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现代黄河三角洲沉积物超周结特征及其成困研究 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因研究 摘要 黄河高含沙量水体在弱潮陆相河口入海，8 0 泥沙在河口附近快速堆积，目 前黄河三角洲快速沉积物的固结过程尚不清楚，对于超固结特征及成因缺少研 究。在过去的研究中，人们主要针对黄河三角洲的地貌特征、海洋动力条件、 土体工程特性展开了相对独立的研究工作 为了揭示黄河三角洲沉积物的超固结特征和形成机理，在黄河刁口流路三 角洲叶瓣潮坪上，现场取土配置黄河三角洲快速沉积形成的流体状堆积物，研 究快速沉积的粉质海床士在波浪和潮波作用下的孔压响应及非均匀固结过程。 利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位测试手段，实时测定 快速沉积海床土强度和孔压变化过程。并对该土体强度变化进行了长期观测。 为了进一步揭示黄河三角洲土体的似超固结状态、结构强度的大小及结构 强度与土体中化学组分韵关系，在原位试验基础上开展了室内固结过程实验， 目的是合理解释士体似超固结状态的成因。 本文基于b i o t 固结理论，在假设海床为多孔弹性介质基础上，得到了波浪 作用下黄河三角洲海床的动力响应解答，对黄河三角洲土体在5 0 年一遇波浪作 用下的液化深度，剪切破坏深度、孔压渗流场进行计算。探讨波浪作用对于土 体超固结特征影响 通过上述研究工作的开展，得到如下结论： l 、关于黄河三角洲沉积物超固结特征v ( 1 ) 黄河三角洲快速沉积粉质土在自重作用下固结速度很快，固结完成后， 土体的强度沿深度呈现非均匀增长，呈现类似于原状土体的固结非均匀特征 黄河三角洲快速沉积物固结完成后在非固结因素下强度的增长，说明黄河三角 洲粉土具有结构性，处于似超固结状态 ( 2 ) 由黄河三角洲快速沉积物与原状土体的强度对比及长期观测资料对比分 析可知：水动力作用的时间越长，潮滩表层土体似超固结程度越强，固结非均 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因研究 匀性越大，土体灵敏度增加，土体结构性增强。 ( 3 ) 运用各种判定方法( 包括图解法、以十字板为基础的经验公式法、原位 静力触探比贯入阻力法等) 求解了黄河三角洲沉积物的先期固结压力( 似超固 结压力) ，通过对比分析建议该研究区潮滩表层l 米沉积物的似超固结压力大 约在1 0 8 0 k p a 之间，研究区潮滩表层l 米沉积物的似超固结压力一般表层较 。 大，中部较小。底部次之。 2 、关于黄河三角洲沉积物超固结特征成因： ( 1 ) 黄河口快速沉积物在潮波作用下土体中产生非稳定渗流，以及在潮波和 波浪作用下表层土体中超静孔压的不断积累，是导致黄河三角洲土体产生似超 固结状态、超固结特征沿深度非均匀性、表层土体形成硬壳层的重要原因。 ( 2 ) 试坑与潮潍原状士体经历1 6 个月后，灵敏度增大和结构性增强受土体胶 结时间和日积月累波浪和潮波水动力作用使土颗粒之间的相对位置更趋稳定， 颗粒定向性发生优化有关。 ( 3 ) 室内固结实验表明黄河三角洲土体能够在较快时间内形成结构强度，结 构强度形成与凝聚粘粒的接触连接和水胶连接，盐晶连接的形成有关。 ( 4 ) 数值计算结果表明，黄河三角洲成层性海床下部相对不透水粉质粘土 层，造成波浪作用下应力、孔压在上部土体中产生集中波浪作用下应力和孔 压分布、渗流场、液化、剪切作用对黄河口沉积物固结状态变化有重要影响。 ( 5 ) 黄河三角洲沉积物似超固结状态形成受土粒矿物成分、孔隙流体成分等 内因影响，同时波浪和潮波水动力等外因条件对土体似超固结状态及非均匀性 的形成具有决定性的作用。这两种成因即相互促进又相互制约，共同作用形成 了黄河三角洲土体固结状态的特殊性 本文将士体对波浪作用的响应进行了现场实测和理论分析，丰富了波土相 互作用的研究内容；首次将原位测试方法应用到黄河三角洲沉积物的固结状态 研究；第一次提出了潮波作用对海床土体的固结状态影响，并探讨了波浪作用 下的现场实测累积孔压对黄河三角洲似超固结状态形成机理 关键词：黄河三角洲；( 似) 超固结状态；粉质海床土；固结非均匀性；快速 ?沉积 $ ： ? 2 + 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因研究 o v e r c o n s o l i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n dc a u s e ss t u d y o fm o d e r ny e l l o wr i v e rd e l t as e d i m e n t s a b s t r a c t 8 0 o fs i l t sa b u n d a n t l yc o n t a i n e di ny e l l o wr i v e rw a t e rr a p i d l yd e p o s i ta ty e l l o w r i v e re s t u a r y , t h ec o n s o l i 捌o np r