未胶结钙质砂静力和循环强度的单剪试验研究

通过等体积的单调和循环单剪试验研究南海未胶结钙质砂的静、动力反应,讨论应力水平和相对密实度对钙质砂静、动力强度的影响,并与典型的石英砂性质进行比较。在单调单剪试验中,中密和密实钙质砂在100～400 k Pa范围的初始竖向应力下都表现出应变硬化的性质,有效内摩擦角随剪应变增大。在循环单剪试验中,钙质砂的反应与相对密实度和初始竖向应力密切相关,但中密和密实钙质砂中的等效孔压都能达到初始竖向应力的85%～90%,此时剪应变突增,试样发生破坏。与相近密实度的石英砂相比,钙质砂抵抗液化的能力更强。提出了南海钙质砂动强度的归一化表达式,建立了不排水静强度、不排水动强度和循环次数之间的关系。     

椰丝纤维加筋对钙质砂强度影响的试验研究与机理分析

通过纤维加筋来加固南海钙质砂对我国南海岛礁海岸带边坡防护的安全稳固具有重要意义。本文将南海钙质砂掺入不同含量(0.2%、0.5%、0.8%、1.1%、1.4%和1.7%)的椰丝纤维,通过室内三轴试验,对椰丝纤维加筋钙质砂的应力-应变关系、纤维掺量对峰值强度及割线模量的影响进行了研究。试验结果表明：加筋钙质砂的抗剪强度和割线模量随椰丝掺量先增大后减小。当椰丝纤维掺量为1.4%时,加筋钙质砂的峰值强度和割线模量分别为293 kPa和2.85 MPa,此时纤维掺量为最佳;当椰丝纤维掺量为1.1%时,加筋钙质砂峰值强度所对应的应变最大,此时椰丝在砂土中分布较为均匀,延性效果最好。研究成果可对纤维加筋钙质砂应用于南海岛礁海岸带边坡防护提供试验数据和理论依据。     

孔压静力触探在确定砂土内摩擦角中的应用

内摩擦角作为砂土的抗剪强度指标之一,是工程设计的重要参数。常规海洋工程勘察中主要依据室内土工试验确定,如三轴压缩试验、直接剪切试验、颗粒粒径、级配和密实度等。随着孔压静力触探(Piezocone Penetration Test, PCPT)在海洋工程勘察中广泛开展,利用孔压静力触探测试的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力等参数确定砂土内摩擦角具有无需取样、快速、合理、可靠的优点,在桩基础、管线路由、水下基础等海洋工程勘察中具有越来越重要的工程意义。本文总结了3种利用PCPT资料确定砂土内摩擦角的方法即Mayne提出的内摩擦角评估经验公式、砂土最大最小经验公式和Senneset等提出的计算砂土内摩擦角经验公式,在中国广东沿海某风电场开展了3个钻孔的应用实践。对结果进行对比分析后认为,在熟练掌握PCPT测试方法、资料采集、数据处理和成果解释的基础上,依据Senneset等提出的计算方法,用PCPT资料确定砂土内摩擦角,具有一定的可靠性与适用性。     

南海表层沉积物中钙质超微化石分布特征

为系统描述钙质超微化石在南海表层沉积中的分布特征,对遍布南海的175个样品进行了实验分析。发现不同地区钙质超微化石绝对丰度相差很大,从0—3.8×1010个.g-1不等。平面上将钙质超微化石丰度分为3个区。共鉴定出钙质超微化石21属28种,以Emiliania huxleyi、Florisphaera profunda和Gephyrocapsa oceanica为优势种,其中Florisphaera profunda占据绝对优势。南海钙质超微化石分布具有两个明显特征:一是14°N线南北两边钙质超微化石的分布存在差异;二是南海钙质超微化石丰度以南沙群岛和西沙群岛两片海域为最高,并有东北-西南走向的分布趋势。对影响钙质超微化石分布的水深、上升流与营养盐、陆源物质稀释作用、碳酸盐溶解作用等因素作了讨论,并根据钙质超微化石随水深的变化推测南海碳酸盐补偿深度应在4 000m左右。     

