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黄河水下三角洲位于半封闭的渤海内部,海底沉积物中重金属Cu污染严重,且该区域多发风暴潮,引起沉积物再悬浮甚至液化,导致沉积物中重金属Cu重新释放进入海水中。本研究以黄河口粉质土作为底床,采用室内波浪水槽试验模拟重金属Cu在不同水动力条件下,通过静态扩散、底床未液化状态下再悬浮以及底床液化状态下再悬浮3种方式进入上覆水体的释放过程。结果表明:上覆水体中重金属Cu的浓度分布与悬浮泥沙浓度分布密切相关,呈现出一致的变化规律;沉积物液化会明显促进重金属Cu向上覆水体中释放,底床液化再悬浮阶段上覆水体中溶解态Cu的浓度为静态扩散阶段的18倍,为底床非液化再悬浮阶段的11倍;此外,底床液化会导致沉积物中重金属Cu向深处扩散,扩散深度约为沉积物液化深度的一半。 相似文献
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湖泊、河流及海岸沉积物会长期吸附来自水体的氮(N)、磷(P)等营养物质,同时氮磷营养盐也会从沉积物中释放出来,进入上覆水体,成为水体富营养化的物质来源。本文利用波浪水槽试验,研究了沉积层中N、P在静置固结阶段(I)、加波未液化阶段(II)和加波液化阶段(III)的释放规律。结果表明,阶段III活性磷酸盐(SRP)的释放速率相比阶段I和阶段II均提高了数倍;无机氮的释放受到生物作用的影响,但在阶段III,硝态氮(NO_3~-—N)和氨氮(NH_4~+—N)的释放速率均明显提高。亚硝态氮(NO_2~-—N)浓度在阶段II出现急剧下降,之后基本不再增加,因此动力扰动对沉积物中氮磷的释放有明显的促进作用,而海床液化能显著提高SRP、NO_3~-—N和NH_4~+—N的释放速率。 相似文献
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《海洋地质与第四纪地质》2016,(5)
波浪是导致沉积物再悬浮发生的主要动力条件之一,通过室内水槽试验利用浊度剖面仪(Argus Surface Meter IV,简称ASM-IV)研究15cm恒定波高的波浪持续作用下沉积物再悬浮的发生过程,试验过程中确立了黄河三角洲地区水体悬沙浓度与ASM-IV所测浊度之间的相关关系,研究了波致海床沉积物再悬浮的发生发展过程,分析计算波致沉积物再悬浮泥沙总量及其通量随时间和空间的变化规律,定量地计算出本次试验中波致悬浮泥沙总量以及液化所导致沉积物再悬浮量及其所占比例。研究发现,波致液化作用是沉积物再悬浮的主要动因,液化悬沙量占总悬沙量的76.4%,本试验对进一步探讨波浪作用下海床沉积物再悬浮过程具有一定的参考意义。 相似文献
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《海洋地质与第四纪地质》2016,(6)
黄河入海沉积物自河口进入海洋后,在重力、水动力、生物改造等一系列外部作用下,经历着堆积、固结、液化、侵蚀再悬浮、海床变形滑动以及后期改造等一系列动态变化过程。研究团队近十几年来针对现代黄河三角洲沉积物的动态变化过程,开展了一系列的室内外物理模拟试验与水下三角洲现场原位长期观测等研究工作。在各动态变化过程的特征与机理方面,主要得到了以下认识:快速堆积后沉积物的固结速度很快,1—2天便可达到甚至超过原始海床强度,海床发育有显著的各项非均匀性,并发育有"硬壳层"。粉质土海床易于累积孔隙水压力,发生沉积物"液化"现象,一方面会改变海床表层沉积物的抗侵蚀性;另一方面,在海床内部垂向渗流的驱动下,海床内部部分细粒沉积物会被"泵送"输运到海床表面,进而进入上覆水体成为再悬浮沉积物,即部分再悬浮沉积物来源于海床内部。黄河三角洲坡度极缓,海底滑坡可以在近于水平的坡度条件下发生。波致海床液化引起的地层重构或海床渗流导致的内部土颗粒运移,可能会将相对均匀的海床改造为层化结构,这对河口地区沉积层理的解读具有新的启示。 相似文献
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海床土层在波浪的循环荷载作用下会逐渐累积孔压,降低土层的稳定性,并威胁海上工程。为了研究孔隙水压力的累积机制,本文提出离散元孔隙密度流方法,并改进研发离散元分析软件MatDEM,实现了海床沉积物孔压的累积过程模拟。基于现场试验装置及土体力学参数建立离散元模型,通过对比试验和数值模拟结果发现:对海床沉积物施加波浪荷载后,表层土体中产生较高孔压,并逐渐向深层传递;在循环波浪荷载作用下,土颗粒间孔压累积范围逐渐增加;当孔压累积时间足够长时,土层中孔压收敛于所施加最大荷载与最小荷载的平均值,此时若孔压达到初始有效应力,土体将发生液化,内部土颗粒成为再悬浮沉积物;在周期性波浪荷载作用下,土颗粒液化悬浮后发生移动,浅层颗粒位移量大,土体整体表现为圆弧形移动。 相似文献
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湖泊或海湾中的沉积物吸附氮(N)、磷(P)等元素所形成的沉积层成为水体富营养化的內源。在波浪作用下,尤其是强浪作用下,沉积物中的N、P会通过内源释放作用大量进入水体中。本文在自制的U型水槽中开展实验,采用不同水头差来模拟波浪的循环荷载作用,研究了沉积层中的N、P在静置固结状态(Ⅰ)、加波未液化状态(Ⅱ)、加波液化状态(Ⅲ)下的释放规律,并给出该试验条件下的沉积物释放速率的拟合方程。试验结果表明:沉积物中总氮(TN)和溶解性总氮(TDN)的释放速率会随着水动力作用的增强而增加;总磷(TP)、溶解性总磷(TDP)和活性磷酸盐(SRP)的释放速率也随着水动力作用增强而增加,但水体中悬浮物(SS)含量过高会限制其释放速率。 相似文献
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海底管道-土体-水体相互作用对土体和管道的稳定性具有重要影响，但波浪作用下海底管道对其周围土体性质的影响仍有待深入研究。通过一系列室内波浪水槽试验，研究了波浪荷载和管道振动作用下海床土体内部的超孔隙水压力响应。实验结果表明，管道的铺设会增大海底土体超孔隙水压力累积程度，当管道发生振动时，海床土体超孔隙水压力累积程度进一步增大，从而增加了土体液化势。此外，波高增加也会导致海床土体的超孔隙水压力累积程度增大。本文研究成果对管道-土体相互作用研究和海底管道维护具有指导意义。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2021,(Z1)