o c e s s t h eo v e r c o n s o l i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n d c a u s e so fs u c hs e d i m e n t sh a v eb e e nn o tc l e a ra tp r e s e n li nt h ef o r m e rr e s e a r c h e s ， s c h o l a r sm a i n l ys t u d i e df o l l o w i n gi n d e p e n d e n t 锄p l e c t s ：t o p o g r a p h ya n dg e o m o r p h y , o c e a nh y d r o d y n a m i cc o n d i t i o na n ds o i le n g i n e e r i n gf e a t u r 甓 i no r d e rt or e v e a lt h eo v e r c o n s o l i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n df o r m a t i o nm e c h a n i s mo f m o d e r ny e l l o wr i v e rd e l t as e d i m e n t i nt h i sp a p e ras e r i e so fe x p e r i m e n t sw 自t e c o n d u c t e do nt h et i d ef l a to fd i a o k o ud e l t a - l o b ew h i c hl i e si nt h en o r t ho fy e l l o w r i v e rd e l t a 哪”f l u i ds e d i m e n t si m i t a t i n gt h er a p i d l yd e p o s i t e ds e a b e ds i l t sw e r o m a d ei ns i r e ，a n dt h ef l u i ds e d i m e n t sw e r ep r o m p t l yf i l l e di n t oao n e - m e t e rd e e pp i t e x c a v a t e da tt h et i d ef l a t b yf i e l dt e s t i n gm e t h o d s s u c ha ss t a t i cc o n ep e n e w a t i o n t e s t ( c p t ) , f i e l dv a n es h e a rt e s t ( r ) a n dp o r ew a t e rp i e z o m e t e rt e s t , t h ev a r i a t i o no f s t r e n g t ha n dp o r ew a t e rp r e s s u r ew a sm e a s u r e da tr e a lt i m e a n dt h es t r e n g t hc h a n g e s o fs u c hs i l t sa n du n d i s t u r b e ds o i l so fy e l l o wr i v e re s t u a r yh a sb e e no b s e r v e df o ra l o n gt i m e ( a b o u t1 6m o n t h s ) f o rt h es a k eo ff s r t l l e rd i s c l o s i n gq u a s i - o v e r c o n s o l i d a t i o ns t a t e , s t r u c t u r es t r e n g t h a n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns t l - u c t u r es u e n g t ha n ds o i lc h e m i c a lc o m p o s i t i o no f y e l l o wr i v e rd e l ms o i l s 1 a b o r a t o r yt e s t i n gt h a ts t u d i e dc o n s o l i d a t i o np r o c e s sw e 犯 c a r r i e do u tb a s e do na f o r e m e n t i o n e di ns i r e 把s t t h ep u r p o s eo fs u c he x p e r i m e n t si s t h a tt h em t i o n a le x p l a n a t i o no ft h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fq