黄河水下三角洲高浓度黏性泥沙流变特性及其影响因素

黏性泥沙在黄河水下三角洲广泛分布,其在外部载荷作用下易引发泥沙淤积、冲刷、海床流化等问题,对港口、航道、海底管线等工程设施构成巨大威胁。利用黄河水下三角洲埕岛海域所取海底表层沉积物,制备不同固结时间和不同含水率的高浓度黏性泥沙样品。采用R/S流变仪,对所制备高浓度黏性泥沙样品进行全剪切速率下的流变试验,分析黄河水下三角洲高浓度黏性泥沙流变特性及含水率和固结时间对流变特性的影响。结果表明,高浓度黏性泥沙在剪切荷载作用下流化失稳,发生相态转化;屈服应力在固结120 min后增加了35%;含水率50%以上高浓度黏性泥沙在高剪切速率下表现出剪切增稠行为,且随含水率增加剪切增稠行为越明显;Power模型适用于含水率大于50%的高浓度黏性泥沙在高剪切速率下的流变行为。本研究可为海底黏性泥沙运动过程数值模拟与海底重力流等灾害预测提供参考。

应用声、光学仪器原位观测海底浮泥层动态变化的对比研究

海底浮泥层动态变化是研究海底沉积物输运及地形地貌演变的重要内容。针对浮泥层关键特征参数(悬浮泥沙浓度、上下界面),目前国际上主要采用声学和光学仪器进行观测,但不同仪器受限于观测原理,适用范围存在一定的局限性。通过潮滩试验,模拟浮泥层动态变化过程,对比不同仪器观测悬浮泥沙浓度和海床界面高程的效果。结果显示,在较低悬浮泥沙浓度(<10 g/L)情况下,高密度悬沙浓度剖面仪ASM、声学多普勒流速仪ADV与声学多普勒流速剖面仪ADP均能完成悬浮泥沙浓度的观测要求,声学蚀积仪AA400与ASM均能得到准确的海床高程。在悬沙浓度较高的情况下(>20 g/L),声波衰减显著,ADP相对于ASM的误差最高可达30.95%,难以准确测量水体悬沙浓度;随着悬沙浓度的升高(>30 g/L),AA400无法得到连续有效的海床界面位置,ASM也超出测量量程,因此,30 g/L的悬沙浓度可作为风暴过程中高浓度浮泥层形成的标志。在现场复杂海况下开展海底浮泥层动态变化研究需要多种仪器相互配合。