地震荷载作用下海底管线周围砂质海床 的稳定性分析

地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一.建立地震荷载作用下海底管线周围砂质海床液化问题的有限元模型,利用先进的土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪,将在不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式作为考虑地震循环作用所引起的孔隙水压力源项引入到二维动力固结方程中,基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到地震荷载作用下砂质海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律.通过变动参数计算研究砂质海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响,进一步对管线周围砂质海床的液化势进行评判.通过计算分析发现,土的渗透系数对由地震所引起的管线周围砂质海床中的累积孔隙水压力比具有显著影响,而管线半径只影响管线周围海床的累积孔隙水压力比分布,在离开管线一定距离之外,其影响可以忽略.     

波浪-海床-结构物相互作用离心模型试验及数值模拟

针对波浪-海床-结构物相互作用这一海洋结构物设计中需考虑的重要问题,采用离心模型试验及数值分析模型两种手段进行研究。离心模型试验采用浙江大学自行研制的超重力造波试验装置及ZJU400土工离心机完成,观测到波浪作用下砂质海床内部孔压累积的渐进特性;所采用的数值分析模型基于Biot固结理论,结合可准确描述砂土液化前后力学行为的“交变移动”土体本构模型,可对波浪作用下海床与结构物相互作用及液化现象进行合理模拟。通过与离心模型试验的对比验证该数值模型的有效性,随后利用该模型针对海底埋置管道这一近海区域常见的海工结构物周围土体在波浪作用下的动力响应进行详细分析。结果表明：海底管道的存在会加快管顶及管侧的超静孔隙水压力累积,管道周围土体的弱化及超静孔隙水压力累积导致的额外上浮力两者的耦合作用是海底管道发生上浮的主要原因。     

黄河口粉质土海床液化过程的现场试验研究

在黄河口海床若干深度处埋设孔压探头,海床表面利用活塞施加水压循环荷载以模拟波浪荷载,观测土体内孔隙水压力变化过程,研究黄河口原状和重塑粉质土在波浪循环荷载作用下的液化特征。通过研究发现,原状土和重塑土的孔压激发曲线模式不同,原状土孔压经历四个阶段,即先上升、后下降、再上升和剧烈波动;而重塑土孔压只有上升和剧烈波动两个阶段,这两种模式与循环荷载作用下粉土的微结构变化有关。分析波浪荷载的特点,将孔压出现剧烈波动的时刻作为完全液化的标志。土体液化与固结程度有关,固结程度越大,越不易液化。实际波浪荷载作用下,土体液化时间比文中试验测得的要短。     

软土地基上箱筒型基础防波堤静力离心模型试验研究

利用离心模型试验研究新型箱筒型基础防波堤在水平静荷载作用下的工作性状和稳定性.通过在箱筒型基础防波堤上的波浪荷载合力作用点处施加水平静荷载直至达到极限状态,得到水平静荷载作用下防波堤的位移和地基土体中超静孔压响应.试验结果表明:设计荷载作用下防波堤结构的位移较小,荷载达到约2.2倍设计值时,荷载-位移曲线出现拐点,当荷载达到约3倍设计值时达到极限状态,防波堤发生向港侧的水平位移、港侧基础筒下沉、海侧基础筒上升以及向港侧的倾斜;荷载作用下港侧基础筒周围土体中的孔压增大,海侧基础筒周围土体中的孔压降低,港侧基础筒内的超静孔压始终大于筒外的超静孔压,荷载较小时海侧基础筒内的负超静孔压大于筒外的负超静孔压,而荷载较大时筒内的负超静孔压略小于筒外的负超静孔压.     

海床波浪响应的积分变换解及其分析应用

考虑土骨架和孔隙水的压缩性,基于平面应变条件下的Biot方程,研究线性波浪荷载作用下海床的动力响应。采用积分变换的方法,推导突加波浪荷载引起的海床中的孔隙水压力、应力和位移解。以北海的波浪和海床特征为参数的算例表明:在进行近海结构物设计时应注意到突加波浪荷载作用下海床的瞬态响应与稳态响应有较大的差别,其最大瞬时液化深度和区域,较稳态响应计算得到的结果要大;对行波和驻波作用下海床响应的主应力旋转进行描述,指出对于有限厚度海床两种波浪响应的应力路径有显著差异;同时研究土性参数对孔压响应的影响。     

真空荷载作用下劈裂效果分析

采用自行研制的模型试验装置进行不同喷气压力和有无真空作用下土体的气压劈裂室内模型试验,研究真空荷载对土体劈裂效果的影响。试验结果表明,气压劈裂使土体产生裂隙,裂隙集中于喷气口深度处,裂隙使得超静孔隙水压力呈三阶段规律,即孔压骤升并产生裂隙阶段、停止喷气后孔压迅速消散阶段和缓慢消散阶段。对比不同喷气压力和有无真空作用下气压劈裂试验结果发现,超静孔压峰值随着喷气压力的增大而增大,真空荷载使得超静孔压峰值变小;裂隙排水时间随着喷气压力增大而增大,为20~30 min,裂隙排水约占超静孔压峰值的70%,真空荷载加快超静孔压消散速率;抽真空过程中喷气劈裂应采用低压短时脉冲方式。     