u a s i - o v e r c o n s o l i d a t i o n s t a t ec a nb eo b t a i n e d i nt h i sp a p e r , b a s e do nb i o t sp o r o - e l a s t i cc o n s o l i d a t i o nt h e o r y , t h e 锄a l 舛c a l s o l u t i o nh a dp r o p o s e df o rt h ew a v e a n d u c e dy e l l o wr i v e rd e l t as e a - b e ds o i l s r e s p o n s e ，l i q u e f a c t i o nd e p t h , s h e a rf a i l u r ed e p t ha n dp o r ew a t e rp r e s s u r ef i e l dh a d b e e nc a l c u l a t e du n d e rt h ew a v el o a d i n gt h a t 僦u r so n et i m e sw i t h i n5 0y e a r s t h e i n f l u e n c eo ff i q u e f a c f i o n ，s h e a rf a i l u r ea n dp o r ew a t e rp r e s s u r ef i e l dt ot h eo v e r 3 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因研究 c o n s o l i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fy e l l o wr i v e r d e l t as e a b e ds e d i m e n t sh a db e e n d i s c u s s e d t h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to fa b o v e - m e n t i o n e dr e s e a r c hw o r k ，t h ec o n c l u s i o n st h a t w e m a yd r a w 批a s f o l l o w ： 1 a b o u to v e r c o n s o l i d a f i o nc h a r a c t e r i s t i co fy e l l o w 磁v e l d d t as e d i m e n t s ： _ 一r 、_ 、1 - ，- 一。 ( a ) i ti ss h o w nf r o mt h ee x p e r i m e n t a ld a t at h a tt h ec o n s o l i d a t i o ns p e e do ft h e m p i d l yd e p o s i t e ds e a b e ds i l t sm e a s u r e db yw a t e rp i e z o m e t e ra ty e l l o wr i v e r e s t u a r yi ns i mi sm u c hq u i c k e rt h a nt h es p e e dc a l c u l a t e dt h r o u g ht h et e t z a g h i s o n e ：- d i m e n s i o n a lc o n s o l i d a t i o nt h e o r y ：i ti sa l s os h o w nt h a ta f t e rc o n s o l i d a t i o n c o m p r e s s i o nh a dc o m p l e t e d ，t h es t r e n g t ho fs u c hs i l t ss t i l li n c r e a s e dg r a d u a l l y a l o n gw i t l lt h ed e v e l o p m e n to ft i m e ，p r e s e n t e da nu n u n i f o r m i t yi n c r e a s ea l o n g t h ed e p t h t h u st h er a p i d l yd e p o s i t e ds i l t sh a v et a k e no naq u a s i - o v e r c o n s o l i - d a t e ds t a t e ，w h i c hi ss i m i l a rt ou n d i s t u r b e ds o i l so f y e l l o wr i v e re s t u a r y ( b ) c o m p a r e dw i t ht h el