基于大直径三轴试验的钙质砂相对破碎率公式修正

钙质砂因特殊的成因,具有不规则形状和复杂孔隙等特征,容易发生颗粒破碎。本文对南海某岛礁天然钙质砂进行等向压缩试验和大直径三轴排水试验,同时测量颗粒相对破碎率,结果表明：钙质砂强度随轴向应变逐渐增大,达到峰值后明显软化,且峰值偏应力随围压增大而增大;颗粒破碎随着剪切逐渐发生,且围压越大破碎程度越大。采用描述颗粒破碎的SIMSAND模型预测排水条件下的三轴剪切试验,通过试验与预测结果的对比,揭示了模型对钙质砂预测的局限性。本文改进了SIMSAND模型,提出了围压不超过1 MPa时的颗粒相对破碎率公式,优化后的公式能更合理地预测峰值应力对应的轴向应变和颗粒破碎程度的演化。     

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。     

北部湾地区不同相对密度的海砂力学特性分析

为探究相对密度和有效围压对饱和海砂力学特性的影响,利用GDS动态三轴试验仪,对广西北部湾地区海砂开展了一系列固结排水三轴剪切试验,分析了相对密度、有效围压对饱和海砂强度特征、体变特征、割线模量以及摩擦角的影响规律。结果表明：随着围压的减小或相对密度的增大,试样体积应变不断增大,而相对密度或有效围压的增加均会提高试样的峰值强度,有效围压与峰值强度之间呈现良好的线性增长关系。随着围压的减小或相对密度的增大,应力相对软化系数、剪胀系数均不断增大,且有效围压与应力相对软化系数、剪胀系数分别呈线性和半对数线性相关。割线模量随轴向应变的增加整体呈衰减趋势,各试验工况下轴向应变为5%时试样的割线模量相比于轴向应变0.164%衰减了80%~90%。饱和海砂的峰值摩擦角随相对密度的增加而增大,随有效围压的增大而减小,相对密度D_r为50%时有效围压σ_c为50 kPa对应的峰值摩擦角是σ_c为200 kPa的1.098倍。     

钙质砂颗粒形状及破碎特性试验研究

单颗粒强度及形状是影响钙质砂强度、变形和破碎的重要因素。以0.5～1.0 mm和1.0～2.0 mm粒径范围的钙质砂颗粒为研究对象,开展了颗粒形状及尺寸分类统计和单颗粒破碎试验,研究了力—位移关系、单颗粒强度—平均粒径关系和单颗粒破碎能量。结果表明：块状颗粒是钙质砂的主要形状颗粒,粒径较大颗粒的形状不规则程度较高。块状颗粒的破碎过程根据力—位移关系曲线中第一次颗粒破碎力、颗粒破碎峰值力和颗粒完全破碎力出现位置的不同分成5种情况,以颗粒发生多次破碎为特征的情况Ⅰ和情况Ⅱ出现次数最多,其余情况仅在0.5～1.0 mm粒径范围的颗粒中出现。单颗粒强度随平均粒径的增大而减小,1.0～2.0 mm和0.5～1.0 mm粒径范围的单颗粒强度分形维数分别为2.95和1.53,粒径较大的钙质砂颗粒更容易破碎。提出了钙质砂单颗粒破碎能量的简化计算公式,1.0～2.0 mm粒径范围的单颗粒破碎能量较0.5～1.0 mm的更大。     

海洋环境下玄武岩纤维加筋砂土抗液化性能的试验研究

历史资料表明,海域砂土液化引起的场地失效是造成震害的重要原因之一。本文围绕海洋腐蚀环境下的砂土抗液化性能的提升需求,通过室内试验探讨了玄武岩纤维加筋砂土在海洋环境下的抗液化特征：研究了纤维含量对波浪荷载作用下饱和砂土抗液化强度、超静孔隙水压力,以及应力—应变发展特征的影响。试验结果表明：纤维的掺入能够有效提高砂土在海洋环境下的抗液化强度,但存在纤维含量的阈值,纤维加筋增强法不会改变砂土的液化模式,在波浪低频荷载作用下,砂土呈现出了明显的剪胀特征,纤维含量对临界状态应力比具有显著影响,对相转换状态应力比影响较小,研究成果为海洋工程中纤维加筋土的推广应用提供了有价值的参考。     

