海洋的研究、开发和保护无论是对于全人类,还是对一个国家都是关系发展全局的战略性问题。粉土在世界各地分布广泛,其中海岸区约有80%的表面沉积物为粉土沉积。粉土是一种具有特殊工程性质的土,该类土既易冲刷侵蚀又易液化,在波浪或地震等动荷载作用下易于液化,常导致海底滑坡、海工构筑物失稳等灾害现象。本项目拟揭示波浪荷载作用下饱和粉土的动变形和动强度特性,分析相对密实度、固结应力、排水条件、加荷周期、加荷速率对粉土动应力-应变关系的影响,建立波浪荷载作用下饱和粉土的动强度破坏准则、动力变形非线性弹性和弹塑性模型;分析加荷周期、加荷速率、固结应力等因素对波浪荷载作用下饱和粉土振动孔隙水压力的影响,建立波浪荷载作用下饱和粉土振动孔隙水压力增长模型。研究成果将丰富海洋土动力学理论,同时也为海洋工程建设服务,可望发挥较大经济效益。
ocean silt;wave loading;dynamic strength;dynamic strain;dynamic pore water pressure
近几十年来,海洋资源的开发以及海洋空间利用日益引起各国的高度重视,成为人类21世纪支柱性技术产业之一。海洋的研究、开发和保护无论是对于全人类,还是对一个国家都是关系发展全局的战略性问题。而波浪荷载作用下海床的动力响应和液化特性一直是海洋工程的关键技术问题。然而大部分有关动荷载如波浪荷载作用下土的液化特性的研究主要都集中在砂土上,关于动荷载作用下粉土的动力特性的研究并不多,也未见有系统的理论用于粉土,这主要是由于粉土特殊的物理力学性质使得粉土的研究较为复杂。粉土在世界各地分布广泛,其中海岸区约有80%的表面沉积物为粉土沉积。粉土是一种具有特殊工程性质的土,该类土既易冲刷侵蚀又易液化,在波浪或地震等动荷载作用下易于液化,常导致海底滑坡、海工构筑物失稳等灾害现象。本研究项目旨在研究不同土性条件和不同荷载条件下粉土的动力特性。通过动三轴仪和空心扭剪仪模拟波浪荷载作用,对比饱和砂土在波浪荷载作用下动扭剪试验的动力特性研究基础上,开展了粉土在不同土性条件,如不同粉粒含量、不同细粒含量;不同荷载条件,如是否考虑主应力轴旋转、是否考虑循环预剪作用,不同振动频率等情况下动力特性的系列试验研究,总结了饱和粉土在考虑主应力轴旋转和不考虑主应力轴旋转,粉粒含量作用,有循环预剪作用和无循环预剪作用,细粒含量作用等情况下的动强度特性,动变形特性和孔隙水压力发展规律。利用修正Seed公式在一定程度上解决了拟合参数θ受动剪应力的影响较大的问题,并分析得出修正Seed公式中的拟合参数θ只于土性相关,而与动荷条件关系不大。同时提出一种增量型的孔压模型,解决了全量型孔压模型在拟合孔压时拟合度随着破坏振次的降低而变差的问题。研究了粉土的预剪效应,丰富了波浪荷载作用下饱和粉土动力特性的理论知识。