波浪作用下海床孔压累积过程离散元数值模拟

海床土层在波浪的循环荷载作用下会逐渐累积孔压,降低土层的稳定性,并威胁海上工程。为了研究孔隙水压力的累积机制,本文提出离散元孔隙密度流方法,并改进研发离散元分析软件MatDEM,实现了海床沉积物孔压的累积过程模拟。基于现场试验装置及土体力学参数建立离散元模型,通过对比试验和数值模拟结果发现:对海床沉积物施加波浪荷载后,表层土体中产生较高孔压,并逐渐向深层传递;在循环波浪荷载作用下,土颗粒间孔压累积范围逐渐增加;当孔压累积时间足够长时,土层中孔压收敛于所施加最大荷载与最小荷载的平均值,此时若孔压达到初始有效应力,土体将发生液化,内部土颗粒成为再悬浮沉积物;在周期性波浪荷载作用下,土颗粒液化悬浮后发生移动,浅层颗粒位移量大,土体整体表现为圆弧形移动。     

波浪作用下黄河口粉土液化与振荡层形成试验研究

通过室内水槽试验,观察波浪作用下土体产生的现象,分析了土体内孔隙水压力的变化及波浪作用后土体粒度组成变化特征,研究了波浪荷载作用下黄河口粉土液化和"振荡层"的形成过程。试验及讨论结果表明:在波浪作用下,上层粉土体大部分时间处于液化状态;由液化土形成的振荡土层与下部土层之间形成"W"形的滑动面,振荡土层的厚度随着波浪作用时间的增加而变小;在波浪的振动和孔隙流体的共同作用下,土颗粒重新排列,细粒物质向上迁移,土体底部土颗粒粒径较为粗大,振荡层范围内土颗粒粒径组成相似,粒径分布范围较小;其内部孔压比随深度和波浪作用次数的增加而较少,土体内部积累的超孔压逐渐消散,海床土体逐渐趋于稳定。     

波浪作用下黄河口粉土海床粗化室内模型试验研究

利用室内水槽模型实验,对黄河口粉质海床土在波浪荷载下的粗化现象进行了研究,试验中观测了土体表层沉积物的变化,测量了土体内孔隙水压力及土的粒径变化,结合高密度电阻率法探测结果分析探讨了波浪作用下土体粗化机理.研究表明,波浪作用会使粉质海床土发生明显的粗化现象;土体液化是波浪导致粉土粗化的首要条件;土体内超孔隙水压力累积及消散是细颗粒物质迁移的主要动力.该结果对于研究黄河口粉土海床地貌的形成有一定参考意义.     

循环水压作用下粉土渗流试验研究

海底塌陷凹坑是黄河三角洲地区常见的一种地貌现象,广泛分布于近代沉积海床中。虽然目前海底塌陷凹坑形成机理尚未明确,但普遍认为其成因与波浪引起的海床渗流有关。为此,设计模拟波压力的实验装置,对粉土施加40kPa循环水压荷载,研究正常固结粉土在液化渗流条件下的侵蚀过程。试验过程中,粉土液化时产生2种不同的裂隙,即倾斜状的"干裂隙"和水平状的"水夹层";孔隙水从"水夹层"中渗出,把从土样侧壁冲刷下的物质运移至土样表面堆积,形成"泥火山"。试验表明,土体内气泡溢出对表层土的侵蚀具有强化作用;循环荷载产生的孔隙水压力梯度是粉土液化渗流动力,而渗流过程对土的粒径成分具有粗化作用;分析结果表明,波压力引起的海床渗流是长效的作用机制,不同于地震荷载引起的渗流侵蚀。这种侵蚀模式是海底塌陷凹坑形成的主要原因。     

不同海况和地质条件下海上风电桩基水平承载力研究

在海上风电单桩基础水平承载力的设计中,风荷载和波浪荷载是两个最主要的常规水平荷载,需要考虑在波浪荷载和风荷载的不同荷载组合下的桩土相互作用。利用有限元软件ABAQUS构建桩土相互作用模型,对桩基施加不同组合的环境荷载,研究桩土的相互作用。在固定环境荷载的情况下,将土体分层,研究不同土质条件下桩基水平承载力的差异。分析可得极端海况下桩身泥面位移约是正常海况下的5倍,且桩身水平位移主要由风荷载引起。桩周土体所受水平应力与桩体的摆动幅度相关,且桩基摆动对桩周土体水平变形的影响范围有限,以桩基为中心1.7倍桩径范围内土体所受影响显著。海床上层土体的强度对桩基水平承载力起关键性作用,上软下硬海床与纯软土海床相比水平承载力大约提高25%,而上硬下软海床与纯软土海床相比水平承载力约提高3倍。     

