南海北部陆坡软黏土全流动强度试验研究

鉴于海底软黏土强度测试困难和精度不足的现状,研发了一种适用于低强度、高含水率土体强度测试的新型全流动贯入仪,并进行了有效性校验。在此基础上,针对南海北部陆坡区典型软黏土,开展了多组原状试样的全流动强度试验,分析了试验中初始阻力系数N与重塑阻力系数Nrem的取值范围,给出了软黏土扰动前后不排水剪切强度沿深度的分布特征及变化趋势,并结合微观孔隙面积比和宏观构造灵敏度,探究了研究区土体的强结构特征。最后,基于重塑不排水剪切强度与含水率/液限间的关联性分析,提出了适用于研究区土体的不排水剪切强度归一化模型,为南海北部陆坡区海底能源开发、海洋工程基础设计与地质灾害预测提供参考。

双椭流线型海底管线抵御滑坡冲击的减灾效果与降阻机制

近年来,随着海洋能源开发步伐的加快,海底管线铺设的数量不断增加,在服役期内这些管线是否稳定直接影响着海洋油气开采、作业人员生命财产及海洋生态环境的安全。针对海底管线易遭受滑坡破坏的现状,提出一种具有双椭流线型截面的海底管线,基于计算流体动力学(CFD)方法,分析了新型管线在滑坡冲击作用下的减灾效果与降阻机制。研究表明,对于平铺和悬浮式铺设形式,双椭流线型管线可以延缓边界层的分离,降低卡门涡街对管线的振动影响,有效地降低滑移体冲击管线产生的拖曳力和升力,最大可使拖曳力系数降低71.01%,升力系数降低32.14%;并提出双椭流线型管线拖曳力系数和升力系数的计算公式,为海底管线的减灾工程提供了新的思路。

南海北部陆坡软黏土动力应变-孔压特性试验

针对南海北部陆坡原状软黏土,开展了不同偏压固结比K_c和循环应力比CSR条件下的动三轴试验,探究了动荷载作用下试样的残余动应变、残余动孔压与循环振次的变化规律;综合考虑试验过程中残余动应变和残余动孔压的关联性,提出了基于动应变-孔压模式的动三轴试验破坏标准,并采用微观电镜扫描(SEM)图像揭示其作用机制。研究表明:在给定K_c条件下,CSR值不同,残余动应变随循环振次的发展趋势呈现出显著差异性,而残余动孔压随循环振次的变化规律基本一致;随着K_c的增加,CSR临界值逐步增大,相应的最终残余动应变逐渐减小,而残余动应变-动孔压曲线也表现出相似特征;将传统的应变值破坏标准扩展至由应变-孔压曲线拐点控制的破坏区间,可以有效界定破坏振次并描述试样的完整破坏过程,揭示动荷载条件下试样内在的有效应力-应变-孔压互馈机制。上述研究成果将为南海北部陆坡软黏土软化-孔压模型的建立、海洋地质灾害评价与预测、海洋工程基础设计提供可靠参考。

冻融条件TG固化剂石灰土基层性能研究

为了进一步研究TG固化剂石灰土在冻融条件下的各项性能,分别对TG固化剂石灰土进行冻融作用前后的无侧限抗压强度试验和劈裂试验以及干缩试验.结果表明:随着冻融循环次数的增加,无侧限抗压强度以及劈裂强度逐渐减小,经历8次冻融循环以后强度衰减达到最大值.经过冻融循环作用后试件的无侧限抗压强度以及劈裂强度残留值随着含水率和压实度的增加而增加,通过冻融试验得到的抗冻性能指标BDR值在51%以上,与未饱水冻融循环得到的最终残留强度值保持一致.经冻融循环作用后TG固化剂石灰土的干缩应变和干缩系数减小,干缩性能有所提高.冻融循环条件下TG固化剂石灰土抗冻性能良好,可以应用于路面基层.

