波浪作用下液化粉土流动特性拖球试验研究

粉质土大量存在于黄河水下三角洲地区,粉土液化过程中具有类似流体的性质,可以把液化过程中的粉土视为黏性流体进行研究。基于流体力学中Stokes黏滞阻力原理,在波浪水槽试验基础上,设计了一套测量液化过程中粉土流变特性的拖球装置,并对其实用性进行验证。在铺设有粉土底床的波浪水槽中埋入可以水平滑动的小球,通过拖动小球在粉土中水平运动,测量小球所受阻力值的大小,用以计算液化粉土表观动力黏度。充分考虑试验中波浪要素、超孔压比等因素的影响。结果表明,该装置能够满足试验要求;波浪循环荷载作用下,观察到了孔压的累积至液化的过程;波浪参数对结果有较大影响,其中波高越大,表观黏度值越小;同一波高情况下,表观黏度随时间缓慢增加;随着超孔压比的升高,波浪作用下粉土表观黏度值逐渐减小。     

循环荷载下粉土液化流动特性拖球试验研究

基于流体力学中的Stokes黏滞阻力理论,以振动台试验为基础,开发了一套测量液化过程中粉土流变特性的拖球试验装置。在铺有粉土海床的模型箱内埋设光滑小球,通过测量小球水平运动过程中所受阻力值的大小,计算粉土液化的表观动力黏度,分析粉土液化过程中的表观动力黏度与超孔压比之间的关系,以及液化后表观黏度与应变率的变化规律。试验结果表明,振动台试验下,孔隙压力表现为迅速上升,粉土迅速达到液化状态;振动过程对海床固结影响较大;粉土海床在未达到完全液化状态时（ru<1）,表观黏度随超孔压比增大而减小,在液化状态下（ru=1）,剪应力随应变率增大而减小,粉土呈现出剪切稀化的特点,为典型的非牛顿流体特征。     

循环荷载作用下粉土的动力学特征

选用近海分布广泛的粉土为研究对象,利用动三轴压缩试验结果得到了动荷载作用下粉土的应力-应变关系、孔压发展模式及动强度与临界循环次数之间的关系;探讨固结围压和固结比对粉土动力学性质的影响。动力学试验结果表明,动剪切模量随着固结围压的增大而增大,动阻尼比随动剪应变幅的变化关系受围压影响不大;不同围压对动剪应力的比值影响很小,同一围压下随着固结比的增大,动剪应力比也会随之增大;不同围压及不同固结比对以Nf表示的峰值孔隙水压力发展模式影响很小。     

低围压下埕北海域重塑粉土振动孔压模型试验研究

开展了低围压条件下固结不排水振动三轴实验,对埕北海域重塑粉土振动孔压发展模型进行研究。低围压条件下粉土孔压随振次的发展曲线呈现两种形态,具体呈现何种形态与粉土轴向动应力和临界循环应力有关。对孔压数据进行了归一化处理,发现低围压条件下粉土孔压模型可以用指数函数进行拟合,且黏土含量并不影响孔压模型形式,只会影响a、b两个实验参数。孔压影响因素分析表明,少量黏粒含量的加入可以使粉土的孔压发展速度增大;振动频率对粉土孔压发展的影响也存在一个临界值,约0.2 Hz,当振动频率小于该值时,粉土孔压增长速度随频率的增加而减缓;当振动频率大于该值时,粉土孔压增长的速度随频率的增加而增大。     

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。     

海洋粉质粘土在波浪荷载作用后的不排水抗剪强度衰化特性

通过对南海重塑粉质粘土土样的大量动三轴试验结果分析,得到此种土在波浪荷载作用后不捧水抗剪强度衰化同动载作用引起的动应变幅及平均累积孔压之间的相互关系和预估公式;并通过与超固结土样的静三轴剪切试验结果的比较,发现动、静三轴两种试验结果具有很好的吻合关系。建议可用超固结土样的静三轴剪切试验同时结合部分动三轴试验来预估土样在波浪荷载作用后不排水抗剪强度衰化与平均累积孔压之间的关系。     

