Constitutive model for predicting stress-strain behavior of fine-grained sediments using shear-wave velocity

Abstract

The mechanical response of a sediment to an applied stress is significantly affected by variations of material properties, state conditions, and stress states. These stress state and conditions are utilized to infer input parameters for advanced soil constitutive models. Parameters such as void ratio and effective stresses have been readily inferred from shear-wave velocities under low-strain conditions. Thus, this research aimed to develop a shear-wave velocity-based constitutive model within a critical state soil mechanics framework to predict the undrained triaxial behavior of fine-grained sediments. Laboratory tests were performed for sediment samples ranging from silt-predominant to clay-predominant sediments. As result, a new two-term power function was developed that determined mean effective stress as a function of shear-wave velocity. By virtue of this new power function, the Original Cam Clay and Modified Cam Clay critical state models were adapted to estimate the stress-strain behavior and stress paths under undrained conditions, in terms of shear velocity. In addition, correlations were developed using the state and material properties to predict the input model parameters. The developed correlations allow broad application of the proposed framework to different sediment types in which clay and silt are the dominant deposits.     

底质细化对厦门潮下带文昌鱼栖息地大型底栖动物群落的影响

本文根据2014年至2017年在厦门文昌鱼保护区黄厝、南线十八线、鳄鱼屿和小嶝岛四处潮下带以及参照点白城潮下带获得的大型底栖动物和沉积物粒径数据,探讨底质细化对厦门潮下带文昌鱼栖息地大型底栖动物群落的影响。聚类分析表明个别黏土含量较高的取样站没有发现文昌鱼且大型底栖动物种数少。单因素方差分析表明,厦门潮下带部分大型底栖动物群落参数和优势种数量存在显著差异。底质粒径分析表明, 2017年9月,鳄鱼屿和白城潮下带黏土和粉砂含量高于黄厝、南线十八线和小嶝岛潮下带的黏土和粉砂含量。2016年夏季黄厝、南线十八线潮下带黏土和粉砂含量明显高于2014年夏季的黏土和粉砂含量。相关分析表明,5个大型底栖动物群落参数如物种数、栖息密度、生物量、多样性指数(H′)和丰度指数(d), 7个常见种的栖息密度和生物量与粉砂和黏土含量呈显著正相关,均匀度指数(J)和4种常见种的数量与粉砂和黏土含量无显著相关,白氏文昌鱼(Branchiostoma belcheri)的栖息密度和生物量与粉砂和黏土含量呈显著负相关。上述结果证实,黏土含量增加到15%和粉砂含量增加到60%有利于多数大型底栖动物栖息密度和生物量的增加,但导致白氏文昌鱼栖息密度和生物量的减少,而红角沙蚕(Ceratonereiserythraeenis)、滑指矶沙蚕(Eunice indica)、光滑倍棘蛇尾(Amphioplus laevis)受底质细化的影响较小。     

天然气水合物降压开采过程中储层应力规律分析

为了研究天然气水合物降压开采过程的储层应力及其稳定性,运用线性多孔弹性力学和岩石力学知识,考虑水合物储层原始应力、孔隙压力、渗流附加应力及降压开采水合物过程中水合物饱和度的变化,建立了降压开采天然气水合物储层的力学模型,结合墨西哥湾某处水合物藏的基本参数,对降压开采水合物储层应力变化和开采过程的储层稳定性进行研究。结果表明：井底压力是影响水合物储层应力变化的关键因素之一;渗流附加应力在一定程度上减小了储层的应力;水合物分解储层应力发生变化,储层应力在井壁处的波动最大,井壁处是整个储层所受轴向偏应力最大的位置,因此井壁处是优先发生剪切破坏的位置;为了储层的稳定性,降压开采水合物生产压差应小于2.19 MPa。     

1700—1978年云南山地掌鸠河流域耕地时空演变的网格化重建

基于多源数据资料重建小尺度区域历史时期土地利用/覆盖变化,对深入理解土地利用变化的驱动力机制及其环境和气候效应具有重要意义。本文利用从流域尺度聚落格局演变重建到聚落尺度耕地数量和空间分布重建,再到流域尺度耕地格局重建的思路,以云南山地典型的中小流域为研究区,以历史文献资料、田野考察资料、历史地理学研究成果、档案资料、现代统计资料、地理基础数据为支撑,综合考虑区域自然因素（坡度、海拔高度）、人文因素（人口、政策、农业技术、耕地与居民点距离）,设计了历史时期山地小尺度区域耕地网格化重建模型,重建了1700—1978年具有明确时间和空间属性的网格化耕地格局。结果表明：① 掌鸠河流域的耕地面积近300 a增长6.3倍,垦殖率从1700年的2.1%上升到1978年的15.6%。② 不同地形区的耕地面积差异较为显著,其中山区和半山区的耕地面积最大,且增长速度最快;平坝区和中下游河谷区的耕地面积增长相对平缓,是自然环境、人口、政策和农业技术等因素综合作用的结果。③ 通过总耕地面积和人均耕地面积等对结果进行验证,证明了重建结果的合理性。本文设计的网格化重建模型可以为模拟具有明确时间和空间属性的小尺度区域历史耕地网格化数据集提供参考。     