o n g t i m ei n s i t ud a t ao fr a p i d l yd e p o s i t e dp i ts o i l sa n di n s i t us o i l sd e r i v e df r o mc 盯a n df v t i ts h o w e dt h a t ：t h e l o n g e r t h e h y d r o d y n a m i ce f f e c td i d ，t h es t r o n g e rt h eq u a s i - o v e r c o n s o l i d a t i o ns t a t eo ft i d e f l a t t o p s o i la ty e l l o wr i v e re s t u a r yw a s ，t h em o r eu n u n i f o n n i t yo ft h e c o n s o l i d a t i o nw a s ，a n da tt h e 戤l l l l et i m e , t h es e n s i t i v i t yo fs o i li n c r e a s e d ， s t r u c t u r es t r e n g t he n h a n c e d ( c ) u s ev a r i o u sk i n d so fm e t h o d s ( i n c l u d i n gd i a g r a m m a t i c a lm e t h o d s ，e x p e r i e n c e f o r m u l ab a s e do n 眦f i e l dm e t h o db a s e do nc p t ) ，q u a s i - o v e r e e n s o l i d a t i o n p r e s s u r e w a ss o l v e d b a s e do n a n a l y s i s ，i tp r o p o s e d t h a t q u a s i - o v e r c o n s o l i d a t i o np r e s s u r ew a sp r o b a b l ya b o u t1 0 8 0 k p ao nt o p s o i l sw i t h i n o n e - m e t e fd e p t h , g e n e r a l l y , t o pl a y e ri sr e l a t i v e l yl a r g e , t h em i d d l el a y e ri s r e l a t i v e l ys m a l l ，a n dt h eb o t t o mt a k e ss e c o n dp l a c e 2 a b o u to v e r c o n s o l i d a f l o nc h a r a c t e r i s t i ca l n s e $ o fy d l o wr i v e rd e l t a s e d i m e n t s ( a ) a n a l y s e ss h o wt h a tt h ef o r m a t i o no fs u c hq u a s i - o v e r c o n s o l i d a t e ds t a t oa n d u n u n i f o r m i t yc h a n g e so fs u e n g t ha l o n gd e p t ha r ea t t r i b u t a b l et ot h ec o u p l i n g e f f e c t so fw a v ea n dt i d el o a d i n ga n dt h a tl o n g - t e r me f f e c to fw a v el o a d i n g w h i c hc a nc a u s e st h ea c c u m u l a t i o no fe x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u l tw i t h i nc 日t a i n 4 现代黄河三角洲抗积物超固结特征及其成因研究 d e p t hi st h ef u n yc o n v i n c i n ge v i d e n c et of o r mt h ec r u s t1 a y 口o ft i d ef l a tt o p s o i l a ty e l l o wr i v e re s t u a r y ( b ) a f t e rg o i n gt h r o u g hf o r1 6m o n t h s ，t h es e n s i t i v i t ya n ds t r u c t u r a ls t r e n g t ho fp i t a n di n s i t us o i l so l lt i d ef l a th a di n c r e a