黄河口埕岛海域海床的波致液化破坏研究

黄河口埕岛海域是胜利油田的重要产油区之一.其遭受地质灾害的主要原因是河系沉积物的液化.本文分析了该地区波致液化形成过程,建立了判别细粒土海床波致液化的理论计算模型,计算了埕岛海域不同钻孔处的液化深度,进一步得到液化流滑方向.通过研究主要得到了以下结论.(1)极端海况下,液化深度较大的区域分布在海域中部和东南区域,最深1...     

波浪作用下黄河口埕岛海域海床非均匀液化研究

给出了一种风浪作用下基于静力触探试验资料海床非均匀液化计算的方法.由于土性的非均匀性,土体液化在空间上存在差异性.首先讨论黄河口埕岛海域海床土质在空间上的非均匀性,然后基于静力触探试验数据建立风浪作用下液化计算模型,计算土体液化在空间上的非均匀性.通过研究表明,海床液化不一定从表面开始,往下扩展,而是容易出现在软弱层中.土性水平向上的非均匀性,导致不同区域的液化深度存在差异,埕岛海域在10级风浪作用下液化深度可达3.6~5.0 m.在水动力和重力作用下,土体液化失稳后可形成凹凸不平的地貌现象.     

海上风电吸力桶基础地震分析

为进行海上风电吸力桶基础地震安全评估,选取欧洲北海砂质海床中典型的吸力桶基础,基于三维砂土液化大变形统一本构模型,通过OpenSees有限元开源平台进行三维动力计算,分析了吸力桶基础的地震变形和倾覆转角。吸力桶基础的地震变形具体如下:基础产生一定的水平位移震荡,最终累积发展为大变形;桶基发生严重的不均匀沉降,桶基后部出现一定程度的上移;倾覆转角不断增加,最终达0.8°以上,远超过规范规定的安全稳定运营值,后期无法运营;基础转动中心在地震过程中不断调整;地震中海床孔压上升,桶基内出现一定的负孔压,可以提高抗倾覆承载力,地震结束时负压区消散。海床液化深度约3m,桶基前部产生刺入海床破坏。海床地震液化加剧了吸力桶基础的变形和倾覆,严重影响着海上风机的安全运营。     

波浪作用下管线-海床模型动态响应及液化

基于Biot动力方程,利用COMSOL多物理场有限元计算软件构建了波浪-海床-管线动力响应的计算模型,模拟了一阶斯托克斯波作用下管线周围土体孔压和有效应力分布情况,对海床土体的液化情况进行判断,研究了波浪诱发海床液化及管线失稳的机理.研究过程中采用Partly dynamic动力方程(u-p模式).在Partly dynamic模型中,将海床视为多孔弹性介质,并且将孔压和位移视为场变量,考虑土体位移加速度,忽略孔隙流体惯性项的作用.模型得到验证后的参数研究表明:土体渗透系数、饱和度以及管线埋深、波高等参数对海床的孔压和有效应力影响显著.     

循环荷载下尾矿粉土的孔隙水压力特性

为了解尾矿粉土在振动作用下的孔隙水压力特性,采用GDS动三轴试验系统对尾矿粉土进行了循环荷载试验,通过施加循环应力使尾矿粉土达到完全液化状态,研究了相对密度及固结围压对尾矿粉土孔隙水压力特性的影响.研究结果表明,尾矿粉土的孔压增长过程可分为4个阶段:孔压快速增长阶段、孔压稳定增长阶段、结构破坏阶段及完全液化阶段;相对密度及围压的增加可以提高其抗液化能力.对比尾矿粉土及砂土试验结果发现:循环荷载作用下尾矿粉土的孔隙水压力特性与砂土不同,其孔压增长规律可用一个双S型模型描述,该模型对粉土和砂土均具有较好的适用性.     

波浪荷载引起不同埋深管线周围海床响应和液化分析

为了研究波浪荷载引起海底管线周围海床的液化问题,以Biot方程的部分动力响应模型,即u-p模型为基础建立二维埋管海床数值模型,研究海底管线及其周围海床在波浪荷载作用下的动态响应问题,波浪荷载通过孔压边界施加到海床表面.在验证模型的基础上,研究埋管海床在波浪荷载作用下的响应与液化,分析不同管线埋深下海床土的孔压、竖向有效应力和液化范围的区别,并探讨波高、海床土渗透系数和饱和度等参数的影响.结果表明:管线埋深对周围海床土在波浪荷载作用下的响应和液化影响明显;管线的存在使得管线周围海床土的竖向有效应力出现应力集中现象;波高、海床土的渗透系数和饱和度对波浪引起管线周围海床土的响应影响明显.研究结果对海底管线在海洋环境中的安全稳定提供理论依据.     

