黄河水下三角洲塌陷凹坑构造形成的水槽试验研究

黄河三角洲沉积物以粉土为主,在黄河水下三角洲发现大量的塌陷凹坑微地貌,平面形态以封闭的圆形或椭圆形为主,直径为10～30m,凹坑内扰动土体与下部稳定土体界面呈向上凹的圆弧面。通过室内波浪对粉土底床作用的水槽试验,发现波浪可以使粉土底床浅表部分土体振荡运动,底床发生振荡运动土体处形成凹坑,凹坑内土体表层为落淤黏土,下部为粗化粉土。据此分析黄河水下三角洲塌陷凹坑构造形成的一种模式是:在风暴浪侵蚀作用阶段,局部浅表土体发生振荡运动从而产生凹坑,凹坑内扰动土体因波浪的振荡作用而离析溢出细粒黏土成分,从而形成比周围物质成分粗的土体;在静水状态下,凹坑内表层落淤细粒黏土,形成下粗上细的二元结构,凹坑内沉积物呈透镜体状。黄河水下三角洲塌陷凹坑的形态规模对研究风暴作用具有很好的指示意义。

海底塌陷凹坑、扰动地层及再悬浮沉积物的波致土体液化成因探讨

在水下三角洲进行浅地层剖面测量中,经常发现存在塌陷凹坑和扰动地层,该地层通常被视为特殊工程地质条件。关于塌陷凹坑和扰动地层的形成,通常认为是海床液化所导致,但是缺乏有力的解释证据。本文根据在密西西比河与黄河水下三角洲的调查研究结果,结合实验室波浪水槽试验观察到的现象,提出了波致海床液化的观点,能合理地解释三角洲海底出现的塌陷凹坑和扰动地层:海底沉积物的液化振荡使得颗粒逐渐重新排列并压实,液化地层随之呈现厚度降低和强度变大的现象。同时也发现海底沉积物液化使得原来沉积底床深部的黏土析出进入水体,成为再悬浮沉积物。塌陷凹坑的波致液化成因可为海上构筑物建设的工程地质条件提供参考依据。

粉质土底床液化塌陷量形成试验研究

黄河三角洲海床沉积物质为粉质土,在大的风暴浪作用下海底浅表粉质土能够发生液化,形成塌陷凹坑。以黄河三角洲粉质土铺设底床,进行液化粉质土形成塌陷的波浪水槽试验,在底床粉粒和砂粒不随水流脱离液化区的前提下,对形成塌陷量的贡献因素进行了分析。根据试验数据,估算了黏粒迁移析出与液化区底床密度增大对液化致塌陷凹坑的贡献度,得出黏粒迁移析出贡献一般大于55%。试验还发现在波浪作用下粉质土液化后黏粒发生迁移,原均质底床黏粒含量在垂向上出现2个分段特点的重新分布,分段点处于水土界面、底床液化最终界面和最大液化界面上,每段以上少下多分布。

循环水压作用下粉土渗流试验研究

海底塌陷凹坑是黄河三角洲地区常见的一种地貌现象,广泛分布于近代沉积海床中。虽然目前海底塌陷凹坑形成机理尚未明确,但普遍认为其成因与波浪引起的海床渗流有关。为此,设计模拟波压力的实验装置,对粉土施加40kPa循环水压荷载,研究正常固结粉土在液化渗流条件下的侵蚀过程。试验过程中,粉土液化时产生2种不同的裂隙,即倾斜状的"干裂隙"和水平状的"水夹层";孔隙水从"水夹层"中渗出,把从土样侧壁冲刷下的物质运移至土样表面堆积,形成"泥火山"。试验表明,土体内气泡溢出对表层土的侵蚀具有强化作用;循环荷载产生的孔隙水压力梯度是粉土液化渗流动力,而渗流过程对土的粒径成分具有粗化作用;分析结果表明,波压力引起的海床渗流是长效的作用机制,不同于地震荷载引起的渗流侵蚀。这种侵蚀模式是海底塌陷凹坑形成的主要原因。

液化粉质土底床中块体存在的试验求证

调查发现在黄河和密西西比河水下三角洲的塌陷凹坑地貌中存在有块体,有研究表明此塌陷凹坑由波浪作用下海底土体的液化形成。液化土体中存在的块体,在运动中会对海底结构物产生强烈的冲击作用,并导致液化后的海底工程地质性质不均匀。海底液化的土体中块体存在及其原因尚未有研究解释。本文以粉质土铺设底床,进行了2次底床固结时间不同的波致液化的水槽试验。通过测试底床的贯入阻力和分析玻璃珠在液化土体中的沉降分布状态,认为土体固结时间长,形成结构性块体,是液化土体中存在块体的原因。