深海能源土含气储层力学特性三轴试验研究

为研究深海能源土在负压开采过程中含气储层的力学特性,基于含气土赋存理论,提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,通过GDS标准应力路径三轴试验系统,开展深海能源土含气储层的固结排水试验研究,分析深海能源土在不同黏土含量及不同含气量下的力学响应规律。研究结果表明：围压变化对深海能源土含气储层的抗剪强度峰值大小影响显著,围压越大抗剪强度峰值越高;黏土含量是决定应力应变曲线变化趋势的关键影响因素,黏土含量越高试样抗剪强度越低,试样抵抗应变软化效应的能力越强;含气土比饱和土体承载能力更低,且承载能力随含气量的增大呈衰减趋势;黏土含量和含气量是深海能源土含气储层抗剪强度指标的重要影响因素,黏土含量、含气量越高,土体自身的总抗剪强度值越低。     

珊瑚礁地质大直径钢管打入桩承载特性研究

马尔代夫中马友谊大桥采用钻孔灌注桩基础,主墩基础施工过程中,将35根大直径钢护筒施沉至中等—强胶结礁灰岩地层,作为钻孔平台的临时桩基础。以主墩大直径钢护筒沉桩记录为依据,并结合高应变动力检测方法,对珊瑚礁地质大直径打入桩的承载性能进行研究。研究结果表明:1)以钙质砂为主的覆盖层侧阻力较小; 2)礁灰岩侧阻力随胶结程度的增加而增大; 3)中等—强胶结礁灰岩可以作为打入桩的持力层,端阻力约占总承载力的70%; 4)打入桩的承载力恢复系数较小,仅为1.1。     

南海深海海底沉积物力学性质试验研究

采用土力学中的三轴试验方法,对南海深海海底沉积物进行力学性能研究。得到海底沉积物样品的主应力差与轴向应变曲线及抗剪强度数据,并得到海底沉积物样品的破坏点应力值与含水量、湿密度及孔隙度的关系曲线。通过分析,得到海底沉积物样品的破坏点应力值在含水量40%~45%之间以及在孔隙度50%~55%之间分别取得最大值。通过对比表明试验的海底沉积物样品的力学性能与陆地的半脆性黏土相近。     

油田高含油泥砂提油-固化综合处理及利用

以胜利油田孤岛采油厂的油泥砂为研究对象,根据其产生油泥砂的特征,设计了油田高含油泥砂无害化处理工艺。该工艺包括两部分,先进行油、泥、砂分离-提油,再将提油后的泥砂采用混晶包容固化的工艺过程。室外工程试验结果表明:原来油泥砂中原油含量平均为24.77%,经该工艺处理后,泥砂中原油平均含量为1.26%,平均去除率达到94.91%。处理后的泥砂采用混晶包容固化,当固化剂与泥砂混合比例为1∶4～1∶6时,强度即可达到甚至超过普通水泥砖。固化块浸出液中COD远远低于污水综合排放标准(GB 8978—1996)的一级标准,而油浸出量未检出。该工艺真正实现了油泥砂的无害化和资源化,并为石油污染的土壤、岸滩沉积物等的无害化、资源化处理提供了技术借鉴。     

波浪溢流作用下海堤内坡高性能加筋草皮护坡防侵蚀特征研究

基于1∶1的大型水槽试验结果,分析了波浪溢流过程中位于海堤内坡的高性能加筋草皮护面的侵蚀特征。试验观察表明试验期间有一定土壤的损失,但护坡无明显的破坏;土面高度测量表明,当土壤流失发展到一定深度后,如果水动力强度变化不大,侵蚀趋于逐渐停止,这种现象称为侵蚀上限;结合试验现象对侵蚀上限进行了初步解释,并讨论了侵蚀上限达到前的侵蚀速率特征;植株密度监测表明,试验期间的草茎密度基本不变,草叶密度在开始几次试验期间持续减小,而后达到一个稳定值,这对于海堤的可持续防护有重要意义。研究成果能够为波浪溢流期间海堤内坡防御的相关研究和工程措施提供参考依据。     