基于冻融循环蠕变特性的沥青路面车辙试验研究

为了研究冻融循环对沥青混合料路面车辙的影响,对AC-13、ATB-25和AC-20共3种不同类型的混合料进行冻融后的弯曲蠕变试验和车辙试验,研究蠕变速率及车辙评价指标随着冻融循环次数增加的变化规律。结果表明:冻融循环后蠕变速率εs与动稳定度DS逐渐降低,车辙深度RD则逐渐增加,并且三者的相关性很好;冻融循环降低了混合料的高温稳定性,导致车辙加重。因此蠕变速率可以作为预估冻融循环作用下车辙发展规律的有效参数。

基于极限分析上限方法的海底斜坡地震稳定性

极限分析上限方法在海底斜坡稳定性评价中受到了广泛关注,但已有成果未考虑地震荷载以及多土层海底斜坡可能出现的局部破坏机制。基于上限定理,推导了拟静力水平地震条件下多土层海底斜坡外力功率与内能耗散率平衡方程;结合强度折减技术和最优化方法,求解了海底斜坡整体和局部地震稳定性安全系数,并实现了多土层海底斜坡的局部滑动面搜索;通过典型算例分析,验证了本文方法的有效性。在此基础上,探讨了不同水平地震条件下两种组合土层海底斜坡的整体和局部稳定性,通过与数值解对比,其结果可以较准确地评价海底斜坡稳定性并有效预测滑移面位置。最后,将极限分析上限方法应用于一海底斜坡工程实例。。

低温环境下南海海底泥流的流变试验及模型

海底泥流是海底斜坡失稳后演化的流态化滑坡体,常对海洋工程设施造成严重破坏,而目前针对这种泥流的流变特性研究较少,特别是考虑海底低温环境。基于南海北部陆坡软黏土原状样制备泥流,采用RST流变仪开展具有不同温度与含水率的泥流流变试验,引入Herschel-Bulkley模型对流变参数进行深入探讨,建立考虑低温效应与含水率变化的海底泥流综合流变模型。进一步,通过相态转化、布朗运动与粒际作用的理论,解释并分析了海底泥流的流变特征及其变化机理。研究表明:与常温条件相比,低温环境下泥流的剪应力与表观黏度显著提高,且随着剪切速率的增加差距变大,平均变化量可超过35%。这一成果可为海底泥流运动过程数值模拟与海底滑坡灾害预测提供科学依据。

基于ANP的模糊贝叶斯网络模型及其在海岸带地质灾害风险评价中的应用

海岸带位于海陆交互地带,其独特的地理、地质和环境条件导致其灾害地质现象发育,地质灾害易发性和危险性高。考虑到海岸带的重要经济和社会属性,开展海岸带的地质灾害风险评价显得极为重要。本文首先建立了基于模糊贝叶斯网络的地质灾害风险评价模型,结合网络层次分析法(ANP)确定模糊贝叶斯网络的条件概率,并简化了贝叶斯网络的结构图谱。在此基础上,以辽东半岛东部海岸带作为研究区,以崩塌、滑坡、地面塌陷、海岸侵蚀和海水入侵等5个主要地质灾害类型作为评价对象,开展了基于ANP-模糊贝叶斯网络模型的地质灾害易发性、危险性和风险性评价,并编制了综合地质灾害风险分布图;结果显示,区内高、较高风险区主要分布于研究区的西南部海岸带,面积为249km^(2),约占全区面积的9.1%。研究成果可为海岸带国土资源开发、经济建设规划、防灾减灾救灾等提供重要参考,对同类地区的海岸带地质灾害风险评价具有一定借鉴意义。

水合物分解条件下海底黏土质斜坡破坏实验模拟

针对水合物分解条件下海底黏土质斜坡破坏机制认识不足的问题,采用通气的方式模拟水合物分解后气体对海底斜坡的影响,开展了不同土体强度、水合物埋深、气体流量及分解范围组合条件下的多组模型实验.结合图像测量技术,深入分析了坡面及坡体的变形演化过程,初步揭示了模拟水合物分解条件下海底黏土质斜坡的变形破坏特征.在此基础上,采用极限平衡方法,建立了海底斜坡破坏时的临界气体压力解析式,从理论上解释了斜坡变形破坏过程中出现的临界气压值.研究结果表明:海底斜坡的变形破坏过程可分为气压累积、土体弹性压缩、斜坡破坏隆起和变形稳定4个阶段;气体临界压力计算结果与实验结果虽有偏差,但可在一定程度上反映临界压力的真实水平.研究成果为深入认识水合物分解条件下海底黏土质斜坡的变形破坏机制,发展稳定性分析理论和评价方法提供有益参考.