波浪作用下黄河三角洲海底粉土液化特征对比研究

作为一种常见的近海海底灾害地质现象,波致海床液化严重威胁着黄河三角洲地区海底工程设施的安全。粉质海床液化后,海底粉土的结构、物理和力学性质均发生了改变,研究该变化规律尤其是评估液化后海底粉土再次发生液化的可能性具有重要的理论意义和应用价值。本文利用室内动三轴仪对取自黄河三角洲已液化和未液化海底粉土开展了液化试验对比研究,讨论了已液化和未液化海底粉土在孔压增长模式和轴向动应变发展趋势方面的异同,对比分析了二者的液化势。研究结果表明:应变标准比孔压标准更适用于评估黄河三角洲地区海底粉土的液化势;孔压和动应变发展模式均表明与未液化粉土相比,已液化海底粉土再次发生液化的抗力有所提高;已液化和未液化海底粉土归一化孔压比u_d/σ₃与循环加载次数比N/N_f间相关关系可采用双曲线或指数函数模型进行定量化描述;未液化海底粉土的波致液化临界循环应力比约为0.20,已液化海底粉土的临界循环应力比约为0.35。研究成果有助于加深对海底粉土波致液化特性的认识,亦可为循环应力历史影响下的土体力学性质研究提供参考。     

动荷载作用下海底粉土的孔压响应及其动强度

本文选用近海分布较广的粉土为研究对象 ,利用室内动三轴试验结果 ,找出动荷载作用下粉土的动应力应变关系 ,分析模拟波浪荷载作用下粉土中的孔压响应、临界循环次数 ,确定波浪作用下粉土的应力状态、破坏临界循环次数 ,判断不同深度处的粉土发生液化的可能性及发生液化所需要的时间 ;研究粉土在动荷载作用下的强度降低 ,为海上工程设计和施工提供科学依据。     

波浪作用下海底粉质土液化过程的速率特征

海底的粉质土在强烈波浪作用下会发生液化现象。粉质土从液化发生到最后形成流体有其变化的过程。本文针对黄河三角洲的粉质土,进行了波浪水槽试验和现场监测试验,记录了孔压在粉质土液化过程中的变化,给出了波浪作用下粉质土液化过程的速率特征。试验结果给出:海底粉质土在波浪作用下某一深度层的液化发展迅速,水槽试验重塑土用孔压增长速率反映的液化发展速率平均为0.15kPa/min,现场监测原状土液化发展速率平均为0.29kPa/min;水槽试验重塑土和现场监测原状土均出现液化深度自上而下的发展过程,本文水槽试验条件和现场条件给出的液化深度发展平均速率分别为0.01和0.10m/min。     

波致粉质土海床剪切破坏及其强度演化的试验研究

本文以黄河三角洲粉质土为研究对象,开展了波致海床剪切破坏过程中孔压响应与土体强度变化的室内水槽试验研究,试验过程中,先后在模拟海床床上施加5、10、15cm波高的模拟波浪荷载,同步测量海床内不同深度处的孔压变化,并对海床进行贯入阻力测试和不排水抗剪强度测试。研究发现:海床中孔压响应过程的规律为孔压快速累积-孔压缓慢消散,在该过程中海床内最容易形成大幅度的孔压累积、孔压响应最强烈的位置,也是海床内土体强度的逐渐丧失以及土体剪切破坏是处开始发育的深度;波浪作用下粉质海床剪切破坏后会在海床内部一定深度处出现明显的弧形破坏界面,破坏土体沿界面随波浪作振荡运动,且破坏范围经历先扩展后回缩的过程,剪切破坏界面以下会有强度硬层的发育,强度硬层的形成与演化直接受剪切破坏过程控制,最终整个海床出现明显的强度非均质化;在孔压响应过程中孔压比即超孔压与上覆有效应力比值存在临界值K(本文水槽试验所得K=0.5),当超过K值时,土体贯入阻力和不排水抗剪强度降低,发生剪切破坏,这是波浪作用提供的剪切力以及超孔压累积导致海床内部抗剪强度降低共同作用的结果。     

