深海浅层沉积物强度贯入式原位测试装置研制

自由下落式CPT测试技术(FF-CPT)是一种重要的海上沉积物强度原位测试方法。本文在FF-CPT室内试验原型样机基础上,通过进一步改进,研制了深海浅层沉积物强度贯入式原位测试装置。FF-CPT系统主要由数据采集单元、贯入探杆、配重、耐压控制舱及释放器等组成,设备总长度约6m,贯入深度约5m,极限工作水深1 500m。FF-CPT采用自容方式进行数据采集与存储,可同时测量深海表层沉积物的侧摩阻力、锥尖阻力、孔隙水压力等参数。目前已将该FF-CPT原位测试装置初步应用于渤海、南海等海域的表层沉积物强度测量,FF-CPT工作状态良好。期望本研究可为国内海上FF-CPT自主研制与进一步工程应用提供经验与借鉴。     

深海沉积物地热探针贯入沉积物深度的探讨

针对新型自容式高精度深海沉积物地热探针贯入沉积物深度、插入过程的运动轨迹以及探针的稳定性问题,进行了深入研究,对探针的结构设计以及探针下放要求具有重要指导意义.     

砂质海底沉积物压缩波速与物理参数关系试验研究

砂土是主要的海底沉积物类型之一,明确砂质沉积物声学与物理性质的关系对海底底质和地层探测至关重要.本文利用超声探测仪和自制的试样制备测试装置,模拟制备不同沉积状态的砂土试样,同步开展超声测试和物理性质测试,探讨砂质沉积物声速测试方法及影响因素,揭示砂质沉积物压缩波速与物理参数的内在联系.试验结果和分析表明:换能器接触管壁...     

水泥土强度预测室内试验研究

强度是水泥土设计的重要指标,水泥土强度预测可以为工程设计提供理论依据。目前国内外学者均是利用室内试验研究水泥土强度特性,导入强度评价参数,建立水泥土强度预测公式,但是强度评价参数不同。本文利用一系列室内试验结果,提出综合参数和水泥土强度预测公式,并对比分析目前较常用的水泥土强度预测公式。研究结果表明:水泥土强度随水泥掺入比和养护龄期的增加而增加,随含水比的增加先升高后降低;水泥土密度不随养护龄期的改变而改变。灰水比与水泥土初始密度的比值是描述水泥土强度的一个合理参数,提出的水泥土强度预测公式预测结果与试验结果基本吻合。     

天然含水量对海底沉积物贯入阻力的影响

研究浅海表层底质沉积物的天然含水量变化规律及其对海底沉积物贯入阻力的影响.对某浅海海域的72份表层底质沉积物样品的天然含水量测试和贯入阻力测定值进行了分析对比.天然含水量是影响海底表层沉积物贯入阻力的重要因素,沉积物天然含水量与贯入阻力之间具有较强的负相关性,沉积物天然含水量越大,贯入阻力越小.     

莱州湾东岸三山岛段砂质海岸沉积物运移动力机制

通过对三山岛岸段冬夏重复的地形测量和表层沉积物的粒度分析,研究了其地貌特征与地形变化规律、沉积物类型、粒度特征、运移趋势,并探讨了沉积物运移的动力机制。结果表明:该岸段可根据1985黄海高程-1.2m(低潮水位)和-6.5m(闭合深度)平面划分为海滩、水下岸坡和浅海陆架三个地貌单元,各地貌单元表层沉积物分布规律与地形变化特征区别显著。其中水下岸坡和浅海陆架地貌单元主要受潮流作用,海滩地貌单元主要受波浪作用。在西向落潮流和西南向潮余流的作用下,水下岸坡地貌单元发育一个中等规模潮流通道-沙脊沉积系统。表层沉积物以向西运移的趋势为主,少数滞留于西部潮流沙脊处,与地形"东侵西淤"的变化规律相符,这些西向运移的沉积物最终离开研究区,补给莱州浅滩。     

