基于Burger’s蠕变模型的采矿车行驶海底稀软底质下陷研究

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。

Storm Liquefaction Deposits:A Possibility of Time Reversal in Sedimentary Strata of an Estuarial Coastal Area

In the sedimentary strata dating of estuarial coastal areas,it is often found that there is phenomenon of time-reversal in strata.The seabed sediments could be liquefied under storm waves.A laboratory wave flume experiment demonstrated that storm-induced liquefaction deposits are formed by the oscillations of liquefied sediments.In this paper,the particle size distribution and ^(210)Pb_(ex) specific activity of the sediment samples from the liquefaction disturbed zone and adjacent stable zone of the Yellow River Delta were tested.The stratigraphic divisions based on storm liquefaction deposit sequence can effectively explain the vertical changes in particle size and ^(210)Pb_(ex) specific activity.Due to the differentiation of particles during the storm induced liquefaction,coarse and fine particles regrouped,which could explain the phenomenon of time-reversal in dating data.

基于CEL算法的神狐海域泥火山内部物质运动过程数值模拟

以南海北部神狐海域地震剖面识别的泥火山为基础,基于耦合的欧拉-拉格朗日算法(CEL)模拟了泥火山内部物质的运动过程。通过不同阶段的对比分析,研究探讨了泥火山的形成机理,总结了泥火山内部物质的运动特征及规律。数值模型的结果显示泥火山形成过程中物质的运移具有明显的阶段性变化,展现了物质在运移时的应力与应变的不规则变化规律,本文根据这些变化分析了泥火山形成过程中应力、应变与能量的强度变化趋势。地层在物质向上刺穿过程中受力分布表现出明显的不均匀性,中间部位的突起破裂引起两侧地层的隆升。由模拟结果提供的泥火山形成过程中内部物质的特征,可以推动对泥火山形成机制及过程的进一步认识,同时也能对深部底辟构造以及油气迁移提供理论指导。

国内外颠覆性技术研究进展跟踪与研究方法总结

当前,全球科技创新进入空前密集活跃的时期,一些重大颠覆性技术不断涌现,推动新产业与新业态的迭代加速,深刻影响和改变国家力量对比,重塑世界经济结构和国际竞争格局,各国纷纷瞄准这一时代契机,积极对颠覆性技术进行早期识别与培育。本文对国内外各类颠覆性技术研究报告进行了广泛跟踪,对国内外颠覆性技术研究进展及主要采用的颠覆性技术评估与预测方法进行了归纳、分析和评价,并就促进我国颠覆性技术研究科学发展与快速成型提出集中优势资源设立专业智库群、建立科学的技术评估体系等相关建议。

波浪作用下海底粉土孔隙水压力响应过程监测研究

波浪引起的海底土体内部孔压累积是导致液化发生的主要原因,研究波浪作用下土体内部孔压响应过程对于明确液化机理、预测液化发生具有重要作用。在黄河口使用自行研发的孔压监测设备对海底粉土孔隙水压力进行了有效监测。监测结果显示,海底粉土的孔压变化主要受波浪影响且存在一定的影响范围,超出该范围则波浪对海底粉土的孔压无影响。同时,基于监测过程内的孔压变化对海底粉土进行了液化评判,并对波浪作用效果和液化影响因素进行了探讨。波浪对海底粉土内部孔压影响效果主要有3种:(1)有孔压振荡但不发生累积;(2)有孔压振荡且发生累积;(3)无孔压振荡且不发生累积。

南海北部海底沙波迁移规律及其在台风作用下的响应研究

本文在南海北部海底沙波已有研究的基础上,总结分析了研究区表层沉积物以及沙波的形态、分布、迁移特征;使用区域海洋模式(ROMS)模型模拟了研究区2010-2011年的底部流场数据;利用Rubin公式模拟计算了海底沙波的迁移规律,并与搜集所得资料进行对比分析;结合台风资料及底流数据,分析了台风对海底沙波运移的影响。研究结果显示:海底沙波运移方向的计算结果与搜集所得资料比较吻合,均为向东向南方向;不同站点的迁移距离在0~21.8 m之间,且为往复累积的结果。这表明:Rubin公式在ROMS模型模拟所得底流资料的支撑下,可以再现海底沙波的迁移过程。模拟计算的研究区内两个站位在"凡亚比"台风影响期间的迁移距离分别为2.0 m、2.9 m,分别占其年运移量的9.17%和26.36%,说明台风过境能对海底沙波的迁移产生重大的影响。