海底粉土动力特性的试验研究

为了对杭州湾海底粉质土在波浪荷载作用下的动力特性进行研究,选用杭州湾地区分布较广的粉土,通过一系列模拟不同振动频率的波浪荷载的动三轴试验,探讨了振动频率的变化对粉土动应变、动孔压和动强度的影响。试验结果表明:波浪荷载作用下振动频率的大小对土体的累积轴向应变和动强度有较大影响;振动频率的变化对动孔压的发展趋势的影响不明显,同时围压对动孔压比的影响很小,动孔压比与累积轴向应变的关系曲线具有良好的归一性。     

循环荷载下砂质混合土孔隙水压力特性研究

通过对各种细颗粒含量的土实施从小到大应变水平的动力循环荷载试验,采用累积损失能量的观点,分别考察了土的细颗粒成分含量、围压、加载频率、加载形式及荷载的不规则性对孔压的影响,提出了孔隙水压力和累积损失能量的归一化方法,建立了砂质混合土的孔隙水压力上升模型,并探讨了模型参数和土的细颗粒成分含量的关系。     

粉质砂土中静压钢桩的沉桩及桩端承载力性状分析

进行了粉质砂土地层内静压H型钢桩的现场原型试验.观测了桩在压入过程中桩周砂质冲积土和花岗岩残积土内的超静孔隙水压变化,并以循环加载的慢速静载荷试验方法测定了桩的极限承载力.试验结果显示超静孔隙水压的聚集和消散与桩的压入和停歇具有同步性,超静孔压同时还与桩尖距观测点的距离密切相关.三种基于小孔扩张解答中,Baligh解能更好预测花岗岩残积土中的桩端极限阻力.Randolph的圆柱孔扩张解答与实测的超静孔压分布更为接近.     

波浪作用下弹性海床的动力反应及其影响因素分析

基于二维广义动力Biot固结理论,提出了线性或线性波浪作用下饱和弹性海床时域内动力响应的有限元数值解法,静力平衡条件和Biot固结方程组成的边值问题方程组可视为其特例,在比较算例中,数值计算得到的超静孔隙水压力和有效应力幅值沿海床深度的分布与解析解十分吻合,进而通过具体数值计算分析了土体剪切模量,渗透系数和孔隙率等因素对弹性海床超静孔隙水压力和有效应力幅值的影响程度,土骨架和孔隙流体的加速度对超静孔水压力和有效应力幅值沿海床深度的分布影响很小。     

波浪作用下黄河口多层粉质土海床动力响应特征差异性分析

以黄河水下三角洲埕岛海域5种典型层序粉质土海床为模型,以Biot理论为基础,采用有限差分法计算10m深度内海床土应力场、位移场和超静孔隙水压力场分布,并与实际观测结果进行对比。研究揭示在波浪荷载作用下,多层海床土位移、孔隙水压力除在表层粉质土中出现1个极大值点外,在下覆软弱层中还将出现第2个极大值点,而应力在界面位置将急剧减小。表层粉质土中出现的第1个极值是引发小规模浅表地质灾害的动力学因素,而大规模地质灾害的发生和下覆软弱层中第2个极值直接相关。海床土沉积层序对土层稳定性影响大,其中“上硬下软”的沉积结构最不稳定,在强浪作用下容易发生大规模地质灾害。     

State-space solution of seabed–geotextile systems subjected to cyclic wave loadings

Analytical solutions for dynamic responses of seabed–geotextile systems subjected to cyclic wave loadings are presented in this paper, which contains the solutions of the transient and harmonic responses. The theory is based on the Biot consolidation equations in which the pore fluid as well as the soil skeleton is considered compressible and the flow in the porous seabed is assumed governed by Darcy's law. The present analysis is completely based on the state-space formulations, which is very effective for laminated systems analysis. Together with Laplace–Fourier transform techniques, state-space methods are used to solve the governing equations. Responses of seabed–geotextile systems can be calculated by using the matrix theory, boundary conditions and inverting integral transform. As illustrative examples, laboratory experiments, which conducted at the Oregon State University Wave Research Facility in USA by McDougal [1981. Ocean wave–soil–geotextile interaction. Ph.D. Dissertation, Oregon State University], are analysed. It is shown that the numerical results are in good agreement with those obtained from laboratory experiments, and the distinction between the transient and harmonic response should be taken into account for design of marine geosynthetic systems. Under the transient condition, the seabed is apt to liquefy. Seabed stability may be increased by placing geotextile beneath an armour layer. The numerical evaluations of the solution in the seabed–geotextile systems can be easily achieved with high efficiency and accuracy.     

