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《中国海洋大学》 2011年
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黄河口海床沉积物波致液化破坏及自动监测研究

侯伟  
【摘要】:本学位论文依托国家自然科学基金项目“黄河口沉积物固结后再悬浮及输运过程研究”(项目号:40876042),研究了黄河口海床沉积物波致液化破坏与强度变化过程及自动监测系统。 为了研究波浪作用下海床沉积物的液化破坏和强度变化过程,主要开展了以下工作:进行水槽实验模拟不同波高的波浪,作用与水槽底部的土床上。布设孔压探头,测量不同深度的孔压的值;测量土槽竖直和水平方向上的贯入强度值。通过对实验现象进行对比分析,得出海床沉积物的液化破坏和强度的变化规律。通过数据孔压和贯入强度数据的处理,分析出上述规律的机理。 为了研究海床沉积物强度丧失演化过程自动监测系统,主要开展了以下工作:通过水槽实验现象并结合现场的情况,设计出监测系统所能实现的基本功能和结构。对监测系统的部分结构功能在现场做了验证工作,并对系统进行了改进。 通过以上的研究工作得出了以下结论和成果: (1)波浪作用下在土床中产生的作用力大于土体液化强度降低残留的强度,土体才能破坏。随着波高的增加,土体中的作用力越大,由于土体孔压累积损失的强度也越大,土体越容易发生破坏。土体发生破坏以后,“破坏体”边界呈圆弧状,并且“破坏体”在遇到更强的波浪作用下会沿原来的边界产生“复活”现象。定义液化系数为超孔隙水压力与上覆土体的浮容重的比值,土体的最大液化深度与液化系数的分布有较好的一致性。 (2)黄河水下三角洲均质粉土海床在较小波高的波浪荷载作用下海床土固结作用增强,再较浅的位置形成强度相对较大的土层,并与液化系数的分布一致。在较大波高的波浪荷载作用下,黄河水下三角洲粉质海床局部发生液化破坏,破坏位置土体强度经历丧失——恢复——增强的过程,强度丧失量、增强量与液化土层深度均随波浪波高的增加而增大。黄河水下三角洲均质粉土海床在空间上强度的非均匀化分异与多级波高作用下振荡土层的发生和演化密切相关,是波浪导致的土体固结过程和液化过程共同作用的结果。水槽模拟实验可以很好模拟现场的强度变化过程。水槽模拟实验可以作为研究波浪作用下海床动力响应非常有效的手段。 (3)通过对水槽实验中得到的海床沉积物液化破坏和强度变化的规律,设计了一套海床沉积物液化破坏深度自动监测系统。此系统是通过自动沉降系统来监测强度丧失的演化过程。其原理是根据有效应力原理,通过测量总应力和孔隙水压力,来计算自动沉降系统的实时深度而达到监测的目的。系统的主体部分由自动沉降装置,浮球装置,数据采集装置,信号发送装置,供电装置,存储装置等组成,能够实现数据的实时自动采集,传输,存储。经过室内试验的验证,对数据进行合适的方法处理后,结果的精度可以满足实际要求。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P736.21

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