三亚市南部海滩表层砂冬季粒度特征研究

通过在十二月份对三亚市南部海滩(大东海海滩、亚龙湾海滩、三亚湾海滩)进行采样分析,并对45个表层砂样品进行室内试验,分析了各海滩表层砂的粒度特征。结果表明:研究区的3个海滩的表层砂均为细砂,但不同粒径颗粒组分差异明显,其中亚龙湾海滩的粗砂及中砂含量明显高于大东海海滩、三亚湾海滩,亚龙湾海滩表层砂最粗,大东海海滩次之,三亚湾海滩最细;3个海滩呈现由岸向海、由东向西海滩表层砂平均粒径有逐渐减小的趋势;3个海滩均表现为分选较好,级配良好。同时,运用MIKE21软件的SW模型对三亚市南部近岸海域的波浪进行模拟,用于分析波浪对冬季海滩表层砂粒度特征的影响。     

南海北部表层沉积物类型及沉积环境区划

对南海北部224个表层沉积物样品的粒度组成和碳酸盐含量进行了测试和分析,探讨了沉积物的运移方式及其沉积环境。结果表明,南海北部表层沉积物可划分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂-粉砂-黏土、黏土质粉砂、粉砂质黏土、黏土等类型,其中深海-半深海沉积物又可分为:硅质黏土、钙质黏土、含钙质和硅质黏土、有孔虫砂、钙质黏土质粉砂、钙质砂-粉砂-黏土、硅质黏土质粉砂。粉砂质黏土、黏土质粉砂、砂、砂质粉砂、黏土是分布最广泛的沉积物类,约占该区面积的80%以上。同时对粒度相关参数和碳酸盐含量进行了因子统计分析并作沉积环境分区,结果表明上述参数可分为3类因子,将研究区分为4类区域。因子1作用于Ⅰ、Ⅱ两个区域。Ⅰ区为黏土级沉积区,主要分布在研究区东南部水深较大的海域;Ⅱ区为中、细砂质沉积区,主要分布在粤西外大陆架和华南大陆沿海。因子2作用于Ⅲ区,为粗、中粉砂质沉积区,主要分布在琼东南、珠江口外海大陆坡以及台西南外大陆架。因子3作用于Ⅳ区,为粗砂质沉积区,主要分布在台西南内大陆架海域。     

基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究

针对水平轴潮流能水轮机被动旋转问题,基于Fluent 17.0,运用UDF(User Defined Function)控制滑移网格对网格进行动态调整,仿真研究水轮机在不同安放角下被动旋转的水动力特性。通过仿真分析,结果表明:潮流能水轮机随着叶片安放角度的增加,尖速比、输出功率、捕能系数都是先增大后减小,叶片安放角为6°时,叶轮前后速度差最大,对潮流能利用充分,且各项性能均达到最佳;通过分析叶片受力,叶尖叶素在安放角为2°时阻力最大,3°时升力最大,升阻比在6°时最大,此时叶尖叶素升阻比C_L/C_D=6.27、攻角α=3.06°。由仿真结果可知水平轴潮流能叶轮的自启动过程由5个阶段组成,即加速度增大的加速运动段—加速度减小的加速运动段—加速度反向增大的减速运动段—加速度反向减小的减速运动段—稳定运行段,这对潮流能水轮机的设计具有重要的指导意义。     

南海中部沉积物类型和沉积作用特征

本文以1983年10月和1984年6月两个航次期间在南海中部海域内采集的130个站位的沉积物组分全面鉴定(粒度、砂级全组分、轻重碎屑矿物、粘土矿物、有孔虫、钙质超微、放射虫、硅藻和孢粉等生物鉴定、化学定量分析、少量~(14)C测年等)为基础,以1∶300万南海中部沉积物类型图为依据,讨论了沉积物主要类型、分布和沉积作用特点。     

