振动导致黄河口海床渗透性变化研究

黄河水下三角洲为细粒粉质土沉积。土体渗透性是海工设计与海床稳定性评价的重要参数之一。在波浪等循环荷载作用下,黄河口海床土渗透系数如何变化尚不清楚。本文利用现场原位振动试验和室内土样振动实验,研究土体渗透系数随所受振动能量的变化,发现循环荷载作用使海床土渗透系数先变小然后持续变大,变化幅值可达4倍多。通过同步测量循环荷载导致的土体容重等的变化,结合试验现象的观测,进一步分析了渗透系数随循环荷载变化的机理。     

振动导致黄河口粉质土性质与起动流速的变化

通过现场试验,研究模拟波浪振动导致的黄河口海床表层粉质土重度与强度的变化;通过室内试验,研究了黄河口海床土重度、强度、中值粒径、起动流速随振动能量的变化;将起动流速的试验测试结果与代表性经验公式计算值进行了比较。发现振动导致黄河口粉质土物理力学指标呈现周期性的变化,进而引起起动流速相应的变化;起动流速不仅与土体重度、粒径、强度有关,还与土体承受的波浪荷载振动能量有密切关系;起动流速经验公式计算结果与试验测试值不吻合。     

波浪和潮波作用下黄河口快速沉积海床土非均匀固结试验研究

黄河高含沙量水体在弱潮陆相河口入海,80 %的泥沙在河口附近快速堆积。过去研究发现,黄河三角洲潮滩表层沉积物呈现非均匀固结状态。为了揭示该现象产生的机制,在黄河刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,研究快速沉积的粉质海床土在波浪和潮波作用下的孔压响应及非均匀固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位测试手段,实时测定快速沉积的海床土强度和孔压变化过程。研究发现,快速沉积的粉质土在自重作用下的固结速度很快,正常固结完成后,强度随时间的发展依然不断增加,沿深度方向出现类似原状土体的固结非均匀现象和似超固结状态;在波浪和潮波作用下快速沉积粉质土孔压沿深度出现非均匀变化,在波浪作用下出现了超静孔压的积累。分析发现,该固结状态和强度沿深度方向非均匀变化是由于土体在潮波及潮波和波浪的联合作用下形成的;潮滩表层土体在波浪荷载长期作用下形成硬壳层。     

新型海上静力触探设备的研制与应用

海上静力触探是一种操作简单、经济高效、测量数据可靠的海床土体原位测量方法。国内自主研发的海上静力触探设备很少能够广泛的应用在实际工程勘察中。本文介绍了一种新型海上静力触探设备,由贯入系统、液压系统、甲板控制系统、浮力系统四部分组成,可在地形复杂多样的滩浅海区域进行连续走航测试。利用这套设备在黄河口海域进行地质勘察,并对该海域的海床土层结构划分进行了探讨,证明了该设备在滩浅海地区的工程勘察领域有者广阔的应用前景。     

南海北部陆坡表层沉积物强度特征研究

随着海洋开发活动由浅海走向深海,南海北部陆坡的沉积物强度特性逐渐成为关注热点。本文通过参与2015年与2016年共享航次计划,在南海北部莺琼陆坡、神狐陆坡、东沙陆坡、台湾浅滩陆坡进行沉积物重力取样与箱式取样,并现场剖样,用以进行沉积物强度测试。地质取样结果表明东沙陆坡砂含量相对较高并发现直径约22cm黑色气孔状碳酸盐结核。在神狐陆坡沉积物表层发现活体壳类生物,在110cm深度处发现壳类生物遗骸。十字板剪切试验与笔式贯入试验结果表明南海北部陆坡,沉积物强度差异较大。但总体而言,除东沙陆坡外,莺琼陆坡、神狐陆坡、台湾浅滩陆坡表层沉积物强度一般较低。0～20cm范围内,笔式贯入阻力一般小于0.1N,十字板剪切强度最大一般不超过10kPa。0～300cm深度范围内,沉积物强度沿深度方向大致呈递增趋势,个别站位递增趋势不明显。台湾浅滩陆坡等南海北部陆坡表层沉积物存在强度分层:分层界面以上,沉积物强度较低;分层界面处,沉积物强度骤增。该分层界面可能是海底滑坡的潜在滑动面。     

胶州湾近岸沉积物-海水汞的释放研究

本文通过模拟实验研究了胶州湾海泊河口和李村河口沉积物中的汞在不同环境条件下向海水的释放,并对汞的释放动力学数据进行了拟合。总体上两种沉积物汞的释放浓度分别为1.41~5.99μg/L和1.06~3.62μg/L,最大释放率分别为2.7%和3.4%,对胶州湾潮间带水质产生较大的影响。海水的pH值、温度和沉积物厚度都会影响汞的释放。pH<7时,汞的释放作用随pH值的升高而降低,pH>7时,汞的释放作用随pH值的升高而增大;海水温度越高,汞的释放作用越强;随沉积物厚度的增加,汞的释放量增加,释放率降低,海泊河口和李村河口沉积物的有效厚度分别为3.5cm和2.5cm。汞的释放动力学拟合结果表明多个方程都能较好的描述汞的释放动力学过程,其中以Ho的二级动力学方程拟合结果最好。     

