粉质土海底波致粉砂流及其运动特性研究- - 以黄河水下三角洲为例

黄河水下三角洲发育有塌陷凹坑、滑坡、粉砂流等灾害地质现象，已经被高分辨率的声学仪器调查资料给出。其中粉砂流仅作为形迹存在而被描述，其运动特性尚未加以研究。本申请项目在已有波浪导致黄河水下三角洲土体强度弱化、滑动研究的基础上，根据波浪胁迫土体振荡滑动而发生粉砂流的研究认识，进一步开展波浪作用下粉砂流的运动特性研究。研究针对海岸波浪对海底产生循环作用的特点，将波浪力对海底物质的循环作用与海底斜坡重力作用进行叠加，建立描述海底沉积物运动及沉积的力学模式，为黄河三水下角洲粉质土海岸粉砂流地质灾害评价建立科学依据，进而为我国渤海、大陆架在强烈波浪动力环境下导致的海底沉积物质运动及其重新沉积构造、形成的海洋地质灾害的防治，提供地质保障的研究性支撑，也为开展物质迁移、环境生态变化提供地质支持。

海底土体失稳滑动会导致电缆损毁、海洋平台破坏，其中强烈的波浪循环荷载作用在海底细粒土体上，容易导致海底土体发生液化的问题，研究者对海底滑坡、碎屑流物质输运以及其造成的海洋物质迁移、环境变化给予了特别关注，以重要计划项目加以研究。已有海底滑坡、碎屑流动力学研究主要针对大陆斜坡边缘沉积输运而开展，研究海域水深多在200m以上，仅考虑斜坡碎屑物质的重力驱动作用。在近岸浅水区环境中，必须考虑波浪的动力作用。.黄河三角洲水下底坡发育的许多不稳定现象，滑坡、塌陷洼地、粉砂流等地质灾害现象已经被高分辨率的声学仪器调查资料给出。虽然海底调查工作明确提出了黄河水下三角洲碎屑流——粉砂流的存在，但是目前缺少关于黄河水下三角洲粉砂流运动方面的研究。本项目即是在已经发现波浪导致粉质土海底发生滑动液化的基础上，研究波浪强迫振荡运动下的粉砂流的形成及运动特性。.本项目完成的主要工作有：（1）进行了9个不同粘粒含量和24%-60%的含水率的36个粉质土样品开展的流变特性测试实验，获得粉质土流变特性的基本规律认识；（2）在开展1次预试验的基础上，进行了2轮次的波致粉质土液化条件下的粉砂流流动的波浪水槽试验，发现粉砂流运动在试验条件下具有一般水流携砂运动的特征；（3）获取了黄河水下三角洲3个钻孔的工程地质资料，获得对黄河三角洲重点灾害区的水深地形、扫描声纳、浅地层剖面资料，为进一步分析粉砂流运动特征提供了现场数据支撑；（4）初步开展了波致液化条件下液化粉质土与底层稳定土体间力学关系的分析模式，并进行了数学表达。.目前给出的成果主要有：（1）在粉质土海底波致液化区，重构地层的形成过程与模式，该模式将为在浅海区研究风暴作用海底发生液化的情况下的沉积地层提供模式参考；（2）通过波浪水槽试验发现粉砂流在海底可能的流动模式，在低能量作用下为颗粒在水流作用下的运动，而非粉砂与水集合体的运动行为；（3）为研究波致液化条件下液化粉质土与底层稳定土体间力学关系，研制了一种新型的往复式土体剪切力测定装置。.项目研究存在的问题：（1）由于美国Brookfield公司生产的R/S+流变仪测试土体流变性时，其盛样杯无法保证粉质土剪切运动边界形成为土体内部，因此需要进行仪器的改进；（2）由于波浪水槽试验发现的粉砂流运动不符合原来预想的是含水粉质土集合体的的运动行为，因此对其描述的物理数学模型基础需要变更。