钙质岛礁沉降变形过程分析

随着海上丝绸之路战略的推进,中国在多个钙质岛礁上开展了工程建设。沉降变形是岛礁建设所面临的主要问题之一。由于钙质砂工程性质的特殊性,钙质岛礁的沉降变形过程和机理具有一定的独特性。然而,由于岛礁位置通常远离内陆,使用常规监测方法不易于开展岛礁沉降研究,有关钙质岛礁沉降变形的研究仍较少。本研究选取我国典型钙质岛礁,利用永久散射体干涉测量技术(Permanent Scatterer Interferometry,PSI),准确反演了其沉降变形过程,并进行数值模拟分析。初步结果表明:钙质岛礁的沉降变形存在明显的时空分异特征,总体上,岛礁边缘沉降速率略大于其内部沉降速率,工程扰动区大于非扰动区;与其他吹填材料的区域相比,钙质岛礁沉降速率偏小,总体上稳定。但是沉降过程在时间上表现出明显的非线性波动特征,受工程建设和海洋水动力影响明显。考虑到钙质砂特殊的结构特征和复杂的颗粒破碎机理,钙质岛礁未来的沉降变形仍然存在一定的不确定性,需要进一步的过程监测和机理分析,以期为我国岛礁的安全建设提供科学支撑。     

南海及西北太平洋卫星高度计资料分析:海洋中尺度涡统计特征

采用AVISO提供的卫星高度计融合数据,对南海及西北太平洋(5°～35°N,105°～150°E)1993～2009年17a间的中尺度涡活动进行统计分析.结果表明南海中尺度涡活动具有明显的年际变化,每年观测到产生的中尺度涡个数平均为21～22个,标准差约为4个,占年平均值的20%;而西北太平洋中尺度涡个数的年际差异不大,平均每年观测到150～151个中尺度涡产生,标准差约为14个,仅占年平均值的9%.中尺度涡的逐月统计结果表明南海和西北太平洋的中尺度涡活动均有明显季节变化,1993～2009年间的各月南海和西北太平洋分别观测到30～31个和213～214个中尺度涡产生,标准差分别约为6个和41个,均占各自月平均值的19%.中尺度涡主要集中分布在南海东北部、越南东部和黑潮流轴附近海域.涡动能、海面高度距平均方根以及涡度均方根的空间分布大致与涡旋个数分布一致,但在西北太平洋的低纬海区和黑潮延伸体区域则不甚吻合.在相同的涡旋判别标准下,西北太平洋低纬海区(5°～15°N)观测到的中尺度涡个数比中高纬海区要少得多.     

苏北废黄河三角洲海域表层沉积物粒度的空间变异和分布特征

在苏北废黄河三角洲海域采集了266个表层沉积物样品,经粒度分析获得各样品粘土、粉砂和砂3种粒级组分的质量百分数,在此基础上运用地统计学方法和GIS软件分析了粘土、粉砂和砂3种粒级组分的空间变异特征,根据空间变异特征研究结果,用Kriging插值方法绘制了各粒级组分的空间分布图.结果表明：废黄河三角洲表层沉积物中砂组分具有较强的空间自相关性,其自相关距离为30.5 km;粘土和粉砂具有中等的空间自相关性,其自相关距离分别为40.3 km和13.8km.在大于17.0 km的尺度上,3种粒级组分的空间变异性表现出明显的各向异性特征,且以NE55°和SE145°两组相互垂直的方向上差异最为明显,这是由于波浪、潮流等因素作用所引起的沉积物离岸梯度变化造成的.制图结果显示,废黄河三角洲表层沉积物3种粒级组分的空间分布状况,粘土表现为近岸低、远岸高;砂表现为近岸高、远岸低,高值区主要在河口附近;粉砂表现为均匀性特征.     

南海北部表层沉积物中黏土和碎屑矿物组成及其地质意义

以X-射线衍射仪和偏光显微镜为主要手段,对南海调查区表层底质沉积物中黏土和碎屑矿物组分进行分析和研究,结果表明黏土矿物主要有伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石,其组合特征在不同区域表现出明显的差异。碎屑成分主要由生物壳(钙质和硅质)、轻矿物(石英、长石为主)和含量低但种类多的重矿物组成。一般认为物质来源是调查区沿岸风化岩石遭受进一步剥蚀后细小组分通过水动力搬运沉积而成的。钙质和硅质生物壳分布受南海碳酸盐补偿深度(CCD)的控制。     