原土环境下水泥土强度衰减过程室内试验研究

在水土耦合的室内原土环境中,通过微型贯入、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析、X射线衍射(XRD)、离子含量及pH值测试等多种试验手段,研究滨海相软土场地形成的水泥土强度的分布规律及其衰减过程,并阐明水泥土劣化层和未劣化层的发展规律。结果表明:水泥土劣化深度随养护时间的增长和水泥掺入比的减小不断增大,至360d时最大劣化深度达到11.9mm,明显大于同龄期海水环境中养护的水泥土的劣化深度;与未劣化层相比,劣化层的孔径增大,孔隙增多,水泥水化产物减少;经原土养护相同时间,水泥土中pH值及主要离子含量分布规律与室内海水环境中的水泥土相似,其中pH值和Ca^2+含量随着试样深度的增大而增大,而Mg^2+、SO4^2-、Cl^-含量随试样深度的增大而减小;水泥土中Ca^2+含量沿试样深度方向的分布规律与强度变化规律相似。在原土条件下,水泥土中Ca的溶出更加显著,导致后期水泥土强度衰减加剧。原土中水泥土强度衰减过程与海水中相同。     

桶形基础沉贯室内模型试验研究

桶形基础采用负压沉贯法施工,其贯入阻力与压桩,打桩等施工方法显著不同。本文介绍了在粉土和粉质粘土地层中的一组模型试验情况,认为负压法施工可显著降低粉土的抗贯阻力,但在粉质粘土中减阻效果不明显。     

重力活塞取样器贯入深度研究

重力活塞取样器是一种重要的海底连续沉积物采集仪器,贯入深度和样品质量对海洋地质研究有着重要影响。通过对重力活塞取样器贯入过程建立能量守恒方程,得出贯入深度控制方程。已知取样器参数和土质类型条件,可计算取样管贯入深度,深度受取样器重量、体积、形状、取样管直径和沉积物类型等因素共同影响。已知取样器参数和贯入深度,可推测海底沉积物类型。     

重力活塞取样器贯入模型研究

重力活塞取样器贯入深度研究对于取样效率的提高和仪器安全有着重要影响,根据取样海底沉积物类型及工程参数对取样器可贯入深度进行预判是研究的重点。基于重力活塞取样器结构,设计并制造了重量可调的重力取样器模型,增加了底质桶与支架等配套设施。按照控制变量法分别设计了针对取样器质量、贯入速度及沉积物类型的试验。试验结果表明,底质类型、取样器质量和贯入速度都可以对贯入深度产生不同程度的影响。在现有重力取样器贯入深度公式的基础上,根据本次试验得到的数据对其进行修正。改进后的公式计算结果与原来相比误差更小、更接近于真实取样数据。     

华南砂质海滩的动力地貌分析

为探讨华南砂质海滩的动力地貌学特征,对不同地理岸段不同地貌形态的8 个沙滩剖面于冬、夏季进行现场重复调查和室内分析工作.据此,通过对华南海岸带地质构造、地貌和现代海岸动力环境地域变化的分析,将华南沿海砂质海岸划分为岬湾岸、沙坝-潟湖岸和夷直岸三种基本海岸地貌类型,并且从滩面倾向、海岸动力环境影响、季节冲淤变化趋势和滩面沉积物粒径、坡度的动力响应等方面探讨砂质海滩的动力地貌,得出其受制于多种环境因素的影响,其中地质构造背景和海平面变化为大尺度的砂质海岸地貌的发育奠定了基础,而全新世海侵海平面相对稳定后,海岸动力条件的塑造起着决定性的影响,浪潮作用指数是其中重要的影响指标.     