青藏铁路工程方法研究

青藏铁路是国家"西部大开发"战略的标志性工程,其成就集中体现了我国铁路工程管理新水平。基于对青藏铁路工程特性及建设过程中辩证关系的认知,在先进建设理念指导下,以建设规划、设计、施工、验收阶段为主线,突出施工阶段目标管理、组织管理和技术创新等方法,构建了青藏铁路工程方法体系。青藏铁路工程方法来源于对青藏铁路工程探索与实践的总结,其研究和推广应用具有显著价值。

绿色铁路工程的内涵探析与研究展望

在全面倡导生态文明建设、强调高质量发展的时代背景下,推进绿色铁路工程建设,是促进可持续发展、提升我国铁路行业国际竞争力的重要举措。针对当前绿色铁路工程的认知局限问题,通过文献研究对绿色铁路工程内涵进行多角度解析,一方面从历史发展视角进行学术溯源与实践溯源,得到其基本内涵;另一方面从发展前沿视角进行国际对标分析与国内对比分析,实现内涵拓展,得到其新生内涵。在此基础上,运用物理-事理-人理系统方法论(WSR)分析框架,对基本内涵与新生内涵进行解构重组,提出绿色状态、绿色机理、绿色文化的内涵新认知。最后基于绿色铁路工程的特点、现阶段面临的局限性及困难,提出有利于推进我国绿色铁路工程发展的研究展望。

铁路建设项目综合评价指标体系与方法

现行的铁路建设项目评价指标难以适应铁路发展需要,亟需构建铁路建设项目综合评价指标体系。运用综合评价相关理论,在文献分析、案例研究和专家座谈基础上,结合国情和铁路发展阶段,从经济效益、社会效益和环境效益3个维度,构建铁路建设项目综合评价指标体系,包括3个一级指标、8个二级指标和18个三级指标。将铁路建设项目综合效益划分为内部效益和外部效益,建立铁路建设项目综合评价集合,运用层次分析法和模糊综合评价法,评价铁路建设项目外部效益。铁路建设项目综合评价结果划分为“优秀”“良好”“较好”“一般”“谨慎”5个等级,为铁路建设项目立项决策提供依据。期望经过业界深化研究和实践,逐步形成规范化、制度化的中国铁路建设项目综合评价体系和方法。

琼州海峡跨海通道工程前期研究及建议

海峡通道建设是完善国家综合立体交通网络的重要内容、是推进交通强国建设的重要战略任务之一,对我国构建新发展格局具有特殊的重要意义。本文聚焦琼州海峡跨海通道工程前期研究,梳理历年来琼州海峡通道的研究成果,分析琼州海峡通道建设的必要性和可行性。研究琼州海峡通道的建设方案,分别从通道线位走向、桥隧方案及公铁方案进行比选,建议“一次规划,分期建设,先建铁路”,推荐先期建设中线铁路双线(预留公路通道),采用“双洞公路隧道+单洞双线铁路隧道+服务隧道”的四洞并行方案。并从建设时机、融资模式、建设理念、运维方案、专题研究等方面为琼州海峡建设提出了建议。

铁路工程知识论研究

铁路工程居于“自然–工程–社会”这个相互关联、相互作用、相互制约的巨系统之中,在实践中不断总结完成对铁路工程认知的升华,集成为具有深刻哲学属性的铁路工程知识,对铁路工程实践具有重要指导意义。从铁路工程发展历程描述铁路工程知识演化的过程,基于“科学–技术–工程”三元论架构,构建以铁路工程通用知识为基础、以铁路工程专业知识为核心的知识体系并辅以案例论证。其中铁路工程通用知识包括铁路工程科学技术知识、人文社会知识、工程管理知识三种类型;铁路工程专业知识包括工程决策知识、设计知识、实施知识、验收知识、运维知识与评估知识等六类。前瞻铁路工程知识变化与创新,强调铁路工程知识的科学运用,建设绿色智能铁路工程,乃铁路工程知识论研究的归宿。