波浪荷载及土体特性对风电单桩基础水平变形影响规律

大直径单桩基础是海上风电应用广泛的一种基础形式,严格控制桩基泥面处的位移是保证基础稳定和风机安全运营的关键因素.通过数值方法建立了单桩—海床的三维模型,将可以描述海洋砂土超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中,桩基承受的波浪荷载通过Morison方程进行计算模拟.针对无波浪荷载、仅作用于海床的波浪荷载、同时作用于桩基和海床的波浪荷载三种情况,分析了海床土的动力响应以及桩基的水平位移之间的差异,探讨了海床土体参数对桩基水平变形的影响.研究结果表明海床土体液化会导致桩基水平变形增加,海床土渗透性、超固结性、结构性对桩基水平位移影响显著,研究成果可为海上风电单桩基础的设计与运维提供参考.     

随机波作用下海底管道振动对土体液化的影响

海底管道-土体-水体相互作用对土体和管道的稳定性具有重要影响，但波浪作用下海底管道对其周围土体性质的影响仍有待深入研究。通过一系列室内波浪水槽试验，研究了波浪荷载和管道振动作用下海床土体内部的超孔隙水压力响应。实验结果表明，管道的铺设会增大海底土体超孔隙水压力累积程度，当管道发生振动时，海床土体超孔隙水压力累积程度进一步增大，从而增加了土体液化势。此外，波高增加也会导致海床土体的超孔隙水压力累积程度增大。本文研究成果对管道-土体相互作用研究和海底管道维护具有指导意义。     

水平荷载下海上风机单桩基础桩土相互作用研究

海上风电作为一种清洁绿色的能源越来越受到人们的关注,海上风机会承受风、浪、流等水平荷载的作用,因此水平荷载下海上风机单桩基础桩土相互作用一直是人们研究的热点。本文对水平荷载作用下海上风机单桩基土相互作用进行研究,通过ABAQUS有限元数值分析软件建立桩土模型。结果显示:桩顶水平极限位移约为11.25cm,海床面以下1~5m范围为桩身弯矩和桩身mises应力较大的区段;随着桩顶水平位移的逐渐增大,桩身挠曲逐渐向深处发展,桩体位移零点位置逐渐向下;桩体的水平位移会对桩侧土体产生挤压作用,这种挤压作用会使土体塑性屈服区逐渐向下发展,土体水平位移呈半圆形放射状分布,浅层土体mises应力产生非对称分布。     

复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究

海洋工程中结构物除了受到自身重力作用外,往往还受到海风、海浪、海流等的作用,使得海床土体中的基础一般受到集中力、弯矩和扭矩的联合作用,这一受力状态称为结构物基础的复合加载模式。本文以复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理为研究对象,基于通用有限元分析软件Abaqus,采用数值计算方法,对海床土体的极限承载能力进行了详细的研究。结果表明,荷载分量大小与组合形式对海床失稳机理与极限承载能力具有较大影响,H-M荷载空间内破坏包络面具有非对称性。本文给出的土体失稳模式,能够较为合理地评估复合加载模式下海床土体的变形规律;给出的土体极限力矩荷载判别准则,能够较为合理地计算海床土体的极限力矩荷载。     

水平循环荷载下海上风电楔形单桩土体变形研究

海上风电工程主要受到风、波浪及洋流等产生的水平循环荷载作用,本文研究楔形单桩基础在水平循环荷载作用下的变形规律,并探讨不同循环荷载对变形规律产生的影响,以确保风电设施正常运行。通过数值模拟建立海上风电单桩-海床模型,考虑土体超孔隙水压力的演变规律及土体致密规律,土体采用UBC3D-PLM本构模型。本文重点讨论并分析在不同水平循环荷载作用下楔形单桩基础与等截面单桩基础的桩周土体位移、塑性应变及桩基累计转角位移之间的差异。研究结果表明：楔形结构会降低桩周土体位移及塑性应变,使得楔形单桩基础旋转中心位置更低,产生倾覆的可能更小,当循环荷载比为0.7时,累计转角位移能减少41.86%;循环荷载越大,楔形单桩基础水平受荷特性越好,累计位移减少量的增长率越高。研究成果可为今后海上风电基础的选择与设计提供参考。     