基于海床土体变形、渗流和溶质运移的耦合数值计算模型,考虑波浪沿沙丘状海底地形传播的浅水效应,本文分析了沙丘状海床内部孔隙水渗流特征和海水中溶质进入沉积物的运移特征,并通过与平底海床计算结果的对比,分析了沙丘状海底地形对溶质迁移的影响特征。结果分析表明,相对于平底海床,沙丘状海床一定深度内孔隙水渗流呈现明显的二维特征,进一步加速了溶质在沉积物中的迁移速率;对于沙丘状海底,对流和水动力弥散均有效促进了溶质向沉积物中的迁移,其中,对流作用相对稳定,而水动力弥散作用随着波浪作用时间的增加而不断减弱。参数分析表明,沙丘地形对溶质运移过程的影响程度基本不受波高的影响,但其随着波浪周期、水深和坡角的增大而增大,随着剪切模量和渗透系数的增大而减小,其中坡角的影响最为显著。 相似文献
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基于广义Biot动力理论和Longuet-Higgins线性叠加模型,构建波浪-海床-管线动态响应的有限元计算模型,求解随机波作用下,多层砂质海床中管线周围土体孔隙水压力和竖向有效应力的分布。采用基于超静孔隙水压力的液化判断准则,得出液化区的最大深度及横向范围,从而判断海床土体液化情况。考虑海洋波浪的随机性,将海床视为多孔介质,海床动态响应计算模型采用u-p模式,孔隙水压力和位移视为场变量。并考虑孔隙水的可压缩性、海床弹性变形、土体速度、土体加速度以及流体速度的影响,忽略孔隙流体惯性作用。参数研究表明:土体渗透系数、饱和度以及有效波高等参数对海床土体孔隙水压力、竖向有效应力和液化区域分布有显著影响。 相似文献
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A seabed instrument called Lancelot has been developed to measure pore pressure characteristics within potentially unstable marine sediment deposits, in any water depth. An estimate of the coefficient of consolidation can be obtained from the sediment pore pressure dissipation response that occurs following penetration into the seabed. This data can be used to calculate the coefficient of hydraulic conductivity, which is useful in analyzing the seepage velocity of pore fluids moving within the sediment mass. Pore-water pressures in excess of the normal hydrostatic profile are detected and used in static and dynamic liquefaction analyses, with a view toward understanding the origin of unusual seabed features such as pockmarks, as well as short-term instability caused by wave loading. An example of static liquefaction due to seepage stress is given for sites in and adjacent to the well-known 1929 Grand Banks debris flow, along with an example of incomplete liquefaction caused by dynamic wave loading within Miramichi Inner Harbor, New Brunswick. The adoption of in situ measurement techniques is shown to produce data of a quality not normally obtainable from recovered core samples, due to pressure relief and sampling disturbance effects. 相似文献
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本文利用波浪水槽试验,对底床粉质土液化状态下水体垂向含沙量分布特征进行了研究。试验结果表明,波浪导致粉质土液化情况下,水体含沙量在近底边界层出现激增,含沙量垂向分布形态呈现出近于L型的特征。 相似文献
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为了研究波流共同荷载作用下开挖基槽附近海床动态响应和液化破坏情况,提出一个二维耦合计算模型,采用雷诺时均纳维-斯托克斯（RANS）方程描述波浪运动情况,通过设定侧边界条件实现稳定流场。海床部分通过求解Biot固结方程,得到波流荷载下海床中的应力和位移情况。将模型计算结果与水槽试验数据和解析解进行比较,验证了波流模型和海床模型的有效性。在此模型基础上,分析得到了开挖之后海床新的应力和固结状态。同时,通过参数分析得到了波流耦合情况下波浪形态的变化,以及海流对海床液化情况和孔压情况的影响。最后,通过线性回归计算得到最大液化深度与流速的拟合关系曲线。计算结果可用于判断基槽开挖后不规则海床的液化情况,对相关研究和实际工程具有一定参考意义。 相似文献