海底沉积物保真采样技术研究进展

海底沉积物保真采样对于诸多海洋科学研究非常重要，各种研究目标的实现与沉积物样品的原位信息密切相关。本文论述了海底沉积物保真采样的目的和意义，提出了保真采样的定义，介绍了保真采样器的发展现状。论文重点讨论了保真采样器在采样过程中所涉及的共性关键技术。在此基础上，介绍了我国重力活塞式天然气水合物保真采样器的研究进展。最后，提出了关于发展我国保真采样技术的如下几点设想：1）重视沉积物低扰动技术研究，为相关海洋科学研究提供样品层次清晰、物质成分完备的沉积物样品。2）与HYACINTH计划类似，为适应不同海底地质条件，开发系列保真采样器。对松软的非岩性沉积物（从软泥、沙到砂砾）采样时，可采用重力驱动或震动冲击驱动保真采样装置；对硬质岩化的沉积物采样时，可采用回转式保真采样装置。3）重点开展沉积物样品无压降转移技术。实现实验室内的保真分析、存储和小段样品获取，开展原位压力条件下沉积物样品的地球物理学测试、地球化学、微生物、和石油物理学等研究分析。4）开展长柱状沉积物保真采样技术研究，为我国天然气水合物研究提供技术保障。     

Nautilus矿业公司SMS勘探中采用的取样技术与装备

海底大块状硫化物(SMS)富含铜、锌、铅等金属,特别是富含贵金属金、银,引起了国际采矿业的浓厚兴趣。近年来,以澳大利亚Nautilus矿业公司为先驱代表的国际大型资源开发商和投资商已介入海底多金属硫化物的商业化开采。文中介绍了Nautilus公司在巴布亚新几内亚专属经济区针对海底块状硫化物矿床开展的一系列以商业开采为目的的勘探取样活动,详细介绍了勘探中所采用的基本方法与技术,并重点对其地质调查中所应用的拖网挖掘取样、ROV海底表面取样、大洋钻探船岩芯取样和专门开发的ROV岩芯钻探取样的装备、取样结果及作业效率进行了较为系统全面地介绍。     

Nautilus矿业公司在海底块状硫化物勘探中采用的取样技术与装备

海底块状硫化物(SMS)富含铜、锌、铅等金属,特别是富含贵金属金、银,引起了国际采矿业的浓厚兴趣.近年来,以澳大利亚Nautilus矿业公司为先驱的国际大型资源开发商和投资商已介入海底多金属硫化物的商业化开采.介绍了Nautilus公司在巴布亚新几内亚专属经济区针对海底块状硫化物矿床开展的一系列以商业开采为目的的勘探取样活动,详细介绍了勘探中所采用的基本方法与技术,并重点对其地质调查中所应用的拖网挖掘取样、ROV海底表面取样、大洋钻探船岩心取样和专门开发的ROV岩心钻探取样的装备、取样结果及作业效率进行了较为系统全面地介绍。     

加拿大地质调查局海洋地质取样和样品分析方法

海洋地质学研究中对样品的采取技术和保存至关重要。海洋地质学的进展是随着海洋沉积物取样技术的发展而发展起来的。本文介绍了加拿大地质调查局海洋地质取样和样品分析方法。     

Detecting patterns in hyporheic community structure: Does sampling method alter the story?

Hyporheic invertebrates were sampled in six small headwater streams draining pine, pasture, and native forest catchments. Sites were sampled in autumn and spring using three different hyporheic sampling methods (colonisation pots, pump sampling, and freeze‐coring). Total invertebrate abundance and taxon richness differed significantly among sites on both sampling occasions for pump samples, whereas freeze‐coring did not discriminate among sites, and pot samples showed significant differences in autumn, but not in spring. Differences among sites with respect to community composition were not consistent between sampling methods. Community ordination indicated that samples from colonisation pots tended to group together, whereas pump and freeze core samples were widely separated. Differences across land uses were also apparent (native forest sites formed a distinct cluster separated from pine and pasture sites). Results suggest that colonisation pots may provide a pathway for the entry of epigean organisms into the hyporheic zone even when hydraulic connectivity between surface and hyporheic zones is low. Invertebrate abundance was very low in pump samples, and this method also captured the fewest taxa of the three methods. The size bias known to exist with pump sampling techniques may restrict the usefulness of the method when comparing streams of differing hydraulic conductivity.     

