海洋资源开发与海洋工程地质——第二届国际海洋工程地质学术研讨会(ISMEG 2019)总结

2019年10月18~20日,第二届国际海洋工程地质学术研讨会(ISMEG 2019)在中国大连成功召开。本次研讨会是在国际工程地质与环境协会(IAEG)架构下由海洋工程地质委员会(C34)主办,海岸与近海工程国家重点实验室(大连理工大学)承办的全球性海洋工程地质学术研讨会。研讨会以"海洋资源开发与海洋工程地质"为主题,针对海洋土工程性质、海洋地质灾害与工程防护、海洋工程地质原位勘测、监测与试验模拟、海洋资源开发水动力环境与作用、海床沉积物和天然气水合物开采、海洋工程结构基础、海流-结构-海床相互作用等7个专题设置了10个特邀报告、21个主题报告及71个学术报告。作为国内外海洋工程地质研究者交流、分享、合作、创新的平台,国际海洋工程地质学术研讨会二度在我国召开,是对我国海洋工程地质学科快速发展的肯定,同时也对我国海洋工程地质研究取得高水平成果和成果转化提出了更高要求。     

考虑系泊点深度的单点系泊系统锚桩水平承载性能理论分析

单点系泊系统因其克服恶劣海况的优越性成为我国海洋石油开发的重要系泊形式。然而,水下单点系泊系统锚桩-土体相互作用机制尚不清楚,尤其缺少考虑系泊点深度的水平承载性能计算方法。基于复合地基反力法,建立水平荷载下单点系泊系统锚桩的挠曲控制方程和边界条件,并编制相关计算程序;通过迭代法求解,获得不同系泊点位置下的锚桩荷载-位移曲线以及桩身位移、弯矩沿桩身的分布规律曲线;通过与数值模拟和既有离心模型试验结果的对比分析,验证了其准确性和可靠性;继而考虑系泊点深度对锚桩水平承载力的影响,进行参数分析,给出了最优系泊点深度取值范围。分析结果表明,增加系泊点深度可以显著减小锚桩的水平位移及弯矩最大值,从而提高锚桩的水平极限承载力。     

区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。     

考虑钙质砂细观颗粒形状影响的液体拖曳力系数试验

钙质砂作为南海岛礁填筑常用的岩土材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达流体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要参数,目前国内外对钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。首先引入一个修正的三维参数 对钙质砂这种天然非规则颗粒材料的形状进行定量描述,然后开展一系列单个钙质砂颗粒在液体中沉降试验,利用高速相机记录颗粒沉降过程,结合图像处理技术获得颗粒沉降平衡速度Ut,进而计算出拖曳力系数CD和雷诺数Re,最后拟合出包含CD、Re及 三个参数的钙质砂拖曳力系数半经验模型。结果发现,在相同雷诺数条件下钙质砂的形状系数 越大,拖曳力系数越小。通过与其他研究结果对比发现,其表面微孔隙越发育,拖曳力系数越小的规律。该模型能够考虑不规则颗粒形状对拖曳力系数的影响,从而提高对土体渗透性预测的精度,对南海岛礁填筑工程中钙质砂固结和沉降的计算也具有重要意义。     

土-水特征曲线测定过程中潜在影响因素与异常现象研究

基于压力板仪对相同制样参数的4个环刀试样与12个三轴试样进行土-水特征曲线（SWCC）试验,研究影响试验的各种潜在因素以及相关的异常现象。试验结果表明：即便是相同条件制备的试样,其SWCC之间也会存在差异性,这种差异与土的颗粒级配不良有直接关系,而与平衡时间无关;蒸发效应在SWCC试验中持续存在,并在平衡后期成为失水的主要因素,因此,对平衡条件应适当修正;试样的侧面防护对试样的SWCC影响显著,特别对于大高径比试样,蒸发效应将因其侧面防护脱离而成为失水的主要因素,严重影响SWCC的试验结果;横向裂纹这一异常现象并未影响SWCC测量结果,但其产生机制却可能反应了轴平移技术的不足,值得进一步研究。根据上述研究结果和其他相关试验成果,对SWCC试验提出建议和改进方法。     

五极纵轴测深法在龙岩灰岩地区寻找岩溶水的应用

曲潭测区内地形较平坦,多为第四系覆盖,表层土质较均匀,接地条件较好,选择五极纵轴电测深法在区内寻找岩溶地下水,通过视电阻率及激电二次场的测量,对物探异常的解译和深部钻孔验证,成功找到日出水量达千吨以上的岩溶地下水,为今后在灰岩地区寻找岩溶地下水提供借鉴意义。采用物探方法寻找岩溶地下水是一种不可替代的勘查方法,可以减少单纯钻探成井的盲目性,提高找水的成功率。     

曲线翼型裂纹扩展路径理论分析及试验验证

采用数值和试验的方法对翼型裂纹的扩展路径进行分析,发现单轴下张开型裂纹的翼型裂纹的扩展路径逼近于过原主裂纹中心点、平行于最大主应力的一条直线。基于翼型裂纹路径这个特点,采用了双曲线参数方程近似表达真实翼型裂纹的扩展路径,通过翼型裂纹的起裂角、起裂点及翼型裂纹的渐近线方程求解了双曲线方程中的未知参数。采用双曲线翼型裂纹路径和试验中所得翼型裂纹路径进行了对比分析,二者吻合得很好,验证了采用双曲线近似表示真实存在的翼型裂纹模型的正确性。应用双曲线翼型裂纹模型对翼型裂纹的扩展和失稳进行分析,采用ABAQUS求解了双曲线翼型裂纹模型的应力强度因子,并与试验进行对比,发现双曲线翼型裂纹模型能很好地解释翼型裂纹的实际扩展规律,这表明了采用双曲线近似表示真实翼型裂纹路径的有效性。     

河道再生水利用安全问题

2010年《永定河绿色生态走廊建设规划》拟利用北京城市段的门城湖、莲石湖、晓月湖和宛平湖,采用＂生态补水型＂的治理模式,建成1500km2的生态走廊,新增水面1000ha,绿化面积9000ha,每年回补地下水1亿m3,发挥再生水的＂生态功能＂。本文构建三个不同水文地质单元的溶质运移数值模型,模拟预测了河道利用再生水对周边地下水的影响。     

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、“中性点”位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩“中性点”位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故“中性点”的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,“中性点”有所上升。     

膨润土加砂混合物膨胀特性研究

通过有荷膨胀试验,对膨润土加砂混合物的膨胀特性进行了研究,分析了膨胀应变与轴向应力、膨胀应变与吸水量以及轴向应力与吸水量之间的关系,并建立了能综合反映轴向应力和吸水量对膨胀应变影响的混合物膨胀本构关系式。试验研究表明,膨胀应变随着轴向应力的增大而减小,两者之间的关系可以采用对数线性关系来表达;吸水量的变化对膨胀应变有明显的影响,膨胀应变随吸水量的增加而线性的增大;而吸水量受到轴向应力的影响,随着轴向应力的增大,吸水量减少,在轴向应力一定时,吸水量会达到一个最终的饱和值。由于考虑了膨胀变形过程中吸水量的变化,所建立的膨胀本构关系式能较好地反映膨润土加砂混合物的膨胀特性。