电阻率法监测黄河口海床沉积物固结过程现场试验研究

为了研究黄河口海床沉积物固结过程中电阻率同工程力学性质指标的对应关系,探索海床土体固结过程的新型原位监测技术,本文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沉积物和观测研究粉质土海床的固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位土工测试手段,实时测定固结过程中海床土强度变化和孔隙水压力消散过程;同时通过埋置自行研制的环形电极探杆,实时测定海床土固结过程中的电阻率变化。通过对比分析海床土电阻率与工程力学性质指标的同步测定数据发现:黄河口饱和粉土的电阻率与微型贯入试验测得的土体贯入强度,静力触探试验测得的比贯入阻力,十字板剪切试验测得的不排水抗剪强度(峰值强度、残余强度)均呈乘幂关系,且相关性良好;海床沉积物在固结过程中的电阻率与孔隙水压力呈负线性相关性。     

波浪作用下黄河口粉土海床粗化室内模型试验研究

利用室内水槽模型实验,对黄河口粉质海床土在波浪荷载下的粗化现象进行了研究,试验中观测了土体表层沉积物的变化,测量了土体内孔隙水压力及土的粒径变化,结合高密度电阻率法探测结果分析探讨了波浪作用下土体粗化机理.研究表明,波浪作用会使粉质海床土发生明显的粗化现象;土体液化是波浪导致粉土粗化的首要条件;土体内超孔隙水压力累积及消散是细颗粒物质迁移的主要动力.该结果对于研究黄河口粉土海床地貌的形成有一定参考意义.     

盐度影响沉积物抗侵蚀性的环形水槽试验研究

黄河口海域盐度变化受入海径流量、海洋动力条件及气候等影响,时空变化显著。河口区盐度场的变化不仅会影响营养盐、污染物的运输,还会改变入海泥沙的沉降及固结特性,进一步影响沉积物的抗侵蚀性。为研究不同盐度环境对沉积物抗侵蚀性的影响,选用黄河三角洲沉积物进行室内循环水槽试验,模拟不同盐度条件下沉积物发生侵蚀再悬浮的过程。研究得出在本研究区盐度0～36‰范围内,黄河口细颗粒沉积物临界切应力值存在明显差异,变化范围为0.055 6～0.080 6 Pa。固结程度相同,沉积物临界切应力随盐度的增加呈对数增长特征,在盐度小于9‰的条件下,黄河口细颗粒沉积物抗侵蚀性受盐度环境变化的影响尤为明显;固结程度不同,随着固结时间的推移,盐度环境的增加对沉积物临界切应力的促进作用减小。     

波浪导致粉质土海床破坏过程试验研究

以黄河三角洲粉质土底床为研究对象,通过水槽模拟试验,研究了不同波高波浪荷载作用下底床的破坏过程与特点。研究发现,波浪导致粉质土底床在孔压累积和剪应力耦合作用下由表及里破坏;在波浪作用下粉质土底床破坏过程分为土体扩展过程和土体恢复过程,在扩展过程中,破坏土体与波浪同步振荡,边界不断扩展直至极限深度。在恢复过程中,破坏土体振荡由深到浅逐渐停止,稳定后出现细粒土夹层;破坏土体的长度﹑深度和体积间呈幂函数关系,破坏土体的范围主要由深度决定;波浪作用停止后,动力固结不足的原破坏土体在新一轮波浪作用下可能会再次破坏;基于极限平衡理论对波致粉质土底床的破坏深度范围进行了初步的预测,并与试验结果进行了对比分析。     

台湾浅滩沉积物粒度特征及输运趋势

2007年7月,对台湾浅滩43个站位进行了表层底质采样,在室内用Mastersizer 2000型激光粒度仪获得了沉积物的粒径分布,并用矩法计算其粒径参数.研究区内沉积物类型多为砂和含砾砂,平均粒径集中于0Φ到3Φ之间.福建—广东沿岸海域一带沉积略细,沿岸带外侧的浅槽,以及台湾浅滩东北边坡与南边坡沉积略粗.用粒径趋势分析计算结果显示,台湾浅滩东北方向与偏西方向的沉积物均向浅滩核部汇聚;而浅滩核心区的粒度参数比较接近,沉积物输运趋势弱化.     