具有运动补偿高精度海洋气象多参数模拟仪的研制

针对船舶气象仪的综合检查过程中检测周期长、人工排查效率低以及传统的自动气象站传感器信号模拟器的模拟精度低,没有相关运动补偿算法导致此类系统不适应海洋船舶应用环境的问题,对气象要素传感器的高精度信号采样电路、信号输出、软件滤波和运动补偿等方面进行了研究。通过分析传感器和船舶气象仪的原理,设计了各个气象参数的采样电路、信号模拟电路、触摸屏、GPS和电子罗盘采样与模拟电路,并在近海测试过程中进行了运动补偿模型测试,并基于STM32微控制器进行了该仪器的系统检测实验。研究测试结果表明：该系统具有低功耗、高可靠性、高精度的特点,能应用于海上环境,同时具有对船舶实时定位、气象要素实时模拟和采集、运动补偿多项功能。并且本系统精度在运动补偿后,系统测量方差为0.019 3 m/s,精度提高至接近真实值,均符合《海洋调查规范第3部分：海洋气象观测》的标准。     

深海原位取芯钻机作业机理分析及实验研究

针对深海运载器海底岩芯原位取样作业需求,对基于水下运载器的深海原位取芯钻机在深海低温、高压、底层流速多变等特点条件下的作业机理及受力进行分析,并选取硬质合金钻头和PDC钻头进行了取芯钻头的轴向力、切向力和切削功率的数学力学对比计算,确定了单环四齿周向均布的金刚石复合片(PDC)钻头设计方案。在理论分析基础上,针对深海钴结壳设计了台架试验,开展钻进试验研究。通过理论计算和实验研究,探寻了一种基于深海运载器的钴结壳小型钻机设计方法,确定了钻机功率、转速、钻进正向压力和取芯率等基本参数选取范围,对开展海底岩芯原位取样作业具有重要的指导意义。     

Performance evaluation of fixed-station sampling design for a fishery-independent survey with multiple objectives

Fixed-station sampling design was widely used in fishery-independent surveys because of its characteristics of convenient sampling station setting, but the non-probabilistic(fixed) nature made it more uncertainty of drawing inferences on population. The performance of fixed-station sampling design for multispecies survey has not been evaluated, and we are uncertain if the design could detect the temporal trends of different populations in multispecies fishery-independent survey. In this study, s...     

底拖网渔具的采样设计对三疣梭子蟹资源量指数估算的影响

在渔业资源调查中，采样方案直接影响资源量估算的准确性，对采样方案进行优化可以提高调查数据的质量。基于2007年使用单拖网渔船在长江口——杭州湾及其邻近海域调查获得的数据，模拟出该海域三疣梭子蟹的资源数量及各季节的分布情况，作为“真值”，模拟计算不同采样方案调查获得的三疣梭子蟹资源量并与“真值”进行比较，评估不同方案的采样效果。本文利用计算机模拟了定点采样、简单随机采样、分层定点采样和分层随机采样四种采样方法，其中，定点采样和简单随机采样分别设置了9个、16个和24个采样站位，分层定点采样和分层随机采样设置了16个采样站位。三疣梭子蟹对拖网渔具的反应距离受年龄、季节和底质等条件的影响，因此，设置了1.5m，3m和5m三种反应距离。结果表明：分层采样设计优于不分层采样，简单随机采样优于定点采样。模拟结果的准确度随着采样站位数量的增加而提高，例如，定点采样方案中，9个站位时相对估算误差（REE）的最大值为163.43%，最小值为49.40%，而24个站位时REE的最大值和最小值分别是38.62%和4.15%。随着反应距离的增加，REE值和相对偏差的绝对值（RAB）逐渐降低。三疣梭子蟹的资源密集区和资源密度方差大的季节对模拟结果具有显著影响，因此，掌握该区域的资源密度情况或者进行预调查都能使采样设计方案更加合理。本研究可为底拖网渔具对三疣梭子蟹及其他物种的采样设计提供参考。     

渔业资源调查采样设计优化研究进展

渔业资源调查是指利用一定的采样设计,对渔业种群进行空间布点采样,以获取研究区域内鱼类时空分布以及生物学和生态学信息。但是大量的研究表明,不同的鱼类分布适合不同的采样设计,需要根据鱼类的分布特点和调查目标(种群丰度等)优化采样设计,保证数据的准确性和精度。近年来,相关的研究有很多,涉及不同采样设计的比较和应用以及影响数据质量因素的探究。作者着重介绍了定点采样、传统方法、适应性方法和基于地理统计学方法,叙述了计算机模拟及重采样技术在采样设计优化中的应用以及相对偏差、相对估计误差、设计效果和变异系数等评价采样设计性能的指标,同时对采样设计中需要注意的问题进行介绍,最后进行了总结并对未来的研究工作进行展望。