基于 Biot-Stoll 模型声速反演中的参数选择——以南海南部沉积物为例

研究海底表层沉积物性质对海洋矿产资源探测、海洋工程建设等有重要的意义。Biot-Stoll模型可以模拟预测海底沉积物的物理性质,但采用不同的参数模拟的效果不同。Stoll参数是各种海洋环境下模型达到最佳预测的单一数值的形式;Schock参数则是对渗透率、孔隙大小、沉积物孔隙曲折度等修改后的函数表达式形式,更接近沉积物实际情况。采用Stoll参数和Schock参数分别计算了南海南部海区海底沉积物纵波速度,并对南海南部沉积物样品进行了计算和实测对比,结果表明,采用Stoll参数计算误差较大,平均为3.962%;采用Schock参数计算误差较小,平均为0.847%。因此,在南海南部海区采用Schock参数预测海底表层沉积物物理性质更准确。     

我国海洋环境地质

我国海洋地质环境研究始于20世纪50至60年代,80至90年代是我国海洋环境地质学形成和快速发展时期。灾害地质是海洋环境地质研究的先行领域,全球变化研究也取得长足进展。全球变化、区域海洋环境地质调查、滨海城市地质、沿海地下水环境、海洋灾害地质、海底不稳定性、滨海湿地、人类活动对海洋地质环境影响等,都是今后我国海洋环境地质研究的重要方向。我国海岸带地质环境,具有构造活动性强、入海泥沙大、多风暴潮、人工环境非常突出等特征。海岸带基本环境问题包括地质资源利用、人为工程环境、流域环境变化、海平面上升等对海岸带环境影响4个方面。黄河、长江、珠江三大三角洲,除共性问题外,还存在各自独特的环境地质问题。海底不稳定性和灾害地质因素是目前近海环境地质学研究的主要课题,大抵可分为构造、斜坡、底型和结构4种不稳定性。中国近海有六大类约40种灾害地质因素。根据地质环境特征,中国近海可分为17个环境地质区。     

中国东南近海海底沉积物声学物理性质及其相关关系

在获得的数据资料基础上,发现了中国东南近海海底沉积物声学物理参数的平面分布规律,通过对这些参数的回归分析以及对声速和沉积物密度的估计,建立了经验公式。结果显示,中国东南近海海底沉积物的基本声学物理特性如下:沉积物类型多样而且复杂,从黏土到砂砾有13个颗粒组分组合;沉积物物理力学参数变化范围较大;沉积物声学性质相对于附近海域的数据变化范围更大。这些都与海底沉积环境、沉积物来源、沉积条件和沉积作用过程有关。该项研究有助于建立海底地声模型及开展应用。     

基于极限分析上限方法的海底斜坡稳定性评价

极限平衡法仍是当前海底斜坡稳定性的主要工程评价方法,但该法只能给出稳定性分析的近似解答。基于极限分析运动学定理,假定海底斜坡发生对数螺线型滑移破坏模式,将滑体有效自重和简化波浪力等以外荷载形式叠加引入到虚功率方程中,与潜在滑动面上由黏聚力产生的内能耗散率相平衡,建立考虑一阶简化波浪效应的海底斜坡上限解法;利用多变量无导数求极值的逐级迭代方法与最优化技术,结合抗剪强度折减思想,求解波浪加载下不同时刻的海底斜坡稳定性与相应的临界破坏机构,并针对典型算例开展有限元数值解的验证。进而联合采用数值法与上限解,探讨波高、波长、水深等波浪参数对海底斜坡稳定性与滑动机制的影响。结果表明,本文提出的上限解与数值解吻合较好,获得的安全系数与破坏模式等符合一般规律,为波浪作用下海底斜坡的稳定性评价提供了新的途径。     

