人工岛回填砂土土动力特性试验的研究.pdfVIP

2011年11月第31卷专辑 四川地质学报 V01．31 Suppl．Nov．，2011 人工岛回填砂土土动力特性试验研究 李成刚1，l-Ill婷2，王世澎3 (1．四川省水利水电勘测设计研究院勘察分院，成都611731；2．中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公 司，北京100120；3．中国石油集团工程技术研究院，天津塘洁，300451) 摘要：人工岛是滩海油田建设开发的主要方式，在建设过程中需要将岛芯部分利用中粗沙进行替换回填， 这就涉及到回填砂土的土动力特性，本文利用室内动三轴试验进行人工岛回填砂土的土动力学特性研究，通过 研究回填砂土的密实度，围压以及振动频率对砂土抗液化强度的影响。为人工岛建设提供设计依据。 关键词：人工岛；回填砂土；土动力特性 1 前言 人工岛是在近岸浅海水域中人工建造的陆地，通过栈桥或海底隧道与岸相连。水深在0-10m之内，采用 人工岛来开发滩海油田是经济有效的方法。通过国内外人工岛使用调查发现，人工岛用于滩浅海油田开发。 可以变海上采油作业为陆地作业，较少受海浪、海冰的袭击．和破坏，能够降低了作业风险，建立了安全保障， 后勤支持条1牛--要求不高，便于各T序间的衔接，特别是后期各阶段作业，有利于环境保护。 在人工井的建设过程中，钻井采油装备基本上由陆上采油装置移植过来，在钻机振动荷载作用下， 砂质土体的液化问题一直是重要的技术难题。在实际工程应用中，一般采用回填中粗砂来替换建设过程 中吹填的岛芯土体，尤其是水面以下位置。 液化是指饱和砂土(含粉土．泛指无粘性土和少粘性土)在动力荷载(循环震动)作用下表现出类 似液体性状而完全失去承载力的现象。瞬时振动变形使得孔隙中的水来不及排出砂体之外，使砂体中空 隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低，当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零 时，砂粒就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力。 本文针对某滩海油田建设的人工岛的回填砂土，利用室内试验的方法，研究其土力学特性，分析砂 土的抗液化特性以及密实度、围压与振动频率等因素的影响，为以后人工岛设计与建设提供依据。 人工岛的结构是由闱堰(岛壁)和岛芯组成，四周围堰采用抛石斜波堤结构和桩基抛石斜波堤混合结 构。堤身分两期填筑，第 一层回填中粗砂至水面上 1．Om处，第二层回填土至 堤心石顶，相应的外侧人 工护面块体、内侧混合倒 滤层也分两期安装和铺 设。 2试验方案 为了研究回填砂土的 图1人工岛断面简图 土动力学特性，分析回填密度，荷载振动频率以及围压对土体强度的影响，利用室内动三轴模型试验进 行研究分析。由于回填砂料的动力变形特性及抗液化强度受试验控制干密度、振前初始应力状态(围压 03的大小及静力同结比Kc)、同结程度、土的结构、循环应力的类型及幅值、振动频率及循环次数等多 种因素的影响，为了提高试验的精度和可靠性，室内动三轴试验应尽可能的模拟现场实际条件。 为了进行回填砂料场地动力分析，场地可近似看成为水平成层地基，地层内任一点处震前初始应力 近似的可按其自重应力加其上覆荷载来考虑。由于回填砂层位于地层表面，埋深较浅，因此试验中的回 作者简介：李成刚(1976一)。男，工程师，从事水利水电勘察工作 28 人T岛回填砂土土动力特性试验研究 件下的动力试验。 大多数的研究者认为，地震时饱和砂土发生液化，主要是由于地基往复运动产生周期性循环剪应力， 在不排水条件下产生超孔隙水压力，导致土体内的有效应力降低，甚至为零，从而发生液化。液化大多 数发生在疏松的均匀粉细砂或粉土中。饱和砂土振动液化这种现象，在地震时可能大规模的发生，液化 所造成的危害是很大的，这方面团内外的例子很多。 因此在室内动i轴试验中，对于动力条件的模拟，目前通常的做法是将地震随机变化的波形简化为 的幅值剪应力为f=O．65rm。，(f…为最大地震剪应力)。 表1地震震级与等效振次关系 1)回填砂土密实度Dr=60％与70％，振动频率为1．0Hz， 固结比Kc=I．0，周闱压力为仉=100、200、300k