重塑饱和砂土的现场液化试验研究

利用自行研发的动力加载系统,通过重塑饱和砂土的现场液化试验,分析不同水平向震动强度下砂土液化响应规律,探讨孔压增长模式、地表加速度与孔压发展之间的关系、现场和室内液化试验中孔压增长模式的异同.主要认识如下:实际场地下,砂土相对密度越大,上覆压力越大,孔压比就越小,砂土的液化水平越低,反之亦然;实际场地下,饱和砂土液化时的孔压增长梯度缓慢.这一孔压增长模式与他人现场液化试验结果一致,而与动三轴试验结果有显著不同,与振动台试验结果有一定差别;正弦波动荷载输入下,孔压比在液化与地表运动的关联性研究中是一个重要且平稳的指标,孔压比0.5~0.6是液化削减地表运动的临界值.本文结果表明,现有孔压计算模型在实际液化场地的适用性和可靠性有待验证.     

椭圆余弦波作用下海床的响应

根据椭圆余弦波理论,计算了在滨浅海区域波浪作用下海床表面的波压力.通过参数分析,研究了海床弹性参数、渗透性以及孔隙水的压缩性对椭圆余弦波作用下海床孔压响应的影响.研究表明：孔隙水的压缩性、海床的渗透性、剪切模量、泊松比对海床的孔压响应有明显的影响,海床的渗透各向异性对孔压响应影响较小.
     

冲击荷载作用下饱和粉土孔压发展规律及液化特性研究

对四川三溪村滑坡地区的覆盖层粉土进行试验研究,在循环周期荷载作用下通过改变振动频率等主观因素,分析其饱和重塑粉土液化特性.通过改变外界条件,包括围压、动应力以及振动频率等多个因素,研究饱和粉土的孔压变化,进而分析在不同冲击荷载作用下,粉土的液化程度.试验结果表明,在振动频率为5 Hz时,粉土极易发生液化,当频率在其他范围时则明显看出其液化程度降低;在同一围压下,粉土孔压随动荷载的增大呈现出逐渐降低的趋势,其液化程度逐渐降低.     

低围压下埕北海域重塑粉土动强度特性

为了探讨低围压下粉土的动强度特性,利用低围压条件下固结不排水振动三轴试验,对埕北海域3种不同黏粒质量分数的重塑粉土进行研究。结果表明:低围压条件下埕北海域重塑粉土的破坏准则采用以往的破坏准则不合适,将应变达到2%～3%作为低围压条件下粉土的破坏准则;低围压条件下粉土动应力曲线具有幂函数曲线特征;粉土动强度受固结比的影响,动强度的最大值出现在固结比约为1.5;低围压条件下埕北海域重塑粉土内摩擦角介于8.6°～15.26°,内聚力介于1.20～4.86 kPa,临界循环应力比为1.45。     

波致海床液化引发底边界高浓度悬浮体形成过程的试验研究

国内外众多现场原位观测的实测资料,其结果表明粉质土海床在波浪作用下,水体底边界会产生高浓度悬浮体。利用在黄河三角洲采集的粉质土制作试验土床开展室内水槽试验,旨在揭示波浪荷载持续作用下海床液化引发底边界产生高浓度悬浮体的过程及机制。根据试验现象及海床土体的孔隙水压力变化、水体悬浮泥沙浓度的时空分布,以及悬浮泥沙的粒度变化等特征,分析认为波浪导致的海床液化能够引发底边界高浓度悬浮体的形成。大量的土体细颗粒从液化土体的振荡边界与渗流通道中的析出,是导致高浓度悬浮体形成的重要原因。对进一步探讨黄河口区异重流现象的产生等科学问题具有一定的指导意义。     

三维水下黏质斜坡海床变形冲蚀特征试验研究

以舟山某海域的某三维斜坡海床为原型,开展一系列大型波浪港池试验,探究波浪作用下三维黏质斜坡海床的孔压响应、变形及冲蚀破坏特征。研究结果表明：当波高较小时,黏质斜坡海床内部的超孔压累积不明显,多表现为振荡孔压;当波高逐渐增大时,黏质斜坡发生由坡顶到坡脚的浅层破坏,在靠近坡脚处出现明显的黏土碎屑状堆积,海床内超孔压表现为先累积后消散,其变化规律与海床冲蚀失稳特征密切相关。     

饱和重塑黄土液化孔压增长模型的试验研究

为研究饱和重塑黄土液化过程中的孔压增长规律,通过设定的试验方案,使用动三轴试验研究了黏粒含量、干密度、固结围压、动应力比和振动频率的影响。结果表明:黄土液化和砂土液化在液化过程中的孔压发展规律不同,黄土液化孔压增长具有特殊性;针对已有孔压模型对不同土性使用的局限性,对不同因素下黄土液化孔压增长进行归纳分析,得到考虑不同因素的孔压增长模型;最后对孔压增长模型的适用性和应用型进行了分析、验证。     