南沙海区夏季风期间西南大风的统计分析

通过对南沙永暑礁夏季观测资料的统计分析，发现了南沙海区西南大风产生的基本规律，通过分析南沙西南大风与南海和西太平洋热带气旋、辐合带、赤道高压、西南低压、孟加拉湾季风槽、越赤道气流、东风急流等天气系统的关系，得出了几点结论：( 1 ) 10°N 以北南海有热带气旋活动或南海 ITCZ 上的扰动不断加强，作为西南入流气流的通道，南沙海区一般可出现西南大风；( 2 ) 西太平洋台风西移到 125°E 以西，纬度在 15°N～25°N 之间，继续靠近南海且有台风槽向南海伸展时，南沙海区将出现西南大风；( 3 ) 西南低槽的南压加强再结合赤道高压的加强可使南沙海区产生大风；( 4 ) 孟加拉湾低槽前的西南风向东扩展且纬度较低时，南半球低空越赤道气流逐渐加强时以及南海南部高空东风明显增强时，南海可出现西南大风；( 5 ) 只要有以上 4 种形势中的任一种形势出现，再加上观测到云图上南沙海区附近有明显成片的对流云发展时，即可预报南沙有西南大风，其平均风力一般 6 ～ 7 级，阵风 8 ～ 10 级。     

南海东北部表层沉积中微体化石与碳酸盐溶跃面和补偿深度

通过对南海东北部(12°～22°N,116°～122°E)表层沉积中的浮游有孔虫、底栖有孔虫、钙质超微化石、硅质与钙质生物丰度和比值的定量分析以及碳酸盐含量的测定,发现碳酸盐含量、浮游有孔虫、钙质超微化石丰度以及钙质生物比值随水深的增大迅速减小,而底栖有孔虫占有孔虫全群的比值和硅质生物比值以及底栖有孔虫胶结质壳类的百分含量却随水深的增大迅速增加.研究表明,调查区内微体化石丰度和比值以及碳酸钙含量的高低,与碳酸盐溶跃面(lysocline)和碳酸盐补偿深度密切相关,碳酸盐溶跃面和碳酸盐补偿深度南、北还存在一定差异,碳酸盐溶跃面南部较北部深,南部在2 600 m上下,北部则在2 200 m上下;碳酸盐补偿深度也是南部的较深,南部为3 600 m上下,而北部在3 400 m上下.     

冲绳海槽北部表层沉积物中的钙质超微化石及其环境特征

为探讨冲绳海槽表层沉积物中钙质超微化石的分布规律及其影响因素 ,对海槽北部槽坡区 ( 2 9°5 8.33′— 31°31 .2 3′N ,1 2 7°39.5 5′— 1 2 8°5 9.61′E) 34个表层样品进行了分析和研究。共发现 35种钙质超微化石 ,其中优势种为Gephyrocapsaoceanica、Emilianiahuxleyi和Florisphaeraprofun da ;G .oceanica、E .huxleyi等的百分含量变化和特征属种U .tenuis的出现 ,表明该区钙质超微化石组合面貌与东海外陆架相似 ,和东海及南海都属于北太平洋中央水团组合。G .oceanica的含量与海水营养盐存在一定的关系 ,但两者之间并不存在明显的正相关性 ;暖水分子U .irregularis、U .sibogae和O .fragilis的较高含量和冷水分子G .caribbeanica和Calcidiscusleptoporus的较低含量 ,进一步反映该区钙质超微化石的分布受到黑潮及对马暖流的影响 ,其中温度、盐度和表层海水结构性质 ,如海水透明度等因素可能为主要控制因素。     

南沙群岛永暑礁工程地质特性

运用现场钻探和浅地震勘探等方法,发现珊瑚礁弱胶结礁灰岩具有礁绷高而内礁平坪和湖低的岩盆现象,并认为此岩盆现象有利于礁体工程地质稳定性的礁体的成长发展。另外,还采用原位土工程测试和室内工试验等手段研究了珊瑚砂的礁灰岩的物理力学特性,指出了珊瑚钙质砂具有高内摩擦角、高孔隙比、颗粒易破碎、颗粒形状不规则等特性,是一种不利于桩基工程建设的特殊性土,值得深入研究。     

