海底粉质土液化重建地层特征及其风暴浪动力强度研究-以黄河三角洲为例

Storm deposit is the main approach of stratum reservation in coastal zone. The time series of ancient storm events would extend through the relationship research of the storm-induced stratigraphic characteristics and storm waves. The liquefaction deposit in situ found in the stratum of Yellow River subaqueous delta is a new storm deposit mode. This application project is on the premise of the storm-induced silty soil liquefaction, on the basis of the particles redistribution resulted from the fluctuation of liquefied silty soil and carry out the relationship research of storm deposit characteristics caused by storm-induced silty soil liquefaction and storm power.　The imagine of project includes the detailed investigation of the liquefied stratum in Yellow River subaqueous delta, acquiring of the structure，construction and engineering geological properties characteristics of the reconstituted stratum , simulating the forming process of the disturbed stratum through flume experiment and contract with the local stratum, describing the fluctuation of liquefied soil and upper wave through double fluid wave equation, contacting the storm dynamic strength with the liquefied stratum in seabed and building the relationship between the reconstituted stratigraphic characteristics and storm dynamic strength.

风暴沉积是海岸带地层保留的主要途径，通过风暴沉积地层特征与风暴浪之间的关系研究，可以延长古风暴事件的时间序列。海岸带风暴沉积中的原地液化沉积是在黄河水下三角洲地层沉积中发现的一种新的风暴沉积形式。本申请项目以风暴浪导致海底粉质土发生液化为前提，根据液化粉质土发生随水体的波浪运动，进而导致土体粗细颗粒的分异为研究基点，开展海底粉质土由于液化而形成的原地风暴沉积特征与风暴动力之间关系的研究。项目研究设想是：对黄河三角洲海底液化后地层开展精细调查，获得土体液化后重构地层的结构、构造、工程地质性质特征；利用水槽试验模拟重构地层形成过程，并将试验地层与现场地层比对；利用双层流体波动方程描述液化土体与上部水体的波动，从而将风暴浪动力强度与海底液化地层之间关联起来，并进而构建起海底液化土体重构地层留存特征与风暴动力强度之间的关系。

风暴浪作用下粉质土海床将发生液化，会导致电缆损毁、海洋平台破坏。液化土体在波动过程中土颗粒在原地发生重新分选，形成新的地层。本项目以黄河三角洲地区为例，开展了海底土体在风暴浪致液化后的重新沉积地层特征，以及液化土体波动的数学描述研究。.项目完成的主要工作有：（1）开展液化前后沉积物的层理、粒序及力学特征变化的波浪水槽试验，获得了液化沉积地层的特征，提出了“风暴液化沉积”的概念；（2）获取了黄河三角洲2条测线及6个钻孔的工程地质资料，应用液化沉积地层的特征对现场的液化区域进行判别；（3）对波浪作用下现场海床中孔隙水压力的响应进行了监测；（4）进行了流变特性测试及基于波浪水槽的落球试验，测定了液化土体的粘滞系数；（5）开展了波浪作用下液化土体运动的水槽试验，并通过数学力学模型进行描述。.给出的成果主要有：（1）液化重构地层自下而上主要分为递变层理、旋卷层理和平行层理，颗粒粒径总体呈现上细下粗的正粒序结构，工程性质较液化前有了明显的增强；（2）现场存在广泛的液化区域，液化深度可达4m，直径几十米到几百米不等；（3）根据液化重构地层工程性质变好的现象，针对吹填场地固结时间长的问题发明了一种用于吹填过程中的场地压实机器；（4）监测到了波浪作用下现场海床土体液化发生、发展和再沉积过程中的孔隙水压力响应；（5）设计了一种测定液化土体粘滞系数的方法，并给出了液化粉土的粘滞系数；（6）构建了描述波致土体液化波动的双层流体运动模型，与试验及现场数据具有良好的一致性。.项目存在的问题：（1）液化土体底界面与底层未液化土体存在一定的相对运动，需要测定两者之间的临界剪切力，以确定液化底界面处的边界条件；（2）土体组分不同时，液化土体的粘滞系数不同，需要测定粘滞系数的这种变化，为液化沉积过程中的不同组分颗粒的运移过程提供描述基础。.