超越“演化”:老工业区重构研究进展与范式反思

老工业区重构是经济地理学的重要研究议题。在全球化步伐放缓和全球制造业下行的宏观背景下,老工业区已愈来愈成为各国发展战略制定的核心对象。对近十年有关老工业区重构的中外文献进行细致梳理,指出了当下研究存在范式应用多元化的趋势,但这些范式在概念使用、尺度聚焦、时空侧重和机制解释上存在显著差异,缺乏相互融合和优势互补,面临现实应用瓶颈。特别是,长期用于解释老工业区重构的演化经济地理学,因其忽视多尺度-多主体-多分析单元的能动性作用而难以有效解释重构过程、机制、结果及其背后的地理性。本文将转型研究中的多层次视角同演化范式相结合,提供了一种具备上下因果辩证解释力的多尺度分析框架,能有效解释老工业区重构问题。在此基础上,探讨了未来研究方向。     

长沙市居住区空间宜居程度研究

以长沙市为例,建立由20 367个建筑体块以及水体、地形、道路等要素构成的城市三维模型,通过建设、环境、交通、服务、景观5个方面的20个指标的计算,对全市1 860个居住区的空间宜居程度进行综合分析。结果表明：长沙市居住区的空间宜居程度存在显著的空间差异,呈现出“西高东低”“一走廊三高地三低地”的空间特征。湘江沿岸“走廊”以及梅溪湖、松雅湖、洋湖周边区域“三高地”的空间宜居程度较高,中心城区则存在空间宜居程度最低的“三低地”。城市综合宜居程度与景观类指标、环境类指标呈空间正相关,建设类指标呈现“中心低、边缘高”现象,而交通类、服务类指标呈现“中心高、边缘低”现象。产生上述特征的主要原因在于：城市扩张与居住区建设速度过快,居住区对景观资源依赖性强,老旧小区搬迁改造推进缓慢,新建城区配套服务不足。应该从控制城市周边居住区的新建、推动旧城改造、加强景观营造、完善配套服务等方面进一步优化。     

近20年青海三江源自然保护区植被生产力变化模拟

三江源保护区是我国最大的自然保护区,对我国的生态安全起着重要的保障作用。作为生态系统功能重要指标之一的净初级生产力的大小及其速率,一直是人们关心的问题。本文利用GLOPEM模型模拟得到的青海三江源地区1988-2008年的NPP数据,计算了三江源自然保护区内外1988-2008、1988-2004,以及2004-2008年3个时间段的NPP年际变化速率,比较了三江源保护区内外的NPP年际变化。同时对三江源各个下属保护区的NPP增长潜力进行了排序,结果认为,三江源地区自生态系统工程实施以来,NPP有了明显的回升,回升速率约为0.47 gC/m²·a,其内部大多数子保护区的NPP也有了明显恢复,NPP回升的保护区占到总保护区数量的72%。     

Marine genetic resources: A review of scientific and commercial interest

Marine genetic resources both within and beyond national jurisdiction have been the focus of international negotiations in a range of forums in recent years. One recurrent theme throughout these discussions has been the absence of detailed information upon which policy responses to the emerging issue of the conservation and sustainable use of marine genetic resources (especially in areas beyond national jurisdiction) could be based. In an effort to address some of these knowledge gaps, this article examines the level and nature of scientific and commercial interest in marine genetic resources, including in areas beyond national jurisdiction. It also examines the changing perspectives of the scientific community in relation to the potential of marine genetic resources.     

台湾海峡及其邻近海域潮汐数值计算

建立二维潮波模式,模拟了台湾海峡及其邻近海域（18～30°N,110～130°E）八个主要分潮（M2、S2、K1、O1、P1、Q1、K2、N2）,并利用中国大陆及环台湾岛20多个潮位站的实洲资料进行验证,计算结果与实测值吻合良好。此外,给出了八个主要分潮的同潮图,并逐个讨论了潮汐特征。结果艟示：（1）台湾海峡中的潮波运动是北部蜕化了的旋转潮波系统和南部的前进潮波系统共同作用的结果。（2）半日分潮南、北两支潮波在台湾海峡中部汇合,而今日分潮则在台湾海峡南部海域汇合后继续朝西南方向传播。（3）半日分潮振幅最高值发生在福建省湄洲湾－兴化湾一带,全日分湖最高值则出现在雷州半岛以东一带近岸海域。（4）N2、K2和O1、P1、Q1分湖的振幅、迟角分布分别同M2与K1分潮的整体分布趋势相似。     

天津近岸典型区域生态环境变化趋势分析

利用2003～2005年天津近岸典型区域(驴驹河附近海域)赤潮监控区和增养殖区的监测资料,对该海域生态环境变化趋势进行了分析.主要得出如下结论:(1)驴驹河区域海水水质状况正在迅速恶化,从1983～2005年,活性磷酸盐和无机氮增幅分别高达1737%和1976%,水质也由1983年的一类海水迅速恶化到2005年的劣四类海水;营养盐结构也发生了较大变化,由以前的还原性环境突变为近年来的氧化性环境.(2)驴驹河区域水体中营养盐N、P、Si比值已经失衡,正在由硅供应相对充足演变为硅供应不足和P相对不足.(3)水体中高含量活性磷酸盐与叶绿素a较高的相关性,一定程度上可以作为某些对活性磷酸盐比较依赖的藻类赤潮爆发的讯号.综合以上状况得出结论:驴驹河区域生态环境质量状况呈现迅速恶化的趋势.