不同初始固结应力条件下主应力方向对海洋密砂不排水单调剪切特性的影响

利用大连理工大学的“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对相对密实度为70％的福建标准砂,在不排水条件下控制试验过程中的中主应力系数保持不变,进行了不同初始固结应力条件下不同主应力方向的单调剪切试验.以此着重探讨了主应力方向及初始固结应力对饱和密砂单调剪切特性的影响,研究表明,主应力方向和初始固结应力对于密砂的有效应力路径和应力-应变关系均具有十分显著的影响.通过与饱和松砂不排水单调剪切特性的对比分析,探讨了初始相对密实度对砂土剪切特性的影响,研究表明随着主应力方向角增大,密砂的应变硬化效应逐渐减弱,但未出现松砂对应的应变软化现象.     

南海中西部渔场上升流时空变化特征分析

南海中西部海域是我国外海渔业开发的潜在渔场之一,摸清该海域的物理环境特征可为我国开发中西部渔场提供参考。本文以遥感风场和海温数据为基础,分析了2003~2012年西南季风期起止时间的年变化、上升流中心位置时空变动以及风场对上升流中心位置变动的影响。结果表明:在南海中西部海域,西南季风期通常从5月份开始,到9月份结束,西南季风持续天数平均值为129.4 d,其中,风向角呈51°~60°的天数最多,占总季风天数的21.98%,西南季风期持续时间有增加的现象。上升流中心位置变动范围为11°~15°N,109°~112°E。西南季风期平均风速减小时,年平均上升流中心在经向上向近岸移动,在纬向上向高纬度移动;平均风速增加时,年平均上升流中心在经向上向离岸方向移动,在纬向上向低纬度移动;当西南季风期平均风向角减小时,年平均上升流中心向低纬度移动,平均风向角增大时,年平均上升流中心向高纬度移动。此外,发现厄尔尼诺年此上升流面积显著大于非厄尔尼诺年,而最低温度比2003~2012年平均最低温度低1.3℃。     

几种穿刺分析法在自升式钻井平台插桩中的探讨

为了提高自升式钻井平台穿刺分析的准确性,选取3个场址(2个渤海场址,命名为A场址和B场址;1个南海场址,命名为C场址),采用Baglioni分析法、3∶1穿刺分析法、冲剪系数分析法和地基压力扩散角法四种穿刺分析法对钻井平台基础进行了承载力分析及穿刺分析,结果表明:Baglioni分析法的分析结果基本可靠,但其对松散砂或密实砂的分析结果与实际结果有一定偏差;3∶1穿刺分析法的分析结果也基本可靠,但其等效基础未考虑砂层密实度的影响;冲剪系数分析法的分析结果存在较大不确定性,其冲剪系数的选取仍需继续优化;地基压力扩散角法的分析结果存在较大的局限性,该方法对钻井平台基础不适用。通过分析可得,对于一般常规场址,单一使用Baglioni分析法或3∶1穿刺分析法均可行,对于复杂的场址宜综合使用多种方法进行分析评价等。结论可为工程地质工程师进行穿刺分析提供参考。     

中国近海风场未来气候变化统计降尺度预估

利用经验正交分解和多元回归相结合的方法,基于1992—2011年逐日0.25°×0.25°经纬度网格卫星反演风场和欧洲中期数值预报中心1.5°×1.5°经纬度网格的再分析海表面风场和气压场资料,建立了中国近海海表面风场的统计降尺度模型,并对模型进行了验证。将该模型应用到全球耦合模式比较计划中的8个模式输出场,对1986—2005年历史气候态模拟和2026—2045年3个不同排放情景下中国近海海表面风场的变化特征进行评估。结果表明:统计降尺度模型的交叉验证显示其较好的再现了海表面风场(SSWS)的气候态空间分布;与观测对比表明,利用模式模拟数据进行统计降尺度分析的空间分布型的模拟上要优于直接插值结果;相对于历史模拟参考时段,未来各RCP情景冬季SSWS整体变化不大,空间分布均表现为约25°N以南海域SSWS增加,夏季SSWS整体表现为略微的增加,增加主要区域为山东半岛中国黄海海域,台湾岛以东中国东海海域以及南海部分海域,不同情景之间SSWS变化的幅度和区域大小均不相同。