软弱砂岩骨料碾压混凝土的配制及其特性研究

在东南亚和我国西南地区由于缺乏合适的原材料,必须采用软弱骨料配制混凝土。以东南亚某工程现场的软弱砂岩为原材料,开展碾压混凝土配制和性能试验工作,探讨了该骨料配制碾压混凝土的可行性。采用软化系数为0.71的软弱砂岩,配制强度等级分别为C18020的二级配碾压混凝土和C1807.5的三级配碾压混凝土。结果表明,采用该砂岩骨料可以配制出满足强度要求的碾压混凝土,其用水量比常规骨料高15~20 kg/m3,拌和物密度和抗压弹模较低。其中,二级配碾压混凝土采用50%粉煤灰掺量、0.55水胶比;三级配碾压混凝土采用60%粉煤灰掺量、0.65水胶比。骨料抗碾压破碎模拟试验表明该骨料在碾压过程中破坏程度很低,说明采用该软弱骨料配制碾压混凝土具有可行性。     

涡流室式掺气扰动疏浚耙具效果试验研究

长江口深水航道以悬沙落淤为主,回淤泥沙较为松散、上覆有流动性较强的高密度浮泥层,航槽需进行常年维护。为提高疏浚效率、降低疏浚成本,基于耙头动力改进的思路,提出适用于长江口沉积物特性的掺气扰动耙具,并通过室内试验,探讨耙具推荐型式,推荐空压机流量及压力指标,估算掺气耙具扰动效果。结果表明,2 mm气嘴耙具掺气扰动后水体含沙量增幅高于其他孔径;相同孔径、相同气流量下,气嘴间距越大、扰动效果越明显,因此推荐耙具气嘴孔径2 mm、20 cm间距交错布置型式。对于推荐耙型,当气体压力低于4.8×105Pa、气流量小于1.1 m3/min时,扰动后水体含沙量基本呈线性增长;当气体压力超过4.8×105Pa,扰动后水体含沙量无明显变化。以室内试验推荐压力4.5×105Pa为基础,估算施工作业水深15 m,结合实际作业水深及气力损耗,现场空压机选型参考值为气流量61.7 m3/min、工作压力为0.7 MPa。据此推算设计航速1.286 m/s时,中上层(0～4 m)水体掺气扰动疏浚耙具悬扬原状土方量约800 m3/h。     

HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究

叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C（HY-1C）卫星海岸带成像仪（CZI）具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并在实测水域进行反演,与MODIS叶绿素a浓度反演产品进行了对比验证,应用CZI叶绿素a浓度模型在珠江口、长江口、渤海湾水域进行了叶绿素a浓度反演示例试验。结果表明,叶绿素a浓度模型估算浓度与实测浓度相关系数为0.774 3,平均相对误差为24.58%,利用实测叶绿素a浓度对模型进行精度验证,相关系数达到0.993 9,平均相对误差为18.49%。模型在实测水域反演得到的叶绿素a浓度分布与MODIS叶绿素a浓度产品分布大体一致。在珠江口水域反演得到叶绿素a浓度空间分布为由西北向东南逐级递减,峰值出现在珠江口西沿岸。在长江口、渤海湾反演叶绿素a浓度空间分布均符合地理实情。研究表明HY-1C卫星CZI数据可应用于中国近海水色定量化研究。     