黄河入海径流量与河口沉积物的侵蚀关系

河口地区海水环境变化复杂,岸滩侵蚀严重,入海径流对侵蚀的影响不可忽视.从入海径流量与河口盐度变化的关系入手,主要阐述了海水盐度变化对河口泥沙沉降及泥沙沉降后固结的影响,进而讨论盐度变化对河口沉积物侵蚀的影响,其中,着重对黄河口地区入海径流量与河口沉积物侵蚀的关系进行了探讨;并且概述了黄河口沉积物侵蚀相关的研究情况,指出在黄河三角洲等河口岸滩侵蚀的研究中,可以以盐度等为媒介,把入海径流与沉积物本身联系起来,综合考虑分析岸滩侵蚀机理.     

生物活动对黄河口潮滩表层沉积物扰动作用的研究

以螃蟹扰动作用下黄河口刁口地区潮滩表层沉积物为例,对沉积物的物理力学性质及其运移进行了试验研究,结果表明:螃蟹扰动作用使表层20 cm以内沉积物的含水率明显增加,渗透性略有提高,表层30 cm以内土体贯入强度降低,下层土体贯入强度增高;螃蟹每日掘出的细粒物质达502.08 g/m2(干重),远大于螃蟹洞穴在涨落潮过程中所捕获的细颗粒物质,并使潮滩表层沉积物细化。从螃蟹扰动对沉积物组成、性质和运移产生的作用,可以得出生物活动对黄河口潮滩的稳定性具有一定的影响。     

现代黄河水下三角洲土体工程性质及固结沉降特性研究

现代黄河水下三角洲沉积速度快,具有含水量高、密度低的特点,极易因固结压实产生沉降,从而导致地形变化。本文通过收集位于现代黄河水下三角洲的2个钻孔资料,分析了2个钻孔的工程性质,计算了土体的最终固结沉降量和沉降速率。结果表明,由于黄河改道及钻孔所在位置不同,2个钻孔的10m以浅沉积物有明显的差异,ZK-1的表层沉积物有明显的粗化现象,相应的工程性质也有所差别;根据Terzaghi一维固结理论,计算得到ZK-1和ZK-2孔的最终固结沉降量分别为2.08和1.70m,单位厚度土体的沉降量在0.2~9.6cm/m之间;土体达到稳定状态大约需要15~20a,厚度50m以内土体的平均沉降速率为6.5~8.5cm/a。     

莱州浅滩表层沉积物的分布特征及影响因素

以莱州浅滩附近148个表层沉积物粒度资料为基础,结合潮流场数值模拟和泥沙起动流速计算资料,分析了莱州浅滩表层沉积物分布特征,初步探讨了研究区表层沉积物分布格局的形成机理及影响因素.结果表明,莱州浅滩表层沉积物由滩顶向两侧,粒径变细,分选性变差;物源和浅滩形态控制着研究区的沉积物整体分布格局,而浅滩特有的水动力条件则导致沉积物发生进一步分异:滩顶沉积物的分布主要受波浪和潮流的联合作用,两侧沉积物的分布则主要由浅滩两侧的潮致环流控制.     

黄河口粉质土沉积物侵蚀性动态变化试验研究

通过一系列室内试验,研究了黄河口粉质类沉积物在循环动荷载作用后侵蚀性的变化.在试验中,采用真空预压固结装置制备重塑土样,采用液压伺服土动三轴试验机实现了不同幅值及不同振次的动荷载作用条件,并通过动三轴静态试验及贯入强度测试,测定了动荷载作用后土样强度的变化.通过水槽冲刷试验测试了不同条件的动荷载作用后,土样抗冲刷能力的变化,并进行了临界剪切应力的计算.试验结果表明:对于黄河口粉质类沉积物,动荷载作用后其强度及抗侵蚀性均降低;沉积物强度指标(不排水剪切强度、残余强度、贯入阻力)、侵蚀性指标(起动流速、临界剪切应力、冲刷率)与动荷载幅值、动荷载振次均呈现出较好的线性相关性.     