波浪对黄河水下三角洲浅表沉积物非均匀改造过程监测与机制研究

 黄河水下三角洲浅表沉积物的空间非均匀性导致了一些地质灾害的发生。为揭示非均匀化形成机制,在实验室模拟波浪对粉土体作用过程并实时监测土体强度、孔压和粒径组分变化。监测结果显示土性非均匀变化和强浪后期改造作用直接相关。强浪作用导致沉积物液化后,细粒物质向上迁移引起垂向非均匀变化的同时,一定深度位置还会出现强度和粒径非均匀体。在三角洲潮滩上原位模拟波浪循环荷载作用,利用电阻率测试等技术监测的土体状态变化特征进一步表明：除垂向迁移过程外,深部液化区细粒物质还会发生横向迁移;两个变化过程共同对浅表沉积物进行非均匀改造。波致超孔隙水压力急剧增大是造成物质迁移的主动力,波浪剪切作用造成的土颗粒横向位移对迁移起促进作用。研究还同时发现波浪作用过程中液化区下部始终有稳定层存在。     

Shaking table tests on wall-type gravel and rubber drains as a liquefaction countermeasure in silty sand

In this paper, the seismic performance of wall-type gravel and rubber drains as a liquefaction countermeasure in silty sand has been addressed using a series of 1 g shaking table tests. In these tests, the liquefaction resistance of silty sand was studied by changing soil relative density, silt content, number of walls, and materials of drainage walls. In order to evaluate shear wave propagation, the generation and dissipation of pore water pressure (PWP), and the ground surface settlement, various accelerometers, displacement and PWP transducers were placed. The obtained results indicated that an increase in the relative density and the number of wall-type gravel and rubber drains in liquefiable silty sand reduces the settlement, liquefaction-induced deformations, as well as the excess PWP and eventually improves the liquefaction resistance. Totally, it can be noted that the reinforced silty sand with wall-type gravel drains revealed less excess PWP and settlement than that with wall-type rubber drains.     

应用电阻率探杆与声学技术监测海床高程的对比研究

通过室内模拟试验,对比声学蚀积测量仪与电阻率探杆测量砂土海床和粉土海床高程的效果。结果显示:砂土形成海水-沉积物界面迅速、稳定,粉土形成的界面缓慢下降后趋于稳定;当悬沙浓度较大,声学蚀积测量仪难以工作,电阻率探杆可判断界面并反映水体悬沙情况;探杆测量砂土海床高程的平均误差为0.20cm,测量粉土海床时为0.25cm;声学蚀积测量仪适于较固结的粉土海床高程监测,平均误差为0.14cm,测量砂土海床的平均误差为0.27cm;电阻率探杆较声学蚀积测量仪适用性更强。     

基于FBG的深海海床超孔压观测设备适用性研究

海床超孔压能够有效地反映海底动力地质过程,其原位观测对于地质灾害的预测与防治起到重要的作用。普通传感技术受限于精度、抗干扰能力、耐腐蚀性、稳定性等深海观测要求,往往无法用于深海原位长期观测,基于光纤布拉格光栅(FBG)压差式传感器研制的海床沉积物超孔压观测设备在海洋领域有极大的发展空间。笔者对FBG传感器的耐压性、耐腐蚀性进行为期3个月的测试,结果表明,20 MPa压力下的海水环境中,FBG传感器有着极高的稳定性,且涂覆光纤比裸露光纤稳定性更高;随后使用涂覆光纤研制了用于室内试验的超孔压观测设备,通过室内模拟试验得出,搭载着FBG压差式传感器的探杆整体性能良好,对超孔压表现出良好的监测能力和灵敏度;且利用压差原理对超孔压直接观测,减小了外界因素的影响。     

徐州市棠张镇铁路路基液化性能研究

依据已有的孔压增长模型和动三轴试验参数，采用有限单元法，对徐州市棠张镇铁路路基可液化场地进行了地震反应分析。按孔压比和最大往返剪切作用面上的动翦应力比较法划分了饱和粉土层的液化区域，并结合标准贯入试验判别结果、剪切波速判别结果以及Seed-Idriss简化法判别结果，对该场地粉土层的液化性能做出了综合评价。     

土工织物加固软土路基效果分析

1引言虽然土工织物在软土路基的加固中得到了广泛的应用,但该技术的设计理论及计算方法还不成熟,远远落后于工程实际的需要[1]。实际工程分析中,通常采用传统的极限平衡分析方法来探讨土工织物的加固作用[2]。然而,在分析时却不能很好地反映土工织物与路堤土之间的变形协调关系