[发明专利]波浪作用下沉积物孔压响应模拟方法

说明书

波浪作用下沉积物孔压响应模拟方法，包括一模拟装置，模拟试验的过程包括准备步骤、试验步骤；所述准备步骤，首先，根据模拟试验工况的要求，确定水动力参数和沉积物类型，然后完成沉积物样品的制备与铺设、设备安装和连接；所述水动力参数包括模拟的水深、波浪类型及波浪参数；其次，在仓体内预先装入水体，开启搅拌机构，在搅拌的同时将模拟试验用的沉积物样品倒入仓体内；向仓体内加入水并密封，然后让沉积物静止固结；所述试验步骤包括工况模拟和数据获取。本发明提高了水槽试验的准确度，减小因等比缩小引起的误差；将复杂的波浪运动过程简化为一定体积水量的变化来控制海床表面波压力的变化，大大减小了传统水槽的体积和成本。

技术领域

本发明涉及沉积物孔压测量方法，属于海洋地质工程领域，尤其涉及一种全尺寸的波浪作用下沉积物孔压响应模拟方法。

背景技术

海洋沉积物是指各种海洋沉积作用所形成的海底沉积物的总称，以海水为介质沉积在海底的物质，沉积产生原因包括物理的、化学的和生物的多种因素，这些沉积物的形成过程往往不是孤立地进行，大多都是综合作用产生的地质体。

海底沉积物在波浪反复运动的条件下可能会发生液化现象，沉积物液化会导致土体承载力大幅度减小、海上工程设施失稳，危害人员安全和造成财产损失，严重的甚至会引发地质或海洋灾害。

室内水槽试验是一种研究波浪作用下沉积物液化的重要方法，通过使用等比例缩小的水槽模拟，可以研究不同波浪条件下沉积物内部孔压响应过程，分析孔压变化特征和影响因素，进而研究和判断出沉积物的液化现象。室内水槽试验的结果对数值模型和数值计算有着检验和指导的作用，与原位监测相比也有着操作简单、可控性高、经济实惠等优点，是液化研究中不可或缺的一种重要手段。

沉积物和水在等比例缩小后对室内水槽试验的影响方面，由于水分子的特性按照一定比例缩小后，该缩小比例与水分子大小相比无太大影响，水动力条件可以较为准确地进行模拟。但沉积物的颗粒大小属于肉眼可分别的状态，缩小后存在一定的误差。由于上覆水体深度较小，存在水动力作用的影响深度限制，因此水槽中沉积物厚度均较小，无法反映更深层海底沉积物内部孔压变化情况。水槽试验不够准确则会影响一系列后续数值模型参数的选取及构建，给波浪作用下液化研究带来不良的影响。另外，现有的水槽试验均为开放状态下操作，能够模拟的水动力范围有限。

如中国专利(申请公布号CN105953971A)公开了一种“基于振动液化原理的滩浅海孔隙水压力原位观测系统”，包括液化振动装置、孔隙水压力观测系统以及用于布放和回收的辅助船。液化振动装置包括振动箱、活塞振动系统、护筒、防沉降圆盘和透水的柔性材料；孔隙水压力观测系统包括孔隙水压力观测探杆内部设有孔隙水压力采集舱、孔隙水压力传感器，顶部设有浮体并连接孔压布放缆；布放时通过辅助船将液化振动装置和孔隙水压力观测系统至海床面，通过液化振动装置使海床土体发生局部液化，完成孔隙水压力观测系统的布放；通过辅助船上的控制系统调节控制液化振动装置的振动频率，可实现不同海床条件下孔隙水压力观测系统的布放。该系统采用振动液化原理对孔隙水压力进行测量，属于原位测量系统，受现场条件和环境限制，其并不能实现多种海浪作用下的孔压响应模拟测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种全尺寸的波浪作用下沉积物孔压响应模拟方法，用于解决现有测量方法的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

波浪作用下沉积物孔压响应模拟方法，包括一模拟装置，所述模拟装置包括水槽试验仓、水泵系统；所述水槽试验仓包括仓体、搅拌机构和孔压监测机构，仓体为高度在4m以上的密封筒体，仓体内填充沉积物和水体，用于实现密封的波浪作用下1：1比例沉积物的内部孔压模拟响应；所述搅拌机构包括搅拌电机和搅拌机，搅拌机安装在仓体下部由搅拌电机驱动；所述水泵系统包括输送水泵、控制机构，所述输送水泵通过管道与仓体内部连通，控制机构通过控制输送水泵的进水、出水在仓体内模拟海床表面波压力的变化；所述孔压监测机构包括孔压探杆和多个孔压探头，孔压探杆竖向埋设在沉积物内，孔压探头间隔安装在孔压探杆上，用于获取模拟试验时沉积物内部孔压数据；