[发明专利]确定海床最大液化深度与黏土混配比例关系的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，具体涉及一种基于一维圆筒实验确定海床最大液化深度与黏土混配比例关系的方法和装置。

背景技术

在采用实验方法对波浪荷载下的海床响应问题进行研究时，水槽实验是最常用的实验设备，水槽实验的特点是长度和宽度尺寸较大，能较好模拟真实的波浪荷载传播过程并能真实反映出海床的液化区域，与实际情况接近。除水槽实验外，离心机实验是在上世纪90年代初为解决某些特定问题产生的，如小幅波浪的持续作用造成海床孔隙水压力累积继而导致海床失稳的问题。

采用水槽实验虽然都能测得海床的液化深度，但测试深度有限，而离心机实验主要针对长时间波浪荷载的作用过程。实际上海床的最大液化深度会随着海床土体中黏土含量的变化而发生变化，但目前针对海床最大液化深度变化的测试方法很少。

经对现有技术文献的检索发现，2006年韩涛在《中国港湾建设》(2006,No.02,pp.27-28)中发表的“波浪作用下砂质海床最大液化深度”一文中，推导了二维饱和无粘性海床的最大液化深度的计算公式。2012年黄光爵在《地震工程与工程震动》(2012,No.05,pp.146-151)中发表的“波浪作用下可液化海床最大液化深度”一文中，同时考虑了振荡孔隙水压力和残余孔隙水压力，推导出可液化海床最大液化深度的解析表达式。但是以上文献都没有明确指出用于测试海床最大液化深度的方法，因此提出一种可以快速测定最大液化深度随黏土混配比例的变化规律，并获取整个变化过程的数据进行全面测定的方法显得尤为重要。

发明内容

为了克服以上不足，本发明提供了一种确定海床最大液化深度与黏土混配比例关系的方法装置，该方法和装置可以快速测定混配土海床最大液化深度的变化规律，并获取整个变化过程的数据进行全面测定。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：确定海床最大液化深度与黏土混配比例关系的方法，包括步骤：

S1：获取混配土测试土样，通过计算纯黏土质量与混配土总质量的比值得到黏土混配比例(CC)；

S2：对海床土装样，装在主体圆筒内，根据主体圆筒的高度确定海床土样的高度，装样过程中控制海床土样的均匀度和相对密度满足预定要求，并对制出的土样放置一段时间进行浸水饱和处理；

S3：对土样施加周期性波浪荷载，并记录实验过程中海床土样的孔隙水压力值；

S4：处理记录的实验数据，计算各种黏土混配比例下土体中的有效应力，确定海床最大液化深度；

S5：确定海床最大液化深度与黏土混配比例的关系，绘制关系曲线，最终得到两者的数学关系。

优选的，所述步骤S1中获取混配土测试土样的步骤是：

S11：将风干的纯黏土放置在搅拌机的料筒中，然后慢慢将脱气水加入到料筒中并启动搅拌机，以低转速将风干的纯黏土和脱气水均匀混合，当黏土大致达到液限状态时，即停止施加脱气水；

S12：保持搅拌机继续低速运转，将风干的细砂逐步加入到料筒中，待所有细砂全部加入到料筒中后，提高搅拌机转速并连续搅拌一定时间，使细砂和黏土均匀的混合起来；

S13：计算黏土混配比例：在混配土实验中用黏土质量分数CC(％)来表示混配比，并利用公式CC＝W_c/W_m计算黏土混配比，其中W_c表示黏土质量，W_m表示混配土的总质量。

优选的，所述步骤S2中，装样过程中控制海床土样的相对密度的原则为：对于一定的体积来说，按照设定的相对密度反推出在一定体积内需要施加的海床土样质量。

进一步的，所述步骤S2中，为了使装样过程均匀，主体圆筒分为若干段，加样过程也分为若干次；每一次加样时首先将一层铁丝网放置在当前主体圆筒上，然后将一定质量的土样透过铁丝网加入到主体圆筒中，加样完成后移除铁丝网，然后将另一段主体圆筒叠加到当前的主体圆筒上；重复上述加样步骤，直到整个加样过程完成。

优选的，所述步骤S3中，在波浪荷载控制中心设置波浪循环次数Nc、波浪周期T和波浪高度H，然后利用气压转换装置将波浪压力控制中心传来的周期性气压转变为水压并施加在主体圆筒内。

优选的，所述步骤S4中，计算各种黏土混配比例下土体中的有效应力的公式为：σ′_z＝σ′₀-u_e，其中σ′₀为海床的总应力，u_e为海床内的超孔隙水压力；