太平洋西部3个岩芯沉积物的粒度组成及其天然湿容重和含水量的变化

本文讨论了太平洋西部3个岩芯孔的粒度组成、天然湿容重和含水量的变化。沉积物组成以粉砂和粘土细粒为主,砂粒含量很少,而且多为有孔虫介壳。容重与沉积物粒度呈正相关,含水量则呈负相关。当粒度组成不变时,容重随岩芯埋藏深度的增加而增大,而含水量则减少。     

Sulfate reduction and sulfur fixation in sediment of a historically meromictic lake,Lake Suigetsu,Japan

Vertical distributions of sulfate, hydrogen sulfide, and iron (II) concentrations in interstitial waters and of sulfur content in sediment have been studied in a sediment core (73 cm long) from a meromictic lake, Lake Suigetsu, which changed from fresh-water to brackish conditions in 1664 A.D. The diatom assemblage of the sediment has also been analyzed. A boundary between high (>1.5%) and low (<0.2%) sulfur contents is found at a depth of 52 cm in the core. In the high sulfur layer (above 52 cm), the maximum sulfur content is 6.8% at 35 to 37 cm. The diatom assemblage, however, indicates that the boundary between fresh-water and brackish sediments lies at 40 cm. The hydrogen sulfide and iron (II) profiles in the interstitial waters indicate a sink for these chemical species near a depth of 40 cm. The discrepancy between the chemically-defined boundary at 52 cm and the paleontologically-defined boundary at 40 cm seems to be due to the downward migration of hydrogen sulfide and deposition of iron sulfide after the lake became brackish.     

福建宁德半岛沿岸泥沙运动和沉积速率研究

利用风要素计算福建宁德半岛沿岸输沙率.半岛南侧各岸段的净输沙率较小,岸滩基本处于冲淤动态平衡状态.半岛东北侧年净输沙率小于西南侧,半岛东北侧每年约有13万m~3量级的沿岸泥沙输往晴川湾顶,西南侧每年约有26万m~3量级的沿岸泥沙输往文渡湾顶.半岛及其附近海底表层和柱状沉积物粒度以及~(210)Pb沉积速率测定结果可知:海底表层沉积物单一,以细颗粒的粘土质粉砂为主,沉积速率在0.33～2.0cm/a之间,比类似海湾沉积速率较大,说明半岛沿岸和海底沉积速率分布不均.     

山东邻海长周期分潮对深度基准面的影响分析

利用潮汐模型NAO.99Jb和FES2014确定了山东邻海的深度基准面模型并对其精度进行了评估,结果表明,NAO.99Jb模型确定的深度基准值L10的中误差为23.28 cm,FES2014模型确定的深度基准值L13的中误差为34.37 cm,长周期分潮的相对误差过大导致加入长周期分潮改正项后深度基准值中误差分别增大了11.04 cm和12.38 cm,较其他分潮对深度基准值精度的影响更明显,所以基于潮汐模型构建深度基准面模型时,长周期分潮部分必须加入实测数据改正。进一步采用山东邻海13个长期验潮站实测数据,定量地分析了长周期分潮对深度基准面确定的影响,结果表明,长周期分潮改正项的量值介于13.89~22.39 cm,平均改正值为18.03 cm,在深度基准值中占比达到15.15%。因此,长周期分潮改正对深度基准面的精确确定研究贡献较大,准确的长周期分潮模型是构建高精度深度基准面模型的基础。     

Uranium in coastal sediments of Tokyo Bay and Funka Bay

The sediment cores from Tokyo Bay and Funka Bay were analyzed for U and its isotopic ratio,²³⁴U/²³⁸U, after dissolving them in 0.1 M HCl, and 30% H₂O₂ in 0.05 M HCl. A small fraction of U in the anoxic sediments was dissolved in 0.1M HCl and even the added yield tracer,²³²U, was lost. The isotopic ratio of H₂O₂ soluble U in the sediments was equal to that of seawater, suggesting that the H₂O₂ soluble U in the sediments is authigenic. The 6M HCl solution dissolved part of the lithogenic U besides the authigenic U. The depth profiles of U from the two bays resembled each other. The authigenic U comprised more than half of the total U even at the surface and increased with depth down to 70 cm, showing small maxima at about 20 cm. The concentration of refractory U was nearly constant with depth and similar to that of the pelagic sediments. The highest U concentration, 6 µg g^–1 which was about 5 times that of the pelagic sediments, was observed in the layer between 70 and 160 cm depth in Tokyo Bay. The annual sedimentation rates of U in the Tokyo Bay sediments were 2.6 tons at the surface and 7.0 tons at the 70–160 cm depth. The increase in U with depth should be due to the deposition of interstitial U either diffusing downward from the surface indicating the trapping of seawater U, or otherwise diffusing upward from the deeper layer indicating the internal cycling of U within the sediments.     