波浪作用下沉积物中总石油烃的迁移释放规律

海底石油管线泄漏可能导致海床内部形成高浓度石油污染。在波浪作用下,海床沉积物易发生再悬浮甚至液化失稳现象,进而导致海床内部石油类污染物通过多种途径向水体再次释放并在土体内部发生迁移,造成更大范围的石油扩散。本研究以总石油烃（Total Petroleum Hydrocarbon,TPH）设为代表性污染物,将污染泥浆以椭球状埋设在沉积物内部,采用波浪水槽试验研究不同强度波浪作用下TPH向上覆水体的释放规律及在沉积物内部的迁移规律。结果表明,在沉积物静置固结阶段前期,TPH随孔隙水由沉积物向上覆水体迁移释放,固结阶段前期TPH向上覆水体的释放量高于后期。在波浪作用未引起沉积物液化阶段,波浪促进石油类污染物向水体释放的作用较弱,由于悬浮泥沙对石油类污染物的吸附作用,水体中石油类污染物的浓度略低于静置固结阶段。在波浪作用引起沉积物液化阶段,随着悬浮泥沙浓度升高,TPH向上覆水体释放量加大;TPH在沉积物内部垂向迁移及平面扩散迁移距离加大,平面迁移距离大于垂向迁移距离,垂向扩散深度与液化深度基本一致,污染土体体积占比约为土体未液化时的3倍。     

海水盐度对沉降泥沙固结过程影响研究

黄河每年输送上亿吨泥沙入海,其中80%以上沉积在河口附近水下三角洲。受黄河入海径流量、气候及海洋动力条件影响,黄河口海域海水盐度变化显著。目前,不同盐度海水环境下入海泥沙沉降形成的海床土,固结过程有何差异尚不清楚。本文在黄河水下三角洲潮坪配制不同盐度的流态沉积物,模拟不同沉积环境下新沉积土的固结过程,利用轻型贯入测试、十字板剪切测试等现场原位试验,实时观测沉积环境盐度对沉降泥沙固结过程的影响。研究发现:随着海水盐度增加,沉积物固结强度增大,沉积环境盐度每增高1‰,沉积物固结后强度可增加0.15倍;海水盐度对沉积物固结速率的影响,在初始阶段表现不明显,在沉积物固结后期,盐度每增高1‰,固结速率可增长1.23倍;海水盐度的增高,还加剧了沉积物固结强度的空间非均匀性。本研究的发现,促进了对河口区海底工程环境的认识。     

海洋盐度场对细粒沉积物临界剪应力影响北大核心CSCD

黄河口海域盐度变化受黄河入海径流量、气候及海洋动力条件的影响,河口沉积物的沉降、固结及侵蚀等动力学行为与黄河口海域盐度变化有密切关系。为研究不同盐度环境对河口沉积物抗侵蚀性变化的影响,在现代黄河三角洲刁口河路潮滩上进行原位试验,模拟不同盐度的沉积环境,使用黏结力仪（CSM）对细粒沉积物进行抗侵蚀性测试。结果表明细粒沉积物的临界剪应力为0.728～1.581Pa,且随着沉积环境盐度增加,细粒沉积物的临界剪应力呈线性增加。当沉积环境盐度增加1时,其临界剪应力增加约0.02Pa。     

海底沉积物取样的扰动机理研究

海底沉积物取样技术对大洋诸多科学研究来说非常重要,各种研究目标的实现与沉积物样品的质量息息相关.在使用常规管状取样器对松软或轻微固结的沉积物取样时,沉积物样品的扰动总是不可避免的.以机械手持式沉积物取样器为原型机,建立了管状取样器的取样过程模型,分析了沉积物样品的扰动机理;采用球形孔扩张理论获得了沉积物土体受到取样管挤压扩张的理论解;结合太平洋具体沉积物土体物理力学参数,对管状取样器取样造成沉积物扰动的状况给出了一个定量描述,并且提出取样管壁的厚度是减小沉积物扰动的关键参数.     

曹妃甸浅滩表层砂体插桩深度研究

曾妃甸浅滩原为古滦河三角洲，三角洲废弃后，海底表层沉积物在波浪潮流的簸选及自重应力作用下，沉积物颗粒粗化，粒度单一，且堆积紧密，工程强度较高。平台在该海医插桩时往往难以贯穿该层，其实际插桩深度较预定深度存在较大偏差。本文对此类砂体的形成机制、插桩过程中土体的压实作用对砂体强度的影响进行了分析，在对砂体力学参数做出适当调整后，运用太沙基地基极限荷载公式进行计算，得到了与实际情况较为一致的结果。     