尾矿粉土液化后的大变形特性试验研究

利用GDS动三轴试验系统研究尾矿粉土液化后的变形特性.首先对饱和尾矿粉土进行振动使其液化,再施加静力荷载;分析了固结围压、相对密度、加载速率等因素对变形与孔隙水压力的影响,研究了饱和尾矿粉土液化后的流动变形与孔隙水消散的变化规律.结果表明:不排水试验条件下,固结围压、相对密度对尾矿粉土液化后的流动变形特性影响明显,而加载速率的影响较小;加载试验的最终孔压比一般介于0.7~0.9之间,相对密度对孔压消散过程的影响大于围压的影响.根据试验结果提出了描述尾矿粉土液化后变形特性的三参数模型,并进行了模型参数的拟合计算及模型验证和对比,结果表明该模型具有良好的适用性.     

波浪-流作用下分层海床稳定性分析

基于Biot固结理论,结合波流相互作用理论,采用数值模型分析了分层海床在波浪-流共同作用下的响应,尤其是分层海床的液化可能性及剪切破坏深度.结果表明,顺流的存在不仅会增加液化风险,还会使剪切破坏深度增加,而采用高渗透性土作为覆盖层不仅能有效降低原海床液化风险,且能减小甚至避免原海床的剪切破坏,可用于海床保护.     

波浪作用下渗透率各向异性的海床液化分析

为探究波浪荷载作用下渗透率各向异性的海床的瞬态液化问题,分别以雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和Biot多孔弹性方程作为波浪运动和海床响应的控制方程,采用LSM (LevelSet Method)法对自由表面进行追踪,以保证波浪运动模拟的准确性,并建立了波浪-海床相互作用的二维耦合数值模型.在验证数值模型合理性的基础上,进一步分析了波浪参数、海床土体的饱和度和渗透性对海床瞬态液化的影响.结果表明:波浪参数和海床土体饱和度对海床瞬态液化的影响显著;海床的瞬态最大液化深度随着波浪的高度、周期的增大而增加,随着海床土体饱和度的增大而减小;相比于海床土体的水平方向渗透系数,海床的瞬态最大液化深度对垂直方向渗透系数的变化更加敏感.     

适于水平场地孔压发展的增量计算模型

现有孔压增长模型多为全量模型不能用于不规则荷载下液化发展过程模拟,而少量孔压增量模型来源于动三轴试验,其孔压发展模式与振动台和振动离心机结果差别显著,应用于实际水平场地孔压计算时需要修正.本文以振动台和振动离心机土层试验和Seed模型破坏条件为依据,对现有动三轴孔压计算公式进行修正,提出了一个修正的增量计算模型.利用他人和专门的振动台试验,在等幅荷载和不规则荷载两种输入下,对提出的修正模型进行对比验证,结果表明提出的模型能够更好地模拟孔压增长过程.本文的计算模型构造简单,考虑不同相对密度砂土类型,适于真实地震荷载下水平场地液化发展过程的计算.     

波流共同作用下砂质海床动力响应

摘要：
基于饱和土两相混合u-p(土骨架变形-饱和土孔隙水压力)理论,采用基于上下负荷面和各向异性的砂土液化本构模型,建立一个多孔介质弹塑性海床模型,用于分析波流共同作用下砂质海床动力响应规律.计算分析了波流共同作用下,砂质海床瞬时振荡孔隙水压力与残余孔隙水压力累积的响应规律,并获得了海床液化深度的变化规律.此外,比较了采用弹性与弹塑性砂土本构模型时,海床在波流作用下的动态响应差异. 关键词：
两相混合理论; 波流; 砂性海床; 波浪参数; 液化深度; 弹塑性本构 中图分类号： TU 443
文献标志码： A     

波浪作用下海床动力反应有限元数值模拟与液化分析

基于二维广义动力Biot固结理论,提出了线性波浪作用下饱和弹性多孔介质海床动力反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控制方程组可视为其特例。提出的数值模拟方法能够模拟多层非均质海床等复杂土质和地层条件,这是一般解析法难以处理的。讨论了波浪诱发海床液化机理与液化判断准则,对比计算表明驻波造成的最大液化深度往往是推进波导致液化深度的数倍。     

CB26采修一体化平台上部组块吊装就位技术

随着埕岛海上油田的陆续开发,采修一体化平台在一个阶段内将成为今后埕岛海域海上发展的方向。CB26采修一体化平台是此类工程的第一个平台,本文将针对CB26采修一体化平台上部组块海上就位的特殊性来探讨海上大型构件的吊装就位技术,为今后埕岛海域类似的工程提供借鉴经验。