微型贯入试验与无侧限抗压强度试验结果的对比

本文探讨了探头锥尖角度和探头直径对微型贯入试验结果的影响及微型贯入试验结果与无侧限抗压强度试验结果的相关性。结果表明,探头锥尖角度和直径对贯入曲线性状没有影响,即贯入阻力随贯入深度线性增加,达到某一贯入深度时贯入曲线出现拐点,之后贯入阻力趋于稳定,定义此时的比贯入阻力为贯入强度。探头锥尖角度越大,达到贯入曲线拐点前贯入阻力随贯入深度增长越快;贯入强度随探头锥尖角度的增加先减小后增大,当锥尖角度为60°时贯入强度最小,锥尖角度为30°、90°和180°时的贯入强度与锥尖角度为60°时贯入强度的关系呈线性关系;探头直径对比贯入曲线的影响可忽略不计,但随着探头直径的增大,贯入强度呈线性减小趋势,探头直径3.4 mm的贯入强度比7.0 mm的贯入强度增大2.5%,比10.0 mm的贯入强度增大5.0%;可用贯入曲线拐点前直线段斜率换算无侧限抗压强度,也可利用贯入强度换算无侧限抗压强度;水泥土强度的形成条件对贯入曲线拐点前直线段斜率及贯入强度与无侧限抗压强度之间的关系没有明显影响。     

山东半岛砂质海滩动力地貌演化特征

为探讨山东半岛砂质海滩的动力地貌学特征,利用波浪和潮汐资料计算了山东半岛浪潮作用指数K和波浪-沉积物参数(Dean参数(Ω)),并进行了地貌类型划分;结合2012~2015年对山东半岛不同地理岸段砂质海岸地形地貌、表层沉积物进行的7次监测,对海滩监测剖面地形高程和表层沉积物粒度监测数据进行了研究,结果表明:山东半岛北部烟台多处海滩为消散型,局部过渡性;威海东侧和山东半岛南部海滩属于过渡型或反射型;不同类型沙滩季节变化差别明显,消散型海滩夏季容易形成沿岸沙坝,冬季海滩沙坝明显受到侵蚀;而过渡型或反射型海滩变化趋势相反,冬季靠近高潮线的部位淤积,形成滩肩,夏季受到侵蚀消失。山东半岛北部海滩粒径较粗,并呈现逐年变粗的趋势,而山东半岛南部粒径较细且逐年变细;季节变化受到波浪条件和季节差异的控制,招远、龙口、威海、日照地区较牟平、海阳、青岛等平直岸段冬季沉积物比夏季粗。山东半岛砂质海滩的地貌形态受海岸的地理位置、海洋动力条件、岸线走向及沙源供给等多种沉积环境因素的影响,人类活动的影响可在短期内对海滩造成剧烈变化,引起海岸严重侵蚀。     

抛锚贯入深度计算方法比较研究

文中分析了两种计算船舶抛锚贯入深度的方法,分析不同方法的特点及对于不同土参数的敏感性。以海洋20 m水深和25 m水深为例,分别使用两种方法计算不同海底土参数状况下抛锚的贯入深度。基于正交试验原理分别分析了能量法与微分方程法计算抛锚贯入深度时的参数敏感性。结果表明,基于能量方法计算得到的贯入深度大于微分法计算得到的贯入深度,且能量法对于内摩擦角最敏感,而微分法对于土的有效重度最敏感。     

自由落体式球形贯入仪在硬-软黏土中的贯入响应

自由落体贯入仪（free falling penetrometer,简称FFP）通过自由下落贯入土层中,由于其高效便捷的特性,越来越广泛地被应用于海底浅层土体原位勘察。采用耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian Lagrangian,简称CEL）方法,进行了球形FFP在硬-软双层黏土中贯入的大变形有限元分析,考虑了土体的应变率和应变软化效应。与离心机试验、现场试验和数值模拟结果进行了对比,验证了模型的可靠性。分析了成层土对贯入过程的影响,发现FFP在贯入过程中上部硬黏土层形成空腔,且底部会伴随着土塞。通过广泛的变参数分析结果,拟合了球形FFP最终贯入深度与总能量之间的归一化表达式,建立了土体不排水抗剪强度、FFP直径和贯入速度与FFP在硬-软黏土层中最终贯入深度的关系。     

