铁精矿是《国际海运固体散装货物规则》中的A组货物,属于易流态货物。此类货物在海上运输过程中,当其含水量超过一定比例时,在船舶运动和机械振动等外部载荷影响下容易发生液化现象,如货舱内表层的货物会因此由固体颗粒状态过渡至流体状态。目前铁精矿液化机理的研究主要集中于荷载作用下铁精矿的孔隙水压力的累积,缺乏对货舱内铁精矿实际状态的考虑以及对孔隙水压力累积过程中的水分迁移现象的研究。为综合研究铁精矿在荷载作用下的液化和水分迁移问题,本文基于六自由度摇摆台进行了材料柱试验,考虑了铁精矿的饱和与不饱和状态以及样品底部的排水与不排水条件,采集了材料柱内顶层、中层与底层的铁精矿在荷载作用下的孔隙水压力和含水量数据。另外,试验进行了影响因素研究,考虑了加速度、频率和相对密度的影响,最后本文基于试验数据分析了铁精矿的孔隙水压力响应和水分迁移特征并建立了饱和铁精矿的排水量经验公式。为进一步研究实际货舱条件下货物顶部、中部以及底部区域的液化风险,本文分别采用了FINN和UBCSAND液化本构模型建立了数值模型。在与砂土振动台液化试验数据验证后,本文进行了全尺寸货舱货物数值模拟,考虑了不同船舶运动的影响,如船舶横荡运动、船舶垂荡运动以及船舶横摇运动,同时也考虑了各船舶运动下加速度、频率和相对密度的影响,采集了货物顶部、中部以及底部的孔隙水压力数据。最后本文基于模拟数据分析了原型货舱内饱和条件下的货物的顶部、中部以及底部的孔隙水压力响应并进行了FINN模型和UBCSAND模型在目前问题上的对比分析。试验研究发现,不排水条件下,铁精矿内部的孔隙水压力在荷载前期会有较大幅度的上升,之后过高的孔隙水压力值会产生消散现象,最终孔隙水压力都会进入动态稳定阶段。在此期间中,铁精矿内部的水分主要发生向上的迁移。与此相反,排水条件下,铁精矿内部的孔隙水压力出现了急剧下降,孔隙内水分主要向下迁移。在加速度、频率和相对密度的影响研究中,加速度的增加,不仅会加剧不排水条件下孔隙水压力的累积和水分的向上迁移,也会加剧排水条件下底部的排水现象。频率只有增加至与整体产生共振的数值时,才会对孔隙水压力响应和水分迁移现象起显著促进作用。相对密度的增加,会削弱孔隙水压力的响应和水分迁移现象。模拟研究发现,相比于船舶垂荡与横荡运动,货舱货物在船舶横摇运动时货物液化风险最高。另外,货舱货物的顶部区域是相较于货物中部与底部区域最容易发生液化的区域。在加速度、频率和相对密度的影响研究中,当运动加速度增加时,货舱货物液化的可能性增大。相对密度越高的货舱货物,其液化的可能性越低。频率则是存在影响货舱货物液化的临界点。在液化本构模型对比中,FINN和UBCSAND模型都能很好的模拟荷载作用下货物的液化现象,其中,UBCSAND的模拟更加精确但其应用并不便利。