Rheological behavior of dredged slurries at high water contents

Each year in the world, there is significant amount of dredged slurries generated during geotechnical jobs. In the slurry storage process, the rheological behavior is a key factor affecting the motion of dredged slurries. To gain better understanding on this behavior, experiments on dredged slurries with different liquid limits are conducted using rotary viscometer. It has been found that, as water content increases, slurry property can change from Bingham plastic fluids to Newtonian fluids. In log–log coordinates, their corresponding yield stress and plastic viscosity are in linear relationship with their water contents and the intersection of these two lines can be treated as the turning point which is 4.7 times the liquid limit. The yield stress and plastic viscosity of different dredged slurries can be normalized efficiently using normalized water content. So, in this paper, a new quantitative prediction method for yield stress and plastic viscosity is proposed, which is effective for use in alkined modes of motion, is proposed.     

Prediction of one-dimensional compression behavior of Nansha clay using fractional derivatives

Nansha clay is an interactive marine and terrestrial deposited soft clay that is widely spread in Guangzhou, Pearl River Delta, China. To avoid excessive settlement after construction, there is a need for better quantifying the time-dependent deformation of the soft clay. This paper presents a preliminary study to predict the one-dimensional compression of Nansha clay using fractional derivatives. A fractional Merchant model was introduced to describe the time-dependent settlement, and analytical solutions were obtained in terms of the Mittag-Leffler function. The oedometer test results were presented to validate this model. Compared with classical rheological models, the fractional derivative-based model enabled close estimation of the one-dimensional compression with fewer parameters. The meaning of the order of fractional derivative and its relationship with the clay physical properties were explored. It shows that a smaller value of this order corresponded to a higher coefficient of consolidation and a lower coefficient of secondary consolidation. The amplitude of both the primary and secondary consolidation of clay may be estimated quantitatively by the order of fractional derivative. Taken together, these results may open up new avenues for theoretical and empirical modeling of rheological phenomena in clay using fractional derivatives.     

利用GRACE卫星数据提取苏门答腊地震同震和震后重力变化

基于GRACE重力卫星数据,采用P3M6去相关滤波技术、350 km半径的高斯平滑技术与差分方法,提取2004年苏门答腊Mw9.3地震的同震和震后重力场时空演化过程。该地震断层下盘同震重力变化达到4.6 μGal,上盘同震重力变化最大值为-8.3 μGal,该结果与球体位错理论计算结果在量级和分布形态上具有较好的一致性。震后7 a断层下盘重力变化累计达到5.6 μGal,超过同震变化信号|而断层上盘震后重力变化只有0.6 μGal,仅为同震变化信号的11%。该现象表明,断层下盘所在海洋地层的粘滞性较低,地层相对柔软,其地层在震后由于较大的粘滞性松弛效应而持续变形,并伴随较大的重力变化|而断层上盘所在的地层接近陆地地壳特性,地层相对脆硬,震后受地层的粘滞性响应而导致的重力变化相对较小。     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×10²¹Pa·s降低至1×10¹⁹ Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

盐岩地下储气库套管运行安全的可靠性分析研究

盐岩因其具有良好的蠕变特性、低渗透性以及损伤自我恢复特性成为国际上公认的最理想能源地下存储介质。在盐岩地下储气库运营过程中储库套管受到储气内压、材料参数和几何尺寸等不确定性因素的影响,为了评价这些随机风险因素对储库套管结构运行安全的影响,建立了盐岩储气库的套管结构模型和基于Von Mises屈服准则的套管结构功能函数,根据建立的结构模型和结构功能函数,应用响应面法结合蒙特卡洛抽样计算获得储库在高压和低压运行条件下套管结构可靠度的变化规律。可靠性分析表明,为保证套管运行安全,储库最低运行内压应大于3 MPa,最高运行内压应小于22 MPa,套管靴距离储库腔顶的距离应大于10 m,并应适当加大套管的壁厚和减小套管的内径。     