s e do w i n gt ot h ev e n o do fc e m e n t a t i o n 吐舭a n do w i n gt ot h er e l a t i v es t e a d yp o s i t i o no fs o i lp a r t i c l ea n dt h ep a r t i c l e d i r e e t i v i t yo p t i m i z e si n d u c e db yl o n g - t e r mw a v ea n dt i d el o a d i n g ( c ) i n d i c a t i o nf o r mt h el a b o r t o r yc o m o f i d a f i o nt e s t i n gw a st h a tt h es 仇l c t i l ：r e s t r e n g t hw h i c hc a nf o r md u r i n gar a p i dt i m ea r er e l a t e dt ot h ec e m e n t a t i o no f a g g l o m e r a t i v ec l a yg r a i n ，a n dt ot h ec e m e n t a t i o no fs a l tc o n t a i n e di nt h es e a w a t e r ( d ) t h en u m e r i c a lr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h es t r e s s ，p o r ew a t e rp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n ， s e e p a g ef i e l d , l i q u e f a c t i o na n ds h e a re f f e c tw h i c hi n d u c e db yw a t e rw a v e l o a d i n gh a v ei m p o r t a n ti n f l u e n c et ot h ec h a n g eo fc o n s o l i d a t i o ns t a t eo ft h e y e l l o wr i v e re s t u a r ys e d i m e n t s ， ( e ) t h ef o r m a t i o no ft h eq u a s i - o v e r c o n s o l i d a t i o ns t a t 2a t ei n f l u e n c e db yi n t e r n a l c a u s e s ，s u c ha sm i n e r a lc o m p o s i t i o no fs o i la n dp o r ef l u i dc o m p o s i t i o n , e t e ，a n d t h ee x t e r n a lc a u $ ec o n d i t i o n s ，s u c ha st i d ea n dw a v el o a d i n g ，e t c t w oc a u s e s ， w h i c h 砌c te a c ho t h e ra n da l s om u t u a l l yp r o m o t ea c to nt o g e t h e rt of o r mt h e c o n s o l i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i cp a r t i c u l a r i t yo f y e l l o wr i v e re s t u a r ys e d i m e n t s 。 t e s t si n - s i t ua n dt h e o r e t i ca n a l y s i sa l ea p p l i e dt os t u d yt h es e d i m e n to nt h ey e l l o w r i v e rd e l t a , w h i c he n r i c ht h ec o n t e n t sa b o u tt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nw a v ea n ds o i l ；i n t h i sp a p e r , f i e l dt e s ta p p l i e dt os t u d yt h ec o n s o l i d a t i o ns t a t eo fy e l l o wr i v e re s m a r y s e d i m e n t sw a sp u tf o r w a r df o rt h ef i r s tt i m e ；a n dt h ei n s t a b i l i t ys e e p a g ef i e l