Intergrain contact density indices for granular mixes I： Framework

Mechanical behavior such as stress-strain response, shear strength, resistance to liquefaction, modulus, and shear wave velocity of granular mixes containing coarse and fine grains is dependent on intergrain contact density of the soil. The global void ratio e is a poor index of contact density for such soils. The contact density depends on void ratio, fine grain content （Cv）, size disparity between particles, and gradation among other factors. A simple analysis of a two-sized particle system with large size disparity is used to develop an understanding of the effects of Cv, e, and gradation of coarse and fine grained soils in the soil mix on intergrain contact density. An equivalent intergranular void ratio （ec）oq is introduced as a useful intergrain contact density for soils at fines content of less than a threshold value Crth. Beyond this value, an equivalent interfine void ratio （ef）eq is introduced as a primary intergrain contact density index. At higher values of Cv beyond a limiting value of fine grains content CVL, an interfine void ratio ef is introduced as the primary contact density index. Relevant equivalent relative density indices （Drc）eq and （Drf）eq are also presented. Experimental data show that these new indices correlate well with steady state strength, liquefaction resistance, and shear wave velocities of sands, silty sands, sandy silts, and gravelly sand mixes.     

低围压下冻结粉质粘土的三轴强度及变形分析

高围压和低围压对冻土的变形性能及力学指标有不同的影响。对冻结粉质粘土进行了3种负温、4种围压下的三轴试验。试验结果表明：在温度相同时,不同围压、不同应变速率下的应力-应变曲线具有相同的形态,其三轴抗剪强度与围压及温度有明显的线性关系,与应变速率成指数关系;变形模量与围压没有明显的相关关系,但与温度成线性关系,与应变速率成指数关系。而且从冻土结构角度分析了冻土变形及其强度表现的内在原因。     

海底地基形位测量仪研制与海上试验研究

为了实现对海洋平台海底地基形位进行高效精细测量,基于多波束测深原理研制了拥有自主知识产权国产首套海底地基形位测量仪;文中给出海底地基形位测量仪的工作原理、系统组成,设计方案和主要关键技术,并在对该设备进行水池测试的基础上进一步开展了JZ20-2MUQ石油钻井平台海上外场实地测量试验研究,并对测量数据进行了细致处理获得了平台桩腿受冲刷影响形成的坑形信息;与传统潜水员探摸结果进行比对的结果表明该设备技术先进、测量结果有效可信,可以为海洋平台地基基础测试分析与安全评估提供重要的桩基形位信息。     

南黄海中部海底沉积物剪切波速度测量及其与物理力学性质参数的关系

采用弯曲元剪切波测试方法对在南黄海中部采集到的沉积物样品进行了剪切波速度测试,基于所获得的剪切波速度数据,分析了研究区沉积物剪切波速度特性及分布规律。分析表明,沉积物剪切波速度为12.05~74.55m/s,总体相对较低。浅表层沉积物剪切波速度呈现出分区域分布特征,可分为东北部低速区、西南部高速区、北西-南东向梯度带以及测区东南部的低速背景上的串珠状高速异常区四个区域。通过回归分析,建立了剪切波速度与密度、含水率、孔隙比、孔隙度、液限、塑限、压缩系数、抗剪强度等沉积物物理力学参数之间相互关系的经验回归公式。回归分析结果表明,海底沉积物剪切波速度与上述物理力学参数之间均具有较好的相关性,相关系数R均大于0.80。     

An experimental study on the wave-induced pore water pressure change and relative influencing factors in the silty seabed

In this study, a flume experiment was designed to investigate the characteristics of wave-induced pore water pressure in the soil of a silty seabed with different clay contents, soil layer buried depths and wave heights respectively. The study showed that water waves propagating over silty seabed can induce significant change of pore water pressure, and the amplitude of pore pressure depends on depth of buried soil layer, clay content and wave height, which are considered as the three influencing factors for pore water pressure change. The pressure will attenuate according to exponential law with increase of soil layer buried depth, and the attenuation being more rapid in those soil layers with higher clay content and greater wave height. The pore pressure in silty seabed increases rapidly in the initial stage of wave action, then decreases gradually to a stable value, depending on the depth of buried soil layer, clay content and wave height. The peak value of pore pressure will increase if clay content or depth of buried soil layer decreases, or wave height increases. The analysis indicated that these soils with 5% clay content and waves with higher wave height produce instability in bed easier, and that the wave energy is mostly dissipated near the surface of soils and 5% clay content in soils can prevent pore pressure from dissipating immediately.     

粉细砂的真三轴试验与强度特性

采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明,建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。