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1、黃河入海泥沙固結(jié)過程研究摘要黃河以其攜帶的巨量泥沙而著稱，從1950--2005年黃河平均年輸沙率0．8Gt／y，其中70—80％以上的入海沉積物在距河13海岸30km以內(nèi)的三角洲近岸區(qū)域沉積，形成面積廣大的三角洲區(qū)域。黃河三角洲地區(qū)沉積物快速堆積后，在水動(dòng)力和自重應(yīng)力作用下，沉積物的固結(jié)過程如何，目前的研究尚不清楚。本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金“黃河口沉積物固結(jié)后再懸浮及輸運(yùn)過程研究(40876042)”資助下開展此項(xiàng)研究工作。本文在黃河口選擇典型研究區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)沉積物在海洋動(dòng)力作用下的固結(jié)過程；進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)，分析黃河入海泥沙的固
2、結(jié)過程以及固結(jié)特征；進(jìn)一步探討了沉積物固結(jié)與海洋動(dòng)力因素和化學(xué)成分的關(guān)系。本論文得出研究結(jié)論如下：(一)關(guān)于黃河三角洲沉積物的固結(jié)特征黃河三角洲沉積物工程地質(zhì)性質(zhì)受海洋沉積環(huán)境、沉積物類型的制約，在空間上有很大的變異性，水平向，沿垂直海岸線方向，土體呈現(xiàn)強(qiáng)度的強(qiáng)弱交替現(xiàn)象；垂向上，硬殼層均有分布，共同點(diǎn)是都與下伏軟層發(fā)生突變；硬殼層粒度組成局部往往比較均勻，顆粒間多以顆粒骨架緊密接觸；硬殼層沉積物處于中低壓縮性、超固結(jié)狀態(tài)；黃河三角洲沉積物0—6m深度基本為超固結(jié)狀態(tài)，6—12m以正常固結(jié)狀態(tài)為主，12m以下深度為欠固結(jié)，這種固結(jié)趨
3、勢(shì)是由海洋動(dòng)力條件以及化學(xué)膠結(jié)等因素共同作用形成的。(二)基于樁106現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)得出的入海泥沙固結(jié)規(guī)律黃河入海泥沙在自重作用下固結(jié)速度很快，固結(jié)完成后，土體的強(qiáng)度沿深度呈現(xiàn)非均勻增長(zhǎng)，呈現(xiàn)非均勻固結(jié)特征。在經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的海洋動(dòng)力作用后，土體的強(qiáng)度呈現(xiàn)增長(zhǎng)一降低一增長(zhǎng)的趨勢(shì)，土體靈敏度增高，結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)，超固結(jié)程度增強(qiáng)，沿深度非均勻性提高，由此可見波浪和潮波對(duì)于潮灘表層土體的次生改造作用顯著。在試坑土體回填初期，由于試坑土體經(jīng)歷的水動(dòng)力作用沒有原狀黃河入海泥沙固結(jié)過程研究土體時(shí)間長(zhǎng)，其前期強(qiáng)度比原狀土體小，非均勻性明顯小于原狀土體，說
4、明水動(dòng)力作用的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)于潮灘表層土體非均勻性影響極大。但是由于試坑土體是經(jīng)由海床土晾干加海水混合而成，其中的鹽份較高，后期強(qiáng)度逐漸增大，并接近原狀土體，說明沉積物的成分及介質(zhì)是導(dǎo)致沉積物強(qiáng)度非均勻性的重要因素。(三)基于樁19現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得出的水動(dòng)力要素在入海泥沙固結(jié)過程中的作用水動(dòng)力作用在沉積物主固結(jié)階段，加快了沉積物的固結(jié)速率使沉積物在短時(shí)間內(nèi)具有了一定的強(qiáng)度，其對(duì)沉積物強(qiáng)度的改變最大是自重固結(jié)作用的2倍，并且使沉積物出現(xiàn)非均勻分布現(xiàn)象，導(dǎo)致了硬層的出現(xiàn)，而在沉積物固結(jié)后期，水動(dòng)力作用則降低了沉積物的固結(jié)速率，在沉積物強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)
5、的過程中導(dǎo)致了非均勻化現(xiàn)象的加劇。(四)基于室內(nèi)試驗(yàn)得出的化學(xué)膠結(jié)在固結(jié)過程中的作用室內(nèi)固結(jié)實(shí)驗(yàn)表明土體能夠在較快時(shí)間內(nèi)形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，之后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有緩慢增加的趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成與凝聚粘粒的接觸連接和較強(qiáng)水膠連接、鹽晶連接的形成有關(guān)。自重固結(jié)過程中，在沉積物主固結(jié)階段，化學(xué)成分的存在削弱了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)展，此后逐漸形成膠結(jié)，結(jié)果導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，由化學(xué)膠結(jié)作用形成的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最大可達(dá)到總強(qiáng)度的15％左右。本論文創(chuàng)新點(diǎn)：(1)以實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)為支撐，發(fā)現(xiàn)黃河三角洲沉積物沿向海方向出現(xiàn)強(qiáng)弱交替現(xiàn)象；深度方向0—6m沉積物呈現(xiàn)超固結(jié)狀態(tài)，6m
6、一12m深度為正常固結(jié)狀態(tài)，12m深度以下呈現(xiàn)欠固結(jié)狀態(tài)。(2)研究了黃河入海泥沙沉積固結(jié)的過程，通過大量現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)提出了泥沙固結(jié)完成的時(shí)間；(3)研究了海洋水動(dòng)力作用對(duì)海底沉積物強(qiáng)度變化的影響規(guī)律，提出了海底沉積物的強(qiáng)度沿深度呈現(xiàn)非均勻非線性增長(zhǎng)的特征；(4)。探討了海底沉積物的膠結(jié)方式，定量評(píng)價(jià)了鹽分引起的膠結(jié)作用對(duì)黃河入海泥沙結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。關(guān)鍵詞：黃河入海泥沙；沉積固結(jié)過程；硬殼層；影響因素；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試2黃河入海泥沙固結(jié)過程研究STUDYoNTHECoNSoLIDATIoNPRoCESSoFTHESEDIMENTINYELL
7、oWRIVER，CHINAABSTRACTTheYellowRiver，whichiSwellknownforitsmassivesediment,hadthemeanannualsedimentdischargerateof0．8Gt
8、Yfrom1950to2005，andabout70％一80％ofthesedimentintotheseadeposAedat30knaawayfromthecoastalregionofthedelta,asaresult，alargedeltawasformed．Thesedimentrapi
9、dlydepositedintheYellowRiverDelta。undertheoutsideloadaction，theconsolidationprocessofthesedimentwasstillunclear．111is