di n d u c e d b yt i d el o a d i n gw a sf l r s tp r o p o s e dt oh a v ee f f e c to nc h a n g e si nc o n s o f i d a t i o ns t a t e , a n dt h em e c h a n i s mo fq u a s i - o v e r c o n s o f i d a t i o ns t a t ed u et oa c c u m u l a t i n gp o r ew a t e r p r e s s u r ei n d u c e db yw a v el o a d i n gb a s e do nf i e l dt e s to b s e r v a t i o nw a sd i s c u s s e d k e y w o r d s ：y e l l o wr i v e rd e l t a ；q u a s i - o v e r c o n s o h d a t e ds t a t e ；蝴t ys e a b e ds o i l s ； u n u n i f o r m i t yc o n s o l i d a t i o n ；r a p i d l yd e p o s i t 5 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 洼；翅趁查墓焦爰墨缱型直明 笪：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：狄吏民 签字日期：趔缉。彳月，p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、，缩印或扫描等复制手 段保存，汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：君氏；莲民 导师签字： 、彳 签字吉期：如年a 6 月f 。日签字日期；，辞月勿日 学位论文作者毕业后去向； 工作单位：i ! 强垃褐 通讯地址；山孑名焉面静凄怨吞麝2 0 望 电话： 邮编：洳晔 擎 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成困研究 0 前言 本论文是在国家自然科学基金项目“黄河口水下斜坡硬壳形成与破坏” ( 基金号4 0 1 7 2 0 8 8 ) 和“生物活动导致黄河口沉积物固结非均匀化研究”( 基 金号4 0 4 7 2 1 3 7 ) 的资助下完成的。通过对现代黄河三角洲沉积物在自重和波浪 及潮波作用下的固结过程的研究，分析了现代黄河三角洲沉积物超固结特征， 探讨了现代黄河三角洲沉积物超固结状态成因。首先感谢我的导师提供了这一 论文选题和对研究工作的全面指导。 黄河三角洲水下沉积物在波浪作用下会发生破坏。形成塌陷、凹坑，粉砂 流冲构等一系列灾害地质现象，前人研究主要针对黄河三角洲的形成演化。形 貌特征，海洋动力条件，沉积物分布、土体工程特性等及利用动三轴试验和数 值模拟研究波浪导致的土体液化近年来许多研究者发现了黄河口表层快速沉 积土体关于固结特征的一系列特殊现象( 如土的触变特性，超固结特性、固结 非均匀现象) 。而对于黄河三角洲土体固结状态发生变化过程、超固结特征及 成因研究较少，。目前还缺乏正确的认识。 本课题将黄河口作为天然的实验室，在一个较小的尺度空间上。通过现场 实测和室内试验，通过黄河口快速沉积物固结过程，在波浪和潮波作用下固结 非均匀过程研究，揭示了现代黄河三角洲沉积物超固结状态形成过程，加深了 对黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因认识。 本文的部分研究工作已分别被岩石力学与工程学报、岩土力学收 录发表。由于黄河三角洲沉积物特殊的土工性质，在典型研究区得到的结论是 否适用于整个三角洲地区，还有待于验证再加上作者水平有限，文中的纰漏 与错误在所难免，恳请各位同行专家提出宝贵的意见。 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成困研究 l 研究意义、现状与内容 1 1 研究意义 由于黄河水文泥沙特性及河口区的海洋动力条件，使黄河三角洲沉积物 一。具有独特的形成演化过程二十世纪八十年代中期以来，围绕黄河三角洲，。国 内外的诸多学者进行了卓有成效的工作，取得了一批开创性的研究成果。在过 去的研究中，人们主要对黄河三角洲的形貌特征，海洋动力条件、土体工程特 性进行了相对独立的研究工作；丽对于黄河三角洲土体固结状态发生变化过程 和成因研究较少，目前对于该过程和成因还缺乏正确的认识。 随着黄河三角洲社会经济建设的高速发展，沿岸和近岸浅水工程建设日益 增多，如海岸带开发、港口建设、防波堤的修筑、钻井平台及井场建设。公路 建设等越来越多的遇到结构物地基稳定性问题。在三角洲潮滩上沉积物承受海 水周期性淹没，遭受波浪和潮波的强烈侵蚀和改造，波浪和潮波将力直接作用 于潮滩的土体上。不但使海床表层的沉积物的应力场，位移场、孔隙水压力发 生改变，从而改变沉积物的固结状态，而且使潮滩表面发育一系列的侵蚀地 貌。