細粒土剪切界面摩擦力實驗研究.pdf

1、泥沙運動可能造成河道和水庫的累積淤積，給水利水電工程建設(shè)帶來了許多問題，同時河口海岸的泥沙問題還涉及海港和航道淤積、海岸防護、樁基的穩(wěn)定性、海底電纜的完整性、景觀沙的流失以及海岸線規(guī)劃、整治等問題，因此泥沙運動規(guī)律的研究具有重要意義。
　　泥沙起動是泥沙動力學(xué)研究的基礎(chǔ)課題，也是認(rèn)識泥沙運動的關(guān)鍵。目前建立的泥沙起動公式可歸結(jié)為三種基本類型，即分別為起動流速、起動功率、起動切應(yīng)力公式。但許多公式都只是從單個泥沙顆粒的起動出發(fā)，且在

2、推導(dǎo)過程中為使問題簡單化，通常用一些假設(shè)條件，其中至少包括兩個以上的特征系數(shù)，這些系數(shù)又大多是根據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)果推算得來的，因此這些公式都具有半理論、半經(jīng)驗的性質(zhì)，在實際使用中不容易根據(jù)實際情況確定,對于泥沙以層移形式運動情況下的起動與停積問題，前述方法還沒有給出解決方法，因此有必要設(shè)計一種可以直接研究層移質(zhì)泥沙起動與停積問題的實驗方法，使得泥沙起動問題的研究更為方便。
　　本文針對泥沙的層移質(zhì)運動問題設(shè)計了土體剪切界面摩擦力測定裝

3、置，該裝置分為上下兩個剪切盒，可以盛裝不同的土體來模擬海床的不同土層，同時克服了直剪儀中沿固定剪切面破壞的不足，上剪切盒沒有被固定，土體可以沿著自由面破壞，可以用來模擬海底表層土體處于無約束狀態(tài)下的抗剪強度，能夠測得兩層土體之間的破壞剪切力和運動摩擦力，將破壞剪切力作為層移泥沙起動的判據(jù)，將運動摩擦力作為層移泥沙停積的判據(jù)，從而為不均質(zhì)層泥沙的成層起動和沉積問題的研究提供一種新的研究方法。
　　本文主要介紹了設(shè)計的土體剪切界面摩擦

4、力測定裝置，并將相同條件下該裝置的實驗數(shù)據(jù)與直剪儀的實驗數(shù)據(jù)做對比，分析土體沿固定剪切面破壞和沿自由面破壞下的抗剪強度的差異；應(yīng)用設(shè)計的界面剪切力測定裝置研究了粘粒含量對成層土體破壞剪切力和運動摩擦力的影響，并結(jié)合土體微觀結(jié)構(gòu)對實驗結(jié)果進行分析，結(jié)果表明土體破壞剪切力、運動摩擦力和土體的粘粒含量密切相關(guān)，但隨粘粒含量增加，土體的破壞剪切力和運動摩擦力并不是單純地呈單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系，而是在某個粘粒含量時取得極大值，并向兩側(cè)遞減；當(dāng)下

5、剪切盒內(nèi)土體的粘粒含量為15％、含水率為30%以及上剪切盒內(nèi)土體的粘粒含量為9%保持不變時，隨上剪切盒內(nèi)土體含水率的增加，成層土體的破壞剪切力和運動摩擦力隨含水率的增加而降低；對于相同的土體，剪切速率越大，得到的土體的破壞剪切力越大，而土體層間運動摩擦力相差不大。
　　同時，應(yīng)用測定的土體破壞剪切力和運動摩擦力結(jié)果，根據(jù)瓊森提出的海底床面切應(yīng)力公式，對一定海況下的泥沙起動和沉積情況進行了分析，為以后泥沙起動問題的研究提供了一種研究