海洋盐度场对细粒沉积物临界剪应力影响

黄河口海域盐度变化受黄河入海径流量、气候及海洋动力条件的影响,河口沉积物的沉降、固结及侵蚀等动力学行为与黄河口海域盐度变化有密切关系。为研究不同盐度环境对河口沉积物抗侵蚀性变化的影响,在现代黄河三角洲刁口河路潮滩上进行原位试验,模拟不同盐度的沉积环境,使用黏结力仪(CSM)对细粒沉积物进行抗侵蚀性测试。结果表明细粒沉积物的临界剪应力为0.728~1.581Pa,且随着沉积环境盐度增加,细粒沉积物的临界剪应力呈线性增加。当沉积环境盐度增加1时,其临界剪应力增加约0.02Pa。     

粉土液化再固结过程中的波速特征及物理性质试验研究

强振动荷载作用下海底沉积物可能会发生液化。为了解粉土振动液化和再固结过程中波速特性与物理性质的变化规律,采用振动台试验模拟地震作用,针对不同状态的土体开展了波速测量和土体物理性质测试,研究了纵、横波速度的变化规律以及与物理性质之间的相关性。试验结果表明:与原始固结状态相比,粉土液化后纵、横波速度降低;液化再固结后土体纵、横波速度明显升高。纵、横波速度与沉积物物理性质具有良好的相关关系,与密度、平均粒径呈正相关,而与孔隙度、含水量具负相关性。相对于纵波速度,横波速度对沉积物的物理性质更敏感,能更好地刻画沉积物物理性质的变化。     

现代黄河口南岸海洋沉积环境分析

根据在现代黄河口南岸采集的45个表层沉积物样品与5个柱状沉积物样品的粒度测试结果,研究了现代黄河口南岸沉积物的类型与空间分布特征。通过粒度参数计算和聚类分析方法绘制了粒度概率累积曲线,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境间的关系。现代黄河口至广利河河口的沉积物颗粒呈"粗—细—粗"分布,表层沉积物分为粉砂质砂和砂质粉砂2种类型。通过分析对比柱状沉积物不同深度粒度频率曲线与概率累积曲线,结合对沉积环境和沉积速率的分析,认为黄河河道摆动是影响沉积环境的主导因素。通过对比典型潮滩剖面丰枯季节粒度概率累积曲线发现,广利河在局部区域对沉积环境产生一定的影响。研究表明:黄河改道是影响沉积环境的主导因素,同时,广利河等沿岸河流在河口局部区域对原有沉积环境有一定的改造作用,至莱州湾南岸,沿岸小清河、弥河等河流取代黄河成为影响沉积环境的主导因素。     

石油污染对黄河口沉积物工程性质的影响

对黄河口胜利油田某油井附近沉积物进行石油污染状况调查研究,采用坑探试验现场调查污染范围,发现油井沉积物在一定范围内存在石油污染,污染多在0.2～1.5 m深度内,水平距离在140～440 m之间.原位测试污染沉积物强度,取样进行室内石油浓度和沉积物物理力学指标测试.石油污染沉积物物理力学性质与未污染的有较大差别,污染后沉积物的重度、渗透系数和强度等均有所降低.污染后的沉积物结构,多成块状和板状结构.     

黄河口盐沼湿地沉积物碳储量调查评估

文章依据2021年9月黄河口盐沼湿地沉积物调查数据,分析了沉积物粒度、容重、有机碳分布特征,并对黄河口盐沼湿地沉积物碳密度及碳储量进行评估。结果显示,黄河口盐沼湿地沉积物类型以粉砂为主,部分层次为砂质粉砂和黏土质粉砂;4种植被类型中,不同深度的沉积物容重差异性不大,互花米草和盐地碱蓬分布区容重整体大于柽柳和芦苇分布区;互花米草、盐地碱蓬、芦苇和柽柳分布区沉积物中有机碳含量分别为0.199%、0.200%、0.184%和0.161%,互花米草和盐地碱蓬分布区底质中有机碳含量较芦苇和柽柳分布区偏高,这与互花米草和盐地碱蓬分布区含有更多的黏土组分有关;计算得出,黄河口盐沼湿地沉积物总碳储量为33.47万t,其中互花米草分布区为14.31万t,芦苇分布区为12.05万t,柽柳分布区为5.27万t,盐地碱蓬分布区为1.84万t。