摘要
粉土在黄河口地区广泛分布，在波浪作用下易于发生液化，进而对工程设施稳定性造成影响。液化后粉土的工程地质性质将发生明显改变。波浪作用下海底粉土是否发生液化主要取决于粉土中孔隙水压力的累积及消散过程，目前多通过物模试验及数值模拟来开展孔隙水压力对波浪作用的响应过程研究，而极度缺乏孔隙水压力的现场监测资料。基于此，本文选择黄河口典型研究区，开展了波浪作用下海底粉土孔压数据的精细监测，分析了波浪作用下海底粉土的孔压响应程度与过程，基于现场实测数据，选取并验证了在研究区内有较好适用性的波浪作用下海底粉土孔压时程方程。利用高精度浅地层剖面调查设备查明了由于海底粉土液化而形成扰动层的浅地层结构特征，确定了扰动层的分布范围并对扰动程度进行划分，分析了扰动区的演变趋势。基于大样本的土工试验参数统计及扫描电镜观测结果，分析对比了液化扰动粉土与非扰动粉土的工程地质性质差异，从静力学、动力学及微结构方面论述了液化对粉土工程地质性质的改造作用。利用残余液化评判模式对研究区海底粉土在不同重现期波浪作用下的液化趋势进行分析，对液化极限深度进行了计算。取得了如下成果： （1）获取了波浪作用下海底粉土孔隙水压力响应过程与时程方程。利用自行研发的孔隙水压力监测系统精细监测了研究区内海底粉土在波浪作用下的孔压响应过程，结果表明，波浪作用下海底粉土的孔压响应由表层土最先开始，向下层延伸，且响应程度随着土层深度增加而减弱；将波浪作用的影响效果分为瞬时效应和累积效应。波高较小时，海底粉土的孔压累积效应不明显，波浪导致的海底粉土孔压的瞬时变化起主导作用。只有波高足够大时，海底粉土的孔压累积效应才较为明显。另发现波浪引起的海底土孔压响应存在“滞后效应”，观测结果表明，当水深为10m时，由波浪作用引起的海底以下0.5m处的粉土孔压响应相对延迟1h-2h。遴选出Jeng提出的孔隙水压力时程方程对研究区波致粉土超孔压进行了计算，并与实测数据进行对比，表明该方程在研究区具有较好的适用性。 （2）掌握了研究区粉土液化扰动层的分布范围、层理特征、扰动程度及演变趋势。研究区内粉土液化扰动层广泛分布，其浅地层声学记录特征主要为杂乱反射，内部无明显层理或稍有层理，与周围土层的声学反射特征有明显的差别。扰动层主要发育在海底表层粉土内，扰动层厚度多大于1m，最大扰动深度可达5m。依据扰动程度可以划分为重度扰动层、轻度扰动层及埋藏扰动层，扰动层的主要成因是波浪作用下海底粉土液化造成的，依据两期次调查结果对比，研究区内液化扰动层的扰动范围及扰动程度在2年时间内未发生明显变化。 （3）明确了液化对粉土工程地质性质的改造作用。通过分析对比液化扰动粉土与非扰动粉土的静力学、动力学参数及微结构特征，二者均存在明显差异，表明液化扰动粉土和非扰动粉土的工程地质性质有较大的差别，液化对粉土工程地质性质具有明显的改造作用。具体表现在：相对于未液化扰动粉土，扰动粉土的含水量与孔隙比较小，容重较大，粘粒含量较小，中值粒径较大，标贯击数较大、压缩系数较小。微结构观测表明，液化粉土明显受到波浪的改造作用，颗粒的孔隙度、粘土矿物的附着方式等方面均发生改变，总体上土体液化后工程地质性质得以加强，需要更大的波浪条件才能再次发生液化。 （4）绘制了研究区不同重现期波浪作用下液化趋势图。利用残余液化评判模式对研究区海底粉土在NE向重现期为10年、25年、50年及100年波浪作用下的液化可能性进行分析评价，并对最大液化深度进行计算。结果表明，研究区粉土液化区主要集中于2个区域，其中区域1为研究区中下部水深7m-11m的区域，该区域面积最大、呈近圆形分布，也是整个研究区最易液化的部分；区域2是位于研究区西北端水深7m-12m的区域，该区域在大波浪作用时的易液化程度与区域1相近。液化区域的分布主要受水深及底质类型影响，随着波浪重现期的增加，粉土液化范围及深度相应增大，在100年一遇的大风条件下，研究区粉土最大液化深度可达3.5m，位于水深12m左右区域。
NETL