探索海洋粘土的奧秘：溫州大學(xué)學(xué)者利用GDS空心圓柱扭剪儀揭秘軟質(zhì)海洋粘土在波浪荷載下的變形與非共軸特性
發(fā)布時間：2025-04-27
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來源：歐美大地
在海洋巖土工程領(lǐng)域，軟質(zhì)海洋粘土在波浪荷載作用下的力學(xué)行為一直是研究的熱點和難點。近期，溫州大學(xué)科研團隊的一項最新研究成果為我們揭開了這一領(lǐng)域的神秘面紗。團隊利用GDS空心圓柱扭剪儀，對有限厚度海床中的軟質(zhì)海洋粘土在波浪荷載作用下的變形和非共軸特性進行了深入探究。
https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2025.120650
以下是對這項成果的簡要介紹：
軟質(zhì)海洋粘土廣泛分布于沿海地區(qū)，其高液限、高塑限和高壓縮性等特點使得在其上建造的近海基礎(chǔ)設(shè)施面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。波浪荷載會引發(fā)土體主應(yīng)力軸的旋轉(zhuǎn)，進而導(dǎo)致應(yīng)變積累、孔隙水壓上升和土體非共軸行為等一系列復(fù)雜力學(xué)現(xiàn)象。這些現(xiàn)象不僅影響土體的力學(xué)性能，還會對海上結(jié)構(gòu)物的地基安全性和穩(wěn)定性造成威脅。因此，準(zhǔn)確了解海洋粘土在波浪荷載下的力學(xué)特性，對于海上基礎(chǔ)工程的安全設(shè)計至關(guān)重要。
波浪荷載下土體的應(yīng)力狀態(tài)
圖片來源：論文截圖
本研究采用GDS空心圓柱扭剪儀，對飽和的軟質(zhì)海洋粘土試樣進行了一系列不排水試驗。試驗中重點關(guān)注了垂直應(yīng)力和扭矩應(yīng)力之間的初始相位差（φ）以及循環(huán)應(yīng)力振幅比（η）對試樣變形和非共軸特性的影響。通過精確控制應(yīng)力路徑，研究人員能夠模擬波浪荷載下土體復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，從而深入研究土體在主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)過程中的力學(xué)行為。
空心圓柱試樣的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)
圖片來源：論文截圖
試樣安裝過程
變形特性：研究發(fā)現(xiàn)，試樣的應(yīng)變分量隨初始相位差φ的增大而增大，軸向累積應(yīng)變在φ=90°時達到峰值。此外，循環(huán)應(yīng)力振幅比η對試樣變形也有顯著影響。當(dāng)η=1.0時，試樣變形最大，表明在總應(yīng)力保持不變的情況下，軸向應(yīng)力和扭矩應(yīng)力相互接近時，變形更加明顯。
非共軸特性：研究人員提出，要準(zhǔn)確評估土體的非共軸性，必須同時考慮非共軸角β和應(yīng)力方向與應(yīng)力增量之間的夾角γ。研究結(jié)果表明，初始相位差φ越小，試樣的非共軸性越大。隨著循環(huán)應(yīng)力振幅比η的增大，出現(xiàn)非共軸角β峰值的主應(yīng)力方向α也隨之增大。
這項最新研究成果不僅為理解軟質(zhì)海洋粘土在波浪荷載下的復(fù)雜力學(xué)行為提供了新的視角，還為近海巖土工程設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)。通過深入研究初始相位差和循環(huán)應(yīng)力振幅比對土體變形和非共軸特性的影響，研究人員能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測土體在實際工程中的力學(xué)響應(yīng)，從而為海上基礎(chǔ)設(shè)施的安全建設(shè)和長期穩(wěn)定運行提供有力保障。
上文為轉(zhuǎn)譯版本，建議結(jié)合英文原文進行對照，以確保對內(nèi)容的準(zhǔn)確理解和引用。論文版權(quán)歸原作者或出處所有， 本文僅為成果分享和學(xué)術(shù)交流。