海底沉积物孔隙压力原位长期观测技术回顾和展望

海底沉积物孔隙压力对海底地质灾害过程反应敏感,是表征海床稳定性的一个重要指标,通过海底沉积物的孔隙压力观测可以判断海床的稳定状态,对于海底地质灾害预测预警具有重要意义。海底沉积物孔隙压力观测存在(1)超高背景压力下的高精度测量;(2)贯入过程传感器超量程破坏;(3)系统长期供电及传感器漂移;(4)深海海底布放和回收等技术难点。国际上海底孔隙压力观测技术从20世纪60年代开始发展,逐渐形成了系列核心监测技术和成熟的商业化设备产品。挪威岩土工程研究所NGI与美国伊利诺伊大学共同研发的NGI-Illinois压差式孔隙压力观测系统,是已知最早的海底沉积物孔隙压力观测设备。此后,美国地质调查局USGS、美国桑迪亚国家实验室、英国牛津大学等相继研发了不同结构的观测设备,覆盖浅海到深海。其中,英国海洋科学研究所研发成功的深海孔隙压力原位长期观测设备PUPPI是一个重要的历史节点,该设备能够在6 000 m水深的环境中连续运行一年,成为当时最成功的海底孔隙压力观测设备,其现代化的设备结构和设计理念被后续的观测设备广为借鉴。21世纪以来,得益于海洋科学技术的整体进步,国际孔隙压力观测技术发展呈现加速趋势。法国海洋开发研究院IFREMER研发的Piezometer系列孔隙压力观测探杆,代表了当今世界的先进水平,可能是目前应用次数最多的海底孔隙压力观测设备。我国在深海探测、观测技术领域起步较晚,在深海沉积物孔隙压力原位长期观测技术方面几乎空白,发展很不成熟。其中,中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所等单位进行了较多的探索性研发工作。近年来,以港珠澳大桥建设、南海天然气水合物试采等为标志的大批国家级海洋建设项目如火如荼,深海油气矿产资源开发、深海天然气水合物开采利用等海洋新兴产业快速起步,深海孔隙压力原位长期监测关键核心技术等“卡脖子”问题仍然突出,严重制约了我国海洋工程产业发展的步伐。因此,迫切需要发展具有自主知识产权和关键核心技术的国产深海沉积物孔隙压力原位长期监测技术。本文回顾了国际、国内海底孔隙压力观测技术的相关研究进展,旨在分析总结孔隙压力观测技术及其应用中涉及的一些核心技术和亟待解决的关键问题,以期为我国该项技术的发展和应用提供借鉴。     

波流作用下海底边界层沉积物再悬浮与影响因素研究

海底沉积物再悬浮及其分布取决于海洋水动力、沉积物类型与床面形态之间复杂的相互作用,准确地理解和确定沉积物再悬浮过程对于沉积物输运的研究具有重要的意义。本文在祥云湾海洋牧场典型海域开展现场原位观测,获取研究区波浪、海流及悬浮沉积物浓度数据;分析了波、流作用下海底边界层悬浮沉积物垂向分布特征,并探究了海洋水动力和床面形态对悬浮沉积物垂向分布的影响。结果表明,研究区波流之间的相互作用不显著,沉积物再悬浮受控于风暴浪作用,风暴浪作用下底床切应力可以达到沉积物临界切应力的10～15倍,沉积物的再悬浮滞后于风暴浪作用2～3 h。在波浪荷载微小的情况下,悬浮沉积物垂向分布呈现"I"型,波浪荷载下,悬浮沉积物垂向分布呈现幂指函数分布,表现为"L"型;床面形态随波、流作用而演化,影响沉积物的再悬浮过程,u_(?w)/u_(?c)=1.00可作为波浪和海流起主导控制作用的床面形态的判别依据,纯波浪荷载作用下的u_(?w)/u_(?c)显著高于波浪主控作用下,但二者之间的界线随着波浪荷载的增加而升高。     

胶州湾工程地质环境质量综合评价区划

选取底质成分、基岩类型、第四系厚度、水深、基岩坡度、潮流流速、波高、构造发育情况共８个因素作为评价指标,利用模糊数学方法对胶州湾工程地质环境质量进行定量评价,将研究区划分为工程地质环境稳定区、次稳定区、次不稳定区、不稳定区,阐述了各区存在的工程隐患,研究成果对胶州湾开发建设具一定的指导意义。     

悬浮泥沙含量与电导率关系及其影响因素的实验研究

为了寻求一种简单、快速、连续测定悬浮泥沙含量的方法,以高含沙量海区黄河口泥沙为研究对象,利用电导率仪测定了不同悬浮泥沙含量水体的电导率.前期实验结果已经证明悬浮泥沙含量与电导率之间有很好的线性关系.在此基础上扩大研究范围,并对影响悬浮泥沙含量与电导率关系的因素进行定量分析,结果表明,盐度、温度、颗粒粒径对电导率具有一定...