研究潮滩沉积物的超固结特征和成因，不仅给土体动力响应模拟提供数据 支持，而且能够使我们更加认识黄河三角洲土体的固结特殊性，给工程建设提 供合理的指导，并且对于黄河三角洲水下斜坡的稳定研究意义重大。 本文针对黄河三角洲快速沉积物在自重和波浪、潮波作用下的响应及固结 过程进行了现场实测，配合室内固结过程观测实验，发现了土体超固结状态的 形成过程，揭示了土体超固结现象及固结非均匀的机理，加深了对黄河三角洲 土体固结特殊性的认识，丰富了波土相互作用的研究内容，为理论的发展、数 值模拟结果提供验证，为工程建设提供合理的指导，并且对于黄河三角洲水下 斜坡的稳定研究意义重大 1 2 研究现状 -，l 1 2 1 土体固结理论的发展评述 固结理论一直是土力学的重要课题之一早在1 9 2 5 年，t e f z a g i l i 就在其著 作中提出了著名的有效应力原理，。并据此建立了一维固结理论n 】，成为土力学 2 现代黄河兰角洲沉积物超固结特征及其成因研究 发展史上的一个重要里程碑在t n - z a g l l i 一维固结理论中除了假定土是均质的 和小变形外，还做了如下假定：土是完全饱和的；土颗粒和土中水是不可压缩 的；土的压缩和孔隙水排出只发生于一个方向；土中水的流动服从d a r c y 定 律；固结过程中渗透系数和压缩系数都是常数；以及土的孔隙比与有效应力的 关系不随时间变化，亦即线弹性假定等。 t e r z a g h i 固结理论的推出，极大地促进了土力学理论的发展。后来， r e n d u s c ( 1 9 3 6 ) 将t e r z a g h i 的维固结理论推广到二维、三维情况，得出 t e r z a s h i - r e n d u l i c 扩散方程【2 】o b i o t ( 1 9 4 1 ) 根据有效应力原理、土的连续条件和平衡方程，提出了b i o t 固结理论翻。b i o t 固结理论与t e r z a g h i r e n d u l i c 固结理论的主要区别在于m ： 前者考虑了固结过程中土体平均总应力随时间的变化，而后者则假定在固结过 程中土体平均总应力保持不变。由于t e r z a g h i - r e n d u l i e 固结理论采用了孔隙水 压力变化与土骨架变形无关的假设，使其求解利计算大为简化，故在实际工程 巾得到了广泛应用，b l o t 固结理论显然比t e r z a g h i - r e n d u l i c 固结理论合理。然 而，由于数学上的困难，。即使采用级数和积分变换等手段也只能对少数简单的 边值问题求出解析解或半解析解，于是，b i o t 固结理论提出后的近3 0 年里一直 被束之高阁嘲。 随着计算技术的发展，固结理论才重现出主命力。固结理论的数值分析方 法主要有以下几种；差分方法、有限单元法、边界元法。加权残值法。半解析 方法、有限层法等。 1 2 2 关于土体超固结成因评述 在漫长的地质年代中，天然沉积土层经过沉积、冲刷、侵蚀、冰川等复杂 的地质作用以及风化、胶结等一系列物理、化学风化作用，形成目前天然土层 不同固结状态如果将士层在历史上曾受到的最大有效压力( 先期固结压力) 以和目前上覆土层的自重压力肌进行比较，可以把土层分为下列3 种不同的固 结状态：p , = p o i e 常固结土，土层在自重压力作用下固结完成；以 p o 超 压密土，土层在历史上曾经受过比目前上覆土层的自重压力还大的压力； 以 1 3 ，严重超固结土孔压 在应变很小时为正值，随应变增大，出现负值，a ， o ，中等固结土介予两者 之间，姚海林通过对重塑高岭土实验发现当o c r 大致等于4 时，a ，= o 【惦7 l 。 正常固结土c ，= o ，强度包线为直线，而超固结土0 ，。强度包线为折线 型；正常固结土有效应力路径弯向总应力路径的左侧，在破坏点处往往形成s 弯曲，超固结土有效应力路径开始弯向总应力路径的左侧，之后弯向右侧m 正常固结士的天然含水量接近土体的液限w l ，超固结土的天然含水量接近 土体的塑限w kc 一 o 3 和e = o 0 9 ( w l - 1 0 ) 可作为判别正常固结土的标 4 士f 7 l j 一 1 0 现代黄 可兰角洲沉积物超固结特征及其成因研究 ( 3 ) 原位试验法 运用图解法等方法确定土体的固结状态，先期固结压力依赖于室内土工试 验，土样的采取难免出现扰动以及土体原始应力的释放，所得结果并不能真正 代表土层实际状况。从原位测试角度研究土体固结状态将更能反映土体实际。 原位测试法是基于正常固结与超固结土原位测试数据的相关性建立起来 的一种方法，该法受扰动相对较小，能够避免取样、运输，室内土工实验对土 样的扰动，人为因素影响较小，不受坐标尺度效应的影响，不仅能够定性看出 土体的固结状态，而且能够定量求出土体的先期固结压力。该方法使用于软粘 土。结构性、砂土、粉土等不易取样和取样易受扰动的土体。 运用静力触探判别土体的固结状态 简文彬等( 2 0 0 5 ) t 3 3 i 应用静力触探测试技术进行软土固结状态判别。发现正 常固结软土其锥尖阻力与深度曲线的拟合直线延长线与坐标原点近似相交，超 固结软土则与横轴( 正轴) 有一截距，欠固结软土则与横轴( 负轴) 有一截距，根 据截距大小可进一步判别软土固结程度。该法对定性判断土体的固结状态简便 有效，但只适用于无覆盖层均质土层。 