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海洋含气土高应力加卸载变形特征与渗流规律
1
作者 宋杰 刘乐乐 +3 位作者 刘涛 张永超 杨磊 万义钊 《力学学报》 北大核心 2025年第2期545-558,共14页
含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含... 含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含气土力学性质试验研究还不够充分.文章首先对取自浙江舟山近海浅层气富集区的海洋沉积物进行了物理力学指标测试,然后重塑并借助沸石制备了含气土试样,最后在侧向完全受限条件下开展了循环加卸载试验,竖向载荷最高达到3200 kPa,揭示了海洋沉积物粒径级配、矿物组成、液限和塑限含水率等指标在去除盐分前后的变化机理,分析了含气量等因素对海洋含气土试样加卸载变形回弹与渗流过程的影响规律.结果表明,海洋含气土的体积压缩系数随着载荷的增加而减小,并且含气量越高则压缩指数与回弹指数均增大;孔隙水与气体主要在循环加卸载过程中的首轮排出,并且集中在首轮加载的初期;在首轮加载过程中,不含气饱和海洋土的渗透系数单调减小,而海洋含气土的渗透系数出现了明显的回升波动. 展开更多
关键词 浅层气 含气土 固结试验 压缩指数 渗透系数
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孔隙水盐度与黏土类型对海洋沉积物水分特征曲线的影响研究 被引量：1
2
作者 付佳妮 于晓曦 +4 位作者 傅晓敏 赵航 刘昌岭 马云 刘乐乐 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2795-2805,共11页
海洋沉积物在天然气水合物分解或海水入侵过程中会出现孔隙水盐度及水饱和状态不断变化的现象,其透气和透水能力与沉积物水分特征曲线有关,然而孔隙水盐度变化对沉积物水分特征曲线的影响规律目前仍不够清楚。本文采用南海北部天然气水... 海洋沉积物在天然气水合物分解或海水入侵过程中会出现孔隙水盐度及水饱和状态不断变化的现象,其透气和透水能力与沉积物水分特征曲线有关,然而孔隙水盐度变化对沉积物水分特征曲线的影响规律目前仍不够清楚。本文采用南海北部天然气水合物赋存区的海洋沉积物与实验室配置的混合沉积物进行试验,使用相对快速的离心机法,测定了不同基质吸力条件下的孔隙水饱和度,分析了黏土矿物类型和孔隙水盐度等因素对沉积物水分特征曲线的影响,选用被广泛使用的van Genuchten模型,率定了模型的拟合参数。结果表明:含黏土石英砂水分特征曲线基本不受黏土矿物种类的影响;南海北部海洋沉积物的黏土质量含量超过35%,但其水分特征曲线在两倍海水盐度范围内也几乎不受影响;对于南海北部海洋沉积物,van Genuchten模型系数a取值为0.00023 kPa^(-1),系数n和m取值分别为0.51和4.9。 展开更多
关键词 天然气水合物 渗透率 海水入侵 盐度 黏土矿物 基质吸力
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球形贯入仪预测超固结土强度的数值研究
3
作者 周波翰 张文利 王栋 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1303-1309,共7页
与传统的静力触探仪相比,球形贯入仪投影面积大,适合预测黏土的不排水抗剪强度,在海洋岩土勘察中具有显著优势。然而,当球形探头在粉质黏土或黏质粉土中贯入时,探头周围的土可能处于部分排水条件,进而影响贯入阻力。已有研究多集中在正... 与传统的静力触探仪相比,球形贯入仪投影面积大,适合预测黏土的不排水抗剪强度,在海洋岩土勘察中具有显著优势。然而,当球形探头在粉质黏土或黏质粉土中贯入时,探头周围的土可能处于部分排水条件,进而影响贯入阻力。已有研究多集中在正常固结土,还不能考虑部分排水条件与土体超固结比的耦合作用。在此采用有效应力形式的大变形有限元方法,模拟球形探头在超固结土中的长距离贯入过程,对比已有的离心模型试验和现场测试,验证了大变形模拟的可靠性。进而获得球形探头处贯入阻力的骨干曲线,建立超固结土中贯入阻力与部分排水条件的关系。基于大量变动参数分析,提出了利用球形仪在超固结土中贯入阻力预测有效内摩擦角的新方法,其中归一化贯入速度可量化部分排水程度,不再需要量测贯入过程中的孔压。 展开更多