不同应力状态下软黏土蠕变特性试验研究

土的蠕变性质受到许多因素的影响,在不同的应力条件下土会呈现出不同的性状。天津滨海吹填软土同样具有一般软土的蠕变特性,以其为研究对象,利用土体三轴流变试验机进行了三轴不固结不排水蠕变试验和单轴压缩蠕变试验,并选取了10个时间节点取样进行微型十字板剪切试验,研究抗剪强度变化规律。试验结果表明,单轴压缩蠕变和三轴蠕变历时曲线都具有非线性的特征,随应力水平的提高,单轴压缩蠕变的应力-应变等时曲线向应力轴靠拢,三轴蠕变的应力-应变等时曲线向应变轴靠拢;线性蠕变变形的情况下黏滞系数主要与时间有关,非线性的情况下与时间和应力水平都相关;在三轴蠕变状态下压缩模量随时间增长而减小,长期强度随时间先降低再趋于稳定;单轴压缩时压缩模量随时间增长而提高,长期强度随时间先增长后稳定。最后经过推导得出了不同应力状态下的长期强度随时间、偏应力的函数关系式。     

双相多孔介质中体波传播特性影响参数研究

基于修正的Biot理论,通过数值计算分别研究了3种体波（P1、P2、S波）的波速和衰减与固体颗粒压缩性、频率、孔隙率、流体黏滞系数、动力渗透系数等参数之间的关系。分析结果表明：（1）P1、P2波的波速和衰减与固体颗粒压缩性之间近似呈线性变化关系,而S波则几乎保持不变,并通过定量比较发现,能否忽略固体颗粒压缩性的影响取决于固体骨架体变模量( )与固体颗粒体变模量( )的比值;（2）孔隙率对P1、S波波速的影响较为显著,并且预测当孔隙率接近于1.0时,P1、P2波之间发生相互转换;（3）3种体波的波速和衰减均随流体黏滞系数和动力渗透系数而变化,且在这两个参数下的变化规律基本相反;（4）3种体波的波速和衰减均随频率的增大而增大,其中,频率对P2波的影响较大。     

基于贝叶斯理论的逐次迭代非线性AVA反演方法

常规AVA三参数反演方法均基于横波速度与纵波速度之比γ为常数这一假设条件,且常被近似地取为0.5。然而在许多情况下γ并不为常数,而是在横向与纵向都渐变。若一概假定γ等于0.5,反演出的岩性参数势必要偏离真实值,因此有必要合理地选择γ。笔者基于贝叶斯理论,提出逐次迭代非线性AVA的反演方法。该方法把γ看成横向与纵向都渐变的反演初始背景,通过给定初始模型计算初始背景γ,并采用逐次迭代的策略求解该反演问题,解决了关于γ的选取问题以及由于引入变γ值而带来的非线性问题,提高了AVA三参数反演结果的精确度。     

4DSVD分析误差与样本选取方法和样本容量的关系初探

分析误差与样本选取方法和样本容量的关系是4DSVD同化方法一个亟需研究的重要问题。获得支撑大气模式空间和观测空间吸引子的基向量是4DSVD研究的关键部分,样本的好坏和样本容量的范围是决定4DSVD基向量和分析结果质量的一个重要前提条件。首先利用Lorenz28变量模式,用4DSVD方法做了一些简单三维同化试验,探讨了Lorenz28变量模式的分析误差与样本容量和样本选取方法的关系。数值试验结果表明,对一个具体的模式,有限的样本容量就能够获得较高精度的分析结果;在模式系统和观测系统不变情况下,用一定样本容量得到的支撑模式空间和观测空间的基向量具有很好的稳定性,即一旦获得一组较好的基向量,在观测系统和模式系统不变的情况下,对同化任何时刻的观测适用;分析结果对选取方法没有太大的依赖性,但具体的样本容量要视不同模式和样本选取方法而定。用WRF模式做的4DSVD四维观测系统模拟试验结果表明,若样本选取方法得当,所需要的样本容量要远远小于模式自由度。4DSVD要真正获得较高精度的分析结果,需要的条件是尽可能的在吸引子上取样并选取充足的样本容量;间隔取样可以一定程度上减少计算量。根据数值试验结果提出了4DSVD在实际同化时样本选取的一些初步的方法。     

梯队式变刚度滞变-摩擦隔震体系的抗震设计方法

首先,在简述已有隔震体系抗震设计方法的基础上,分析了滞变一摩擦隔震体系各种因素对基底剪力的影响;然后,通过大量仿真分析,采用多项式回归的方法提出了与规范衔接的水平地震作用的计算公式;最后,提出了梯队式变刚度滞变一摩擦隔震体系的抗震设计方法,并通过工程实例验证了方法的有效性。