王卓琦等( 2 0 0 3 ) 3 4 磕过对粘性土的先期固结压力( p c ，及c p t 贯入图的分 析，得出正常固结上及轻度超固结土的尼值与锥尖阻( 儡) 之间的关系。 运用十字板试验判别土体的固结状态 商文军等( 2 0 0 3 ) ) f 3 5 1 利用十字板测得士体不排水抗剪强度。应用( 卜4 ) 和 ( 1 - 5 ) 式原理求解了软土的先期固结压力，评价了土体的应力历史，应属于经验 公式法。 ( 4 ) 结构性土体固结状态的确定 对于原状结构性土用这些方法所得出的结果。不能简单直接称之为此原状 结构性土的先期固结压力，而应称之为结构屈服压力或似超固结压力p 。，超固 结比应称之为结构应力比或似超固结比嘲结构屈服压力p 。是先期固结压力 以与结构强度见之和，而结构强度是由于土沉积过程中的物理化学因素使颗粒 相互接触处产生的固化联结键而形成的，从广义上讲，土都具有结构性，从微 观上讲。土的结构性是指土体颗粒和孔隙的性状和排列形式及其颗粒问的相互 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因研究 作用。齐吉琳、谢定义等认为土的微结构主要由结构单元特征、颗粒的排列特 征、孔隙性和结构连结4 个方面特征来描述；从宏观上讲，土的结构性是指土 结构的力学效应，即受力时土的结构与其力学行为的相互影响 3 6 1 王国欣等( 2 0 0 3 ) 【3 7 1 用重塑土样代替扰动士样，通过重塑士样压缩再回弹曲 线建立了消除结构性后还原压缩曲线，通过作图得到土体的先期固结压力，运 用原状土体的压缩曲线运用c a s a g r a n d e 法得到土体的结构屈服强度或似超固结 压力，两者差值来定义土体的结构强度及表征土体的结构强弱。 龚晓南等( 2 0 0 0 ) 【弼i 通过对软黏土结构性研究，定义了土体结构性强弱因子 ( p , 。8 ) 当，只= l 称为弱结构性粘土：l l 称为强结构性粘土这里为结构屈服应力。以为先期固 结压力，l 为一定值，可通过大量试验统计分析得出。从图1 - 4 可以看出结构屈 服应力对结构性粘土的影响区域。 一 图卜4 结构性粘士的影响区域( 龚晓南等。2 0 0 0 3 8 】) h g 1 - 4i n f l u e n t i a l 部o f s u u c m m lc l a y 1 2 4 黄河三角洲沉积物固结研究评述 黄河以特高的泥沙含量闻名与世，巨量的泥沙进入弱潮陆相河口，其中 8 0 泥沙快速沉积在河口三角洲一带，河d - - 角洲不断向海推进。由于河口地 形平坦，同时受至q 海浪和往复潮流的阻挡，大部分泥沙沉淤在口门及其附近， 形成拦门砂和极缓的水下斜坡及两侧烂泥区不同亚三角洲的沙坝、烂泥区相 互叠加，地层及其工程地质性质、稳定性都十分复杂1 3 9 , 4 0 1 现代黄河三角洲沉积物超固结特征及其成园研究 黄河口沉积物主要由物理力学性质非常特殊的粉质土组成。过去学者们对 于粉质土的研究主要集中在对其动力特性和液化研究方面【4 1 1 ；在土体固结方面 主要集中在软土研究上【4 撕1 ，由于软土具有流变性、高压缩性和结构性等特 征，研究成果对于黄河口粉质土并不适合。 p r i o r 等( 1 9 8 9 ) 4 6 1 在黄河三角洲水下斜坡上，用测斜仪、加速度仪、压力 传感器等设备，观测了在暴风浪作用下的海底滑坡的复活现象，指出；滑坡复 活发生在快速沉积的、富含粉砂流的沉积物所形成的海底斜坡中，滑坡的复活 不仅是液化的结果，与土体的触变及恢复程度、波浪作用强度等有很大关系。 尹明泉等( 1 9 9 3 ) 4 7 1 研究了黄河三角洲软土的物理力学特性及若干物理力 学指标的经验关系。发现：该土呈欠固结状态，在荷载作用下，沉降量很大， 压缩过程很长 冯秀丽等( 1 9 9 4 a , 1 9 9 4 b ) 琊螂研究了现代黄河口沉积环境和沉积物工程性 质的关系，指出：沉积物特征与形成时的水动力条件密切相关，在河口沙嘴、 沙坝处的沉积物较粗，：性质较好二烂泥区的沉积物较细，性质较差。沉积物性 质还随环境变化而变化，即潮汐，波浪的作用可使沉积物逐渐粗化，变密，从 而使其含水量降低，压缩性变低。强度提高。在黄河水下三角洲上不同时期形 成的其它叶瓣的沉积物类型及其分布与现行河1 2 1 - - - 角洲叶瓣相似，只是同一成 因的地貌单元的沉积物要比现行河口的粗。，如烂泥湾中半悬浮的物质，在没有 新的物质来源补充的情况下，长期遭受波浪和潮流的作用，细粒物质被潮流带 往其它地方。较粗的物质在原地沉积下来，逐渐在原来的软泥上形成一层较粗 的硬壳- 。 吴建政等( 1 9 9 6 ) f 5 0 1 研究了山东全新世滨海软土分布特征，指出；黄河三 角洲区为粉土一软土地层结构。粉土层强度较高、具触变性、软土强度低，沉 降量过大等工程地质灾害。 冯秀丽等( 1 9 9 9 ) 5 1 1 研究了黄河三角洲沉积物的工程特征与沉积环境的关 系。1 9 6 4 1 9 7 6 年间经钓口流路入海时形成的黄河水下三角洲，黄河改道以 来，在波浪与海流的作用下使表面沉积物物源比较单一j 发现表层局部沉积 物被波浪等动力作用改造为均匀的，构成以粉土为主的格局“铁板砂”- ，常瑞芳等( 2 0 0 0 ) 嘲根据1 9 8 8 - - 1 9 9 6 年埕北浅海区的海底