考虑天然气水合物上覆层不排水抗剪强度深度变化的海底斜坡稳定性影响分析

天然气水合物分解可以诱发海底斜坡失稳对海底工程设施产生造成破坏影响。因此,海底斜坡稳定性状态评价对海底工程设施选址、安全运行具有重要意义。文章根据南海北部神狐海域水合物富集区工程地质特征,采用有限元强度折减法分析了斜坡几何参数、土层强度变化,以及水合物储层特征等因素对水合物分解前后海底斜坡稳定性的影响规律。结果表明,未考虑水合物分解时,海底斜坡稳定性主要受控于斜坡坡度和土体强度,且主要表现为浅层滑坡。考虑水合物的分解时,水合物层强度降低会对斜坡的整体稳定性产生影响,但同等上覆层条件下最危险滑动面位置受水合物层埋深影响较大,且存在受地形几何特征与上覆土层强度控制的临界埋深。埋深大于临界埋深时,水合物分解对斜坡稳定性的影响较小,最危险滑动面位置位于上部浅层,表现为浅表层破坏。小于临界埋深时,最危险滑动面位置则经过水合物层,表现为深层滑坡。根据目前模型中的水合物层埋深条件,水合物分解后的深层滑动面安全系数仍高于浅部地层,意味该海域水合物开采仍需要关注浅层海底滑坡灾害的影响。

基于流变仪测试海底浅表层软黏土不排水强度研究

鉴于海底浅表层软黏土强度测试精细化程度不足的现状,引入流体测试中的流变仪,对青岛海域海底浅表层软黏土开展多组原状和重塑试样的不排水剪切强度试验,通过对比静力触探和微型十字板测试结果,验证了流变仪测试方法的有效性。基于流变仪试验结果,揭示了海底软黏土原状和重塑状态下不排水剪切破坏模式,探讨了海底软黏土不排水剪切强度和灵敏度随埋深及液性指数的发展演变趋势,评价了软黏土的结构性特征。最后,引入含水率与液限之比对海底浅表层软黏土重塑不排水剪切强度进行了归一化分析,为近海海洋开发活动提供技术支撑。

渤海湾某海洋平台场址浅层气分布与成因

海底浅层气严重影响海底地层的结构稳定性,因此成为影响近海海洋平台安全的重要因素。基于高精度浅地层剖面及单道地震等物探调查资料,识别了渤海湾某海洋平台周边的浅层气分布状况及顶界埋深,并分析了研究区浅层气的成因。浅地层和单道地震资料解释的浅层气分布和顶界埋深具有非常好的一致性,平台周边1 km2范围内的浅层气主要分布在平台北侧及紧贴平台西南角,呈片状或条状分布,局部呈点状分布,顶界埋深在0.6~4.0 m之间。研究区内浅层气为浅层生物成气,但该区域断层发育,不排除热解成因浅层气的存在。指出浅层气体对海洋平台的影响主要表现在变形和失稳2个方面,对海洋平台采取针对性的防护措施具有现实意义。

基于MPL神经网络的地震作用下砂土液化评估及预测

砂土在地震的作用下会产生剧烈的液化现象,液化引发的地基失稳会对道路、建筑物、堤坝等各类设施造成严重危害。因此,地震作用下的砂土液化判别预测一直是地质灾害领域研究的热点问题。本文使用过去几十年发生在世界各地的166组地震作用下砂土液化实例数据,通过大量数据训练和参数分析建立了基于机器学习的地震作用下砂土液化判别模型。结果表明,当网络结构为6(输入层)-15(隐藏层)-1(输出层)、训练函数为Levenberg-Marquardt时,对地震液化预测效果较好,最大准确率可达96%。参数分析结果表明不同参数对网络预测准确率影响程度不一:锥端阻力、地表归一化峰值水平加速度影响相对较大;地震震级、总垂向应力、有效垂向应力影响中等;贯入深度对其影响较小。因此在不同网络预测精度要求的条件下,可考虑适当简化输入参数。