关键词 球形贯入仪 粉质黏土 超固结 有效内摩擦角 大变形有限元
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硅灰-矿渣-电石渣协同固化黄泛区粉土力学性能与微观机理研究
4
作者 刘彦浩 刘路路 +4 位作者 刘涛 张艳 余刘成 张顶飞 战元喆 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第4期1513-1524,共12页
黄泛区粉土工程特性较差,需进行固化后才能作为路基填筑材料。但传统固化方案需要大量水泥,且水泥生产过程会消耗大量能源。为解决该问题,以硅灰(SF)和矿渣(GGBS)为前驱体,电石渣(CS)为激发剂,基于响应面法中的Box-Behnken design(BBD)... 黄泛区粉土工程特性较差,需进行固化后才能作为路基填筑材料。但传统固化方案需要大量水泥,且水泥生产过程会消耗大量能源。为解决该问题,以硅灰(SF)和矿渣(GGBS)为前驱体,电石渣(CS)为激发剂,基于响应面法中的Box-Behnken design(BBD)试验,对比分析了不同配合比的硅灰-矿渣-电石渣(SGC)胶凝材料和水泥对黄泛区粉土的力学性能和水稳性的影响,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)探究了固化土的微观固化机理。结果表明,硅灰、矿渣、电石渣的最优质量配合比为5.94%∶21.87%∶4.31%。此配合比下固化土7、28 d无侧限抗压强度分别为6 531.58和9 269.26 kPa,相较于水泥固化土,7、28 d无侧限抗压强度分别提升28.3%和21.4%。SEM和XRD测试结果表明,SGC固化土的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等胶凝物质,28 d龄期的SGC固化土微观形貌较水泥固化土更密实。SGC固化剂对黄泛区粉土改良效果显著,具有较好的工程应用价值。 展开更多
关键词 黄泛区粉土 粉土固化 固化剂 响应面法 配合比优化 无侧限抗压强度
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南海北部天然气水合物赋存区沉积物渗透性敏感规律试验研究 被引量：3
5
作者 宋德坤 刘乐乐 王栋 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期405-414,共10页
天然气水合物主要分布于含有黏土矿物的海洋细颗粒沉积物中。我国南海北部海域沉积物中含有大量的伊利石,揭示其渗透性在降压开采过程中的变化规律对于合理调控水气产出过程非常重要。本文采用取自南海北部水合物试采目标海域的沉积物... 天然气水合物主要分布于含有黏土矿物的海洋细颗粒沉积物中。我国南海北部海域沉积物中含有大量的伊利石,揭示其渗透性在降压开采过程中的变化规律对于合理调控水气产出过程非常重要。本文采用取自南海北部水合物试采目标海域的沉积物重塑土样,在不同的孔隙液盐度条件下,进行了界限含水率测定试验、渗流固结试验和稳态渗流试验,获得了土样液限含水率、塑限含水率、塑性指数、渗透系数和渗透率数据,分析了南海沉积物渗透性的应力敏感性和化学敏感性规律。结果表明:南海沉积物的界限含水率指标均随着孔隙液盐度的增加而降低;南海沉积物的渗透性随着孔隙液盐度的增加而增强,随着应力的增加而减弱,并且应力敏感性程度随着孔隙液盐度的增加而变大,化学敏感性程度随着应力的增加而变小;采用归一化孔隙比获得的渗透系数拟合关系不受孔隙液盐度的影响,便于工程应用。 展开更多
关键词 渗透率 渗透系数 界限含水率 敏感性指标 降压开采
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低应力水平下颗粒土的边界面本构模型
6
作者 李书兆 孙国栋 +1 位作者 张安 王栋 《地球科学与环境学报》 北大核心 2025年第1期47-55,共9页
