì)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風(fēng)暴浪等具有周期性的外力影響而發(fā)生液化。海床液化后,形成了物理性質(zhì)不同的上部具有一定自由流動(dòng)性的土體與下部土體間的相互作用與運(yùn)動(dòng),其層間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,可以看做流體與下部沉積土體間的摩擦關(guān)系。在波浪的持續(xù)作用下,海底液化土體表現(xiàn)出流體的性質(zhì)及波動(dòng)狀態(tài),這種狀態(tài)下的液化土體可以作用于此區(qū)域內(nèi)的采油平臺(tái)設(shè)施、海底管線等海洋構(gòu)筑物上,使建筑物的水平受力增大；同時(shí),該狀態(tài)下的液化土體會(huì)像波浪那樣作用于下覆未液化海床上,使之液化,如此周而復(fù)之,將使海床達(dá)到最大液化深度；以上這些都將對(duì)海洋設(shè)施造成巨大的危害,而由液化引起的破壞往往是毀滅性的,因此在設(shè)計(jì)海洋構(gòu)筑物時(shí)必須考波致海床液化這一問題。本文即在此現(xiàn)實(shí)意義的基礎(chǔ)上,展開了相關(guān)的研究工作。為了給出波浪作用下海床液化深度的評(píng)估,本文采取模擬試驗(yàn)與理論分析兩種方式對(duì)其進(jìn)行研究。將液化土體視為流體,液化土體波動(dòng)作用下使得下覆未液化海床孔隙水壓力超過有效應(yīng)力值,從而發(fā)生液化。海床液化后,處于流動(dòng)態(tài)的粉質(zhì)土之粘性在宏觀上表現(xiàn)為內(nèi)摩擦力,因此,本文對(duì)液化流動(dòng)層、固壁層相互作用界面間的摩擦力進(jìn)行研究,為理論計(jì)算中液化土體波動(dòng)能量損失部分提供分析基礎(chǔ)；第二,利用波浪水槽試驗(yàn)觀察了波浪作用下底床液化發(fā)展模式,并得到液化深度的試驗(yàn)數(shù)據(jù),以便為后續(xù)理論計(jì)算提供基礎(chǔ)支持；最后,將液化后土體視為流體,根據(jù)已有研究的雙層流體波動(dòng)理論進(jìn)行推導(dǎo)求解,給出針對(duì)粉質(zhì)土和黃河三角洲條件的海床土體液化深度的計(jì)算結(jié)果,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。研究結(jié)果表明,液化流動(dòng)層與固壁層土體間的摩擦力隨土體中粘粒含量的增加,先增加后減小,且摩擦力最大值的變化范圍為3.76kPa-5.12kPa;摩擦力隨著含水率的增加而減小；剪切速率對(duì)界面摩擦力幾乎無(wú)影響,這與黏度的大小與速度梯度(剪切速率)無(wú)關(guān)相印證。因而,在理論計(jì)算中用界面摩擦力來(lái)替代黏度是有一定合理性的。在水槽試驗(yàn)中觀察到,海床液化的一種模式是自上而下漸進(jìn)發(fā)展的。粉質(zhì)土底床的液化深度隨著波浪作用時(shí)間的增加先向下漸進(jìn)發(fā)展,當(dāng)液化深度最大后,液化底界面開始回升,試驗(yàn)底床出現(xiàn)明顯粗化現(xiàn)象；改變波高后,波高越大,底床液化深度越大。結(jié)合測(cè)得的摩擦力和觀察到的自上而下漸進(jìn)發(fā)展的液化模式,推導(dǎo)求解了雙層流體波動(dòng)理論的模型,利用差分法,編制Matlab計(jì)算程序,結(jié)合有效應(yīng)力原理分析了海床液化深度的情況。經(jīng)驗(yàn)證,得到了理論結(jié)果與試驗(yàn)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間的修正系數(shù)為0.58。并比較了不同水深及海床厚度對(duì)海床液化深度的影響,海床厚度在0.2倍波長(zhǎng)內(nèi)時(shí),液化深度與海床厚度呈正相關(guān)關(guān)系；海床液化深度隨著水深的增加,先增加后減小,在水深為9-10m間,海床液化深度達(dá)到最大值。
【關(guān)鍵詞】：黃河三角洲 液化深度 粉質(zhì)土海床 水槽試驗(yàn) 界面波模型 黏度
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P75;TU435
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 前言11-24
• 1.1 研究背景及研究意義11-12
• 1.2 研究對(duì)象12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.3.1 波致海床液化的理論研究13-16
• 1.3.2 波致海床液化的試驗(yàn)研究16-19
• 1.3.3 海床孔壓發(fā)展模式及液化判別標(biāo)準(zhǔn)19-21
• 1.4 本文研究工作21-24
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容22
• 1.4.2 技術(shù)路線22-24
• 2 液化流動(dòng)層與固壁層界面摩擦力研究24-34
• 2.1 概述24
• 2.2 試驗(yàn)簡(jiǎn)介24-26
• 2.3 結(jié)果分析與討論26-32
• 2.4 小結(jié)32-34
• 3 波浪水槽試驗(yàn)概況34-54
• 3.1 試驗(yàn)裝置34-38
• 3.2 試驗(yàn)底床的制備與鋪設(shè)38-40
• 3.3 初始底床及施加波浪的基本性質(zhì)40-41
• 3.4 試驗(yàn)過程及試驗(yàn)現(xiàn)象41-46
• 3.4.1 未擾動(dòng)液化試驗(yàn)42-44
• 3.4.2 擾動(dòng)液化試驗(yàn)44-46
• 3.5 試驗(yàn)結(jié)果46-52
• 3.5.1 土體運(yùn)動(dòng)界面的擴(kuò)展46-48
• 3.5.2 液化深度隨時(shí)間、波高的變化48-51
• 3.5.3 土體密度、含水率變化51-52
• 3.6 小結(jié)52-54
• 4 海床液化分析中的兩層流體模型介紹54-62
• 4.1 無(wú)粘性流體模型55-57
• 4.2 粘性流體模型57-61
• 4.3 小結(jié)61-62
• 5 海床液化深度的數(shù)值分析62-76
• 5.1 概述62
• 5.2 邊界條件62-64
• 5.2.1 黃河口海床中的循環(huán)剪應(yīng)力62-63
• 5.2.2 累積孔隙水壓力63-64
• 5.3 控制方程的求解步驟64-65
• 5.4 波浪作用下粉質(zhì)土與黃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 參數(shù)的影響71-74
• 5.5 小結(jié)74-76
• 6 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 存在的問題及建議77-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 致謝84-85
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：726749