微型贯入试验与无侧限抗压强度试验结果的对比

本文探讨了探头锥尖角度和探头直径对微型贯入试验结果的影响及微型贯入试验结果与无侧限抗压强度试验结果的相关性。结果表明,探头锥尖角度和直径对贯入曲线性状没有影响,即贯入阻力随贯入深度线性增加,达到某一贯入深度时贯入曲线出现拐点,之后贯入阻力趋于稳定,定义此时的比贯入阻力为贯入强度。探头锥尖角度越大,达到贯入曲线拐点前贯入阻力随贯入深度增长越快;贯入强度随探头锥尖角度的增加先减小后增大,当锥尖角度为60°时贯入强度最小,锥尖角度为30°、90°和180°时的贯入强度与锥尖角度为60°时贯入强度的关系呈线性关系;探头直径对比贯入曲线的影响可忽略不计,但随着探头直径的增大,贯入强度呈线性减小趋势,探头直径3.4 mm的贯入强度比7.0 mm的贯入强度增大2.5%,比10.0 mm的贯入强度增大5.0%;可用贯入曲线拐点前直线段斜率换算无侧限抗压强度,也可利用贯入强度换算无侧限抗压强度;水泥土强度的形成条件对贯入曲线拐点前直线段斜率及贯入强度与无侧限抗压强度之间的关系没有明显影响。     

基于WW3的南海北部有效波高时空变化及其极值重现期估算方法分析

本文基于第3代海浪模式WAVEWATCH Ⅲ (WW3）模拟的1996–2015年海浪后报数据,分析了南海北部有效波高及其极值的时空变化特征,并采用Pearson-Ⅲ和Gumbel两种极值分布方法对该区极值波高重现期进行了估算。结果表明,南海北部有效波高的季节变化和空间分布与季风风场基本一致,呈现秋冬高春夏低,并自吕宋海峡西侧向西南降低的特征,与ERA5再分析数据结果高度相似。有效波高极值（简称极值波高）的时空分布特征受时间分辨率强烈影响,采用极值数据的分辨率越高（如逐小时）,所展现的台风型波浪特征越显著。扣除季节变化信号后的有效波高和年极值波高均体现出较强的线性增高趋势,近20年升高的比例分别为7.7%和31.6%,值得警惕和关注。该区多年一遇极值波高存在若干个大值区,且与台风的路径、强度有直接联系,表明台风是引发该区域极端大浪的最主要机制。对比Pearson-Ⅲ和Gumbel极值分布估算结果发现：若极值波高较低,频率随极值波高升高缓慢降低,此时两种极值分布的估算都比较准确,差异极小,可忽略不计;但当研究时间范围内,某年极值波高远超其他年份时,Pearson-Ⅲ极值分布估算结果明显高...     

1949—2019年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

深圳近海风暴潮影响因素分析

风暴潮可能给沿海城市造成巨大破坏, 而深圳位于易受台风影响的南海北部沿岸, 经济和人口总量巨大, 但有关深圳近海风暴潮的研究工作却十分匮乏。本文基于区域海洋模式系统(regional ocean model system, ROMS)建立了一个以深圳近海为中心的三层嵌套模型, 用于研究深圳近海台风所致风暴潮的影响因素。首先对2018年台风“山竹”过境深圳导致的风暴潮进行模拟, 模拟结果与观测结果较为一致。在此基础上, 进行一系列参数调整试验, 研究台风登陆地点、登陆角度、台风尺度、台风强度以及移动速度的改变对风暴潮及其分布的影响。结果表明, 在深圳西边登陆的台风, 比在深圳东边登陆的台风产生的最大增水高1.5m左右。由东往西移动并登陆深圳的台风, 比由南向北移动的台风产生的最大增水高1.0m左右。台风最大风速半径增加15%, 最大增水上升0.2m左右。台风强度增强15%, 最大增水上升0.4m左右。台风移动速度总体上对风暴潮影响不大, 但不同登陆地点存在明显差异。当台风在深圳西边或者东边登陆时, 台风移动速度增加30%, 深圳沿海各海湾的最大增水反而上升0.2~0.6m。当台风从深圳中部登陆时, 台风移动速度增加30%, 珠江口的最大增水降低0.1m左右, 大鹏湾和大亚湾的最大增水却相反地上升0.2m左右, 不同海湾对台风移动速度呈现不同的变化特征, 与各海湾水体重新分布到稳定状态时间和台风作用时间有关。