华南沿海若干砂质海滩沉积物粒度特征的分析

根据2003年7月在华南沿海12个砂质海滩所取得的76个沉积物样品（其中次表层样品36个,不计入研究范围）,就该区的沉积物粒度特征展开论述。为了便于分析其沉积物粒度特征,我们把华南沿海12条海滩剖面根据岸滩形态和成因将华南砂质海岸划分为岬湾型砂质海岸、沙坝-渴湖型砂质海岸和夷直型砂质海岸三大类。阐述了不同类型海滩的表层沉积物的粒度特征、类型、分布以及粒度的沿程变化特征。     

砂质河床对悬浮物去除行为的试验研究

在用雨洪水回灌地下水前,利用天然河床滤除水中悬浮物,可以防止回灌时含水层的物理堵塞。为了系统研究悬浮物粒径、浓度及渗透流速对河床过滤效果的影响,设计和制作了水淘选装置,将河水表层沉积物按粒径分级后,用河砂作为过滤介质进行过滤,测定过滤介质的渗透性和悬浮物分布的变化。结果表明,中值粒径为12.9、7.3和2.3μm的悬浮物分别在表层(5cm)过滤介质内沉积,使该滤层的渗透性分别降低了91.3%、98.6%和99.7%后,可全部去除悬浮物。对于20μm以下的悬浮物,提高浓度会加快其沉积速率,使得悬浮物去除效果快速提高;而提高渗流速度,增加了悬浮物在过滤介质内迁移深度,不利于悬浮物的去除。     

板翼动力锚沉贯深度模型试验研究

板翼动力锚是依靠自重完成安装并靠自重和海床土的抗力来锚固的新型动力锚。板翼动力锚高速(15~25 m/s)贯入地基过程中涉及到高应变率、流固耦合、土体软化和大变形等难题,模型试验可避免上述计算困难,能直接得出不同的贯入速度所对应的沉贯深度。本文首先推导了模型相似关系,然后在常规重力条件下,进行了两组26个工况的板翼动力锚在均质黏土中动力安装过程的模型试验,根据试验结果确定了率效应参数的取值范围,并研究了每一项受力对沉贯深度的影响。最后提出了在均质黏土中预测板翼动力锚沉贯深度的经验公式。     

激光粒型分析法在砂质沉积物粒度分析中的应用

对辽宁海岸带75个砂质沉积物样品分别采用激光粒型仪与筛分法进行粒度测试,并对两种方法所测样品的各组分含量及粒度参数进行对比分析,探究两种分析方法之间的相关规律,从而将激光粒型仪应用于粒度分析中。结果表明,激光粒型仪所测样品的粗砂及砾石含量比筛分法所测结果偏高,而所测中、细砂含量较低,且前者所测样品的中值粒径及平均粒径均偏高,由此可得出激光粒型仪所测沉积物样品粒度偏粗。通过相关性分析得出,两种测试方法所测样品的各组分含量及粒度参数相关性均较好,其中中值粒径与平均粒径的相关系数均大于0.9。     

南海水下生产系统防沉板基础裙板贯入模拟试验与入泥阻力计算

防沉板基础裙板入泥阻力计算和长度设计是海洋工程水下生产系统基础设计的关键,基于南海番禺和荔湾地区水下防沉板基础裙板贯入模拟试验,验证了Lunne和Eide等建立的裙板入泥阻力经验计算方法对南海水下生产系统防沉板裙板设计的可靠性,确定了南海地区裙板入泥的端部阻力系数(0.320～0.360)和侧摩阻力系数(0.008～0.014 5),为南海水下生产系统防沉板基础裙板入泥阻力计算和裙板长度设计提供了依据,确保了南海地区水下生产系统的顺利安装。在工程地质调查时,既可以进行土壤钻孔取样并与已开展裙板贯入模拟试验的番禺和荔湾地区土壤组成和粒度对比,也可开展静力触探试验或裙板贯入模拟试验,得到裙板入泥的端部阻力系数和侧摩阻力系数。