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浅层气在海洋工程地质环境中广泛存在,在浅部往往以封闭气泡的形式存在于有机质淤泥中,形成含气泡软土。近些年来,由于人们对海底含气泡软土的各项性质认识不足,在进行海洋资源探测和开发过程中遭遇到一些工程事故。随着海洋工程的大力发展,为防治海底含气泡软土地质给工程造成的安全隐患,需要深入了解海底含气泡软土的力学特性,揭示其成灾机理,为海洋工程的建设及资源开发提供依据。 由于海底原状的含气泡软土的取样非常困难,其主要原因是气体在受到扰动时易于逸散、脱溶,导致土体原生结构破损。本文主要研究室内模拟制备含气泡软土样的方法,从微观角度评价土样中气泡的大小及分布的均匀性,并对模拟制备的含气泡软土样进行初步力学特性分析,其主要研究内容及结论如下: (1)含气泡软土样的制备。 将饱和CH4的沸石粉末掺入土中再加水置换CH4气体的方法模拟制备含气泡软土样。根据固结实验过程中土样的体积、孔隙比及含水率的变化能计算出土样中的初始含气量,得到沸石掺量与土样中的初始含气量呈线性关系,为后续大量的模拟制备含气泡软土样提供依据。 (2)含气泡软土样的样品均匀性评价。 将用以上方法模拟制备出的含气泡软土样放入自制的圆柱形有机玻璃管中,然后进行CT扫描,利用VG studio软件处理扫描获得的CT图像,得到含气泡软土中气泡的微观分布特征和气泡的尺寸分布规律。根据气泡的半径及坐标评价气泡在土样中大小及分布的均匀性。 (3)开展含气泡软土的室内力学特性实验。 在饱和软土中掺入不同含量的不含CH4沸石粉末,再对其进行十字板和三轴剪切试验,发现其抗剪强度基本相等,可以认为模拟制备土样的过程中引入的纯沸石粉末对土样的性质基本没有影响。对不同含气量的含气泡软土样进行十字板剪切实验,发现含气泡软土的抗剪强度随着含气量的增加而降低;对含气泡软土进行固结抗剪强度试验,发现固结后含气泡软土的抗剪强度有所提高。