低应力条件下土体的力学行为因颗粒嵌锁效应显著增强,表现出更高的摩擦角和剪胀性,工程设计中忽视这些特性可能导致不准确分析甚至引发地质灾害。在SANISAND-04边界面模型基础上进行扩展,通过引入颗粒间嵌锁强度参数,对模型的屈服面、... 低应力条件下土体的力学行为因颗粒嵌锁效应显著增强,表现出更高的摩擦角和剪胀性,工程设计中忽视这些特性可能导致不准确分析甚至引发地质灾害。在SANISAND-04边界面模型基础上进行扩展,通过引入颗粒间嵌锁强度参数,对模型的屈服面、临界状态面、边界面和剪胀面进行了改进,提出了SANISAND-L模型,并采用两种不同嵌锁强度的颗粒土三轴剪切试验结果对该模型进行了验证。结果表明:改进后的SANISAND-L模型只增加了一个模型参数,不仅能准确反映低应力水平下颗粒土的峰值和临界状态内摩擦角的提升,同时也能在较高应力水平下保持适用性;该模型参数能通过低应力条件下的临界状态强度数据直接拟合获得;对模型进行验证发现其显示出较好的预测能力;在2 kPa有效围压下,该模型对Toyoura砂土峰值内摩擦角的预测相对误差低于2%,显著优于未考虑嵌锁效应的SANISAND-04模型(后者相对误差超过25%)。该模型结构简洁、参数标定方便,可在SANISAND-04模型的代码基础上直接修改实现,有助于更加精准地进行浅基础承载力、海底管道铺设等浅部土层工程问题的有限元模拟。 展开更多
关键词 本构模型 颗粒土 理论建模 低应力水平 边界面 嵌锁强度 临界状态
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砂土中大直径单桩极限水平抗力的数值模拟
7
作者 刘德广 罗成喜 王栋 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期149-156,共8页
国内外近海风机大多采用大直径单桩基础,大直径单桩设计的控制工况通常是水平荷载下的响应。传统API方法主要用于细长桩,近年发展起来的PISA方法用四类弹簧表征土体对桩的反力,原理上更适合低长径比的单桩,但PISA方法中的极限水平抗力... 国内外近海风机大多采用大直径单桩基础,大直径单桩设计的控制工况通常是水平荷载下的响应。传统API方法主要用于细长桩,近年发展起来的PISA方法用四类弹簧表征土体对桩的反力,原理上更适合低长径比的单桩,但PISA方法中的极限水平抗力计算存在很大争议。本文选取我国南海典型砂土参数进行有限元分析,变化土体相对密实度、桩径和长径比等关键参数,比较桩基响应曲线,发现了三种广泛采用的极限水平抗力表达式均有明显局限性。最后基于大量变动参数有限元分析,建议采用两段式表达极限水平抗力随深度的变化。 展开更多
关键词 大直径单桩 砂土 水平荷载 有限元法 长径比
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结构性土中静力触探孔压消散的大变形模拟 被引量：2
8
作者 孙淼军 谢雅囡 王栋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3416-3422,共7页
静力触探试验被广泛用于确定原状土的工程性质。黏性土中探头的连续贯入引起超静孔压积累,贯入停止后孔压逐渐消散。在结构性粉质黏土、黏质粉土或粉土中,贯入过程可能发生部分排水现象,导致其后续的孔压消散响应相较于不排水贯入时更... 静力触探试验被广泛用于确定原状土的工程性质。黏性土中探头的连续贯入引起超静孔压积累,贯入停止后孔压逐渐消散。在结构性粉质黏土、黏质粉土或粉土中,贯入过程可能发生部分排水现象,导致其后续的孔压消散响应相较于不排水贯入时更复杂。将结构土剑桥模型引入有效应力形式的大变形有限元方法,模拟结构性土中静力触探试验的贯入-消散全过程,得到部分排水或不排水贯入后超静孔压消散曲线的归一化表达。通过与现有离心机试验对比,验证了大变形方法的可靠性。大量变动参数分析发现,可以合理忽略土体类型、土体初始结构和消散深度对归一化消散曲线的影响,该曲线可用于确定有效固结系数,进而预测常规固结系数。 展开更多
关键词 静力触探 结构土 有限元 部分排水 超静孔压
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