海洋静力触探在海上平台桩基承载力计算中的应用

静力触探探测具有原位性、连续性、高效性以及高分辨率的优点,利用海洋静力触探探测成果计算海上平台桩基承载力具有非常大的应用空间。以胜利油田埕岛海域某平台为例,使用ROSON100型海洋静力触探仪对平台各桩腿开展原位探测,同步进行钻探取样及室内土工参数测试。分别利用静力触探和钻探取样测试成果计算了平台桩基承载力,对比讨论了3种桩基承载力计算方法之间的异同。结果表明:3种方法对应的桩侧摩阻力随埋深变化整体趋势基本一致;基于一定区域工程经验,钻探规范法和静探间接法得到的桩端阻力、单桩极限承载力基本吻合,而静探直接法得到的桩端阻力和单桩极限承载力相较前两者明显偏大;考虑以粉砂作为持力层的前提下3种桩基极限承载力计算方法表现出较好的兼容性。研究成果可为海洋工程桩基承载力计算提供新的借鉴,具有一定科学意义和应用价值。

渤海海域海底地质灾害危险性区划

以渤海海域海底地质灾害为研究目标,采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP),按照海洋水动力条件、工程地质环境、灾害地质条件、人类工程活动4个类别,遴选了8个评价因子,详细论述了各地质灾害评价因子的分布特征,通过定性分析和定量计算相结合,开展了渤海海域海底地质灾害评价及危险性区划。将渤海海域海底综合划分为地质灾害危险性高危险性、较高危险性、较低危险性和低危险性4个区域。研究成果可为渤海海域的工程建设和防灾减灾提供科学依据。

黄河口埕岛海域粉土波致孔压现场监测

波浪会对海床产生反复的作用力,由此引起的土体颗粒间孔隙水压力变化是造成土体液化的主要原因。使用自行研发的孔压监测设备,对黄河口埕岛海域易液化区海底孔压进行了长时间、高精度的观测,并对孔隙水压力、波高以及潮位间的关系进行分析。监测结果显示,本次监测条件下波浪最大作用深度介于0.5~1.5m之间,超过该作用深度后孔压无明显变化。土体内部孔隙水压力的变化主要由潮位和波高决定,潮位的作用可使孔压缓慢平滑的变化且对超孔压无影响;波高的作用可使孔压快速、剧烈地振荡并导致超孔压的出现。

深海采矿潜在环境影响因素及监测技术体系研究

目前深海采矿潜在的生态环境影响引起来了广泛关注,文章针对工业化深海金属矿产资源开采潜在的环境影响监测评估需要,系统地总结了深海铁锰多金属结核、铁锰富钴结壳以多金属硫化物等主要深海资源的基本产状,分析了“物质迁移-羽流产生-声光电磁噪声-耗氧-有毒物质释放”等主流采矿工艺潜在的环境影响因素,基于深海采矿生态环境影响评估调查研究的技术需求,从实施深海采矿环境监测实验工程、建立深海重大装备系统、发展原位监测传感器等方面提出了深海采矿环境监测技术体系建设构架,以期为我国深海采矿生态环境监测保护技术发展提供借鉴。

辽东湾近海海底土小应变动力特性试验研究

开展场地地震动反应分析是众多海洋工程活动顺利实施和长期安全运行的重要保障,其中查明海底土小应变动力特性是十分关键的。文章借助海上原位钻孔取样和室内共振柱仪对辽东湾近海海底土小应变动力特性开展试验研究,探讨前人总结提出的滨海海底土初始动剪切模量G_(max)预测经验公式在辽东湾海域的适用性,对比文章试验结果与周边海域已有海底土剪切波速测试结果,分析小应变范围内海底土动剪切模量的衰减特征和阻尼比发展演变趋势,并同时进行定量化模拟预测,评价海底土动剪切模量衰减曲线的归一化特征。研究结果表明:(1)共振柱试验得到的原状海底土剪切波速与周边海域已有海底土剪切波速测试结果吻合良好;(2)相比起陆地土,海洋土在小应变范围内归一化动剪切模量G/G_(max)衰减得更慢,阻尼比增长得也更慢;(3)通过引入临界剪应变,不同土类和埋深对应的海底土小应变动剪切模量衰减曲线可以进行归一化。研究成果对合理开展海洋工程场地地震动反应分析评价具有一定的指导意义。