鼠尾藻劈叉筏式养殖试验

2004~2005年,在山东省威海海区进行了鼠尾藻劈叉筏式养殖试验。2004年试验持续123d,试养鼠尾藻2×667m2,平均株长由5.5 cm生长至79.1 cm,鲜藻产量2.52 kg/m2;2005年试验持续70d,试养鼠尾藻3×667m2,平均株长由13.0 cm生长至73.7 cm,鲜藻产量为2.88 kg/m2。试验结果表明鼠尾藻的劈叉式筏式养殖是可行的。     

青藏高原清水河多年冻土区湖沼环境变迁

１９９４年１０月,利用钻探取样方法获得了位于青藏高原多年冻土区的清水河孔深为８．３ｍ的Ｑ１孔湖沼沉积物样品,对该孔５０－６４０ｃｍ样品的有机地球化学分析结果表明,剖面样品中有机质具有相同的成熟度,且具有有机碳、氢指数、可溶有机质和族组成相同的变化特征,样品正烃碳数分布在Ｃ１６－Ｃ３５之间,主峰为Ｃ２３,高碳戏呈明显的偶奇优势,表明它们来源于植物。ＯＥＰ值大于２,Ｐｒ／Ｐｈ均大于１,反映沉积环境处于     

差异水动力导致黄河口粉质土微结构分形特征变化实例研究

在黄河三角洲北部潮坪上选择典型研究区。区内通向油井的道路的修建使北侧水动力条件明显强于南侧。对两侧原状土样进行粒度成分测试和微观结构观测,并利用分形理论进行分析。结果发现,在水动力作用强区中,粒度分维值随深度的变化曲线大致呈反“S”型,颗粒分布分维值随深度单调递增(表层除外),颗粒定向性分维值随深度的变化曲线呈“S”型;在水动力作用弱区,粒度分维值和颗粒分布分维值随深度单调增大,颗粒定向性分维值随深度的变化曲线呈平缓的反“S”型。这些参数的变化较好地反映了不同深度处沉积物的层化现象。     

水位深度对工厂化流水养殖大菱鲆生长的影响

为探讨水深对工厂化流水养殖水环境的影响,本实验将9 000尾初始体质量为141.62±24.47 g的大菱鲆(Scophthalmus maximus)按照低水深(20 cm)、中水深(40 cm)、高水深(60 cm)条件分为3个不同养殖水深组,实验周期为80 d。实验期间,跟踪检测长期和特定时期(投喂后8 h内)不同养殖水深水体中总氨氮(TAN)、亚硝酸盐(NO₂^--N)、固体悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)等参数,并在实验结束时对大菱鲆成活率、体质量、饲料系数水平进行测量。研究表明,水池内水流速度与水深呈负相关,但各组间无显著性差异。高水深组的固体悬浮物含量显著(P<0.05)低于其他两组,低水深组的化学需氧量显著(P<0.05)低于其他两组,各水深组中氨氮、亚硝酸盐都在大菱鲆幼鱼安全浓度范围内,且无显著性差异。在投喂后,固体悬浮物含量在各水深组中呈先升高后降低趋势,其中低水深组波动最大。氨氮含量在投喂后3 h开始上升,其中低水深组涨幅最大。各水深组中化学需氧量随着投喂时间延长而逐渐积累,而亚硝酸盐含量基本保持不变。实验结束,低水深组中大菱鲆增质量率、特定生长率、体质量变异系数均显著(P<0.05)高于高水深组,而存活率、肥满度、饲料系数在各组之间没有显著差异。研究结果显示,增加水深有利于提高养殖水环境水质恶化的缓冲能力。在保证养殖系统水质指标安全的前提下,低水深在大菱鲆工厂化流水养殖中是一个可行的方案。     

人工培育长毛对虾亲虾的实验研究

长毛对虾(Penaeus penicllatus)是福建、广东、广西和台湾的重要经济虾类,其增养殖业目前所遇到的主要困难之一是亲虾的人工培育,这个问题不解决,该养殖业的发展将会受到影响。基于此,我们做了人工培育长毛对虾亲虾的实验,以求探索解决这一问题的途径。