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Based on Biot＇s consolidation theory, a two-dimensional model for computation of the seabed response to waves is presented with the finite element method. Numerical results for different wave conditions are obtained, and the effects of wave non-lineafity on the wave-induced seabed response are examined. Moreover, the wave-induced momentary liquefaction in uniform and inhomogeneous seabeds is investigated. It is shown that the wave non-linearity affects the distribution of the wave-induced pore pressure and effective stresses, while the influence of wave non-linearity on the seabed liquefaction potential is not so significant. 相似文献
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The objectives of this study are carried out a series of controlled large wave flume experiments using fine-grained sediment from the Huanghe River Delta, exploring the complete sequence of sediment behavior in the bottom boundary layer(BBL) during wave-induced liquefaction. The results show that:(1) The BBL in silty seabed is exposed to a progressive wave, goes through a number of different stages including compaction before liquefaction, sediment liquefaction, and compaction after liquefaction, which determines the range and thickness of BBL.(2) With the introduction of waves, first, the sediment surface has settled by an amount S(S=1–2 cm) in the course of wave loadings with an insufficient accumulation of pore water pressure. And a thin high concentration layer formed the near-bed bottom.(3) Once the liquefaction sets in, the liquefied sediment with an ‘orbital motion' and the sub-liquefied sediment form a two-layer-sediment region. The range of BBL extends downwards and stopped at a certain depth, subsequently, develops upwards with the compaction process. Meanwhile, resuspended sediments diffuse to the upper water column.(4) During the dynamics process of the BBL beneath progressive waves, the re-suspended sediment increment ranked as sediment liquefaction erosion before liquefaction compaction after liquefaction. 相似文献
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波浪作用下埕岛海域海底土液化分区 总被引：1，自引：0，他引：1
根据埕岛海域表层沉积物特征,结合该区的波浪实测资料推算的波浪要素,利用动三轴实验得到研究区土体在循环荷载作用下孔隙水压力的增长与振动次数的关系,计算研究区内海底土层的液化可能性和液化所需的时间,并根据土体在不同水深情况下达到液化所需的时间对研究海域进行了液化分区。结果显示,7-8 m等深线之间的海底土体由于受到波浪破碎作用的影响,最易发生液化,液化影响深度也最深,自该海域向近岸和远海,液化可能性降低;土层埋深为2.5 m以浅时,研究区大部分区域液化可能性为高,而到埋深为4 m时土层液化可能性明显降低。 相似文献
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近海区域广泛分布着第四纪新沉积的松散海洋土,波浪荷载作用下松散海床会发生液化进而对近海结构物的稳定性存在巨大威胁。本文采用中国科学院流体-结构-海床相互作用数值计算模型FSSI-CAS 2D,选用Pastor-Zienkiewicz-Mark Ⅲ（PZⅢ）弹塑性本构研究了波浪诱发的松散海床液化问题。分析了波浪荷载引起的松散海床内超孔隙水压力、有效应力以及应力角的时程变化特性,并预测了松散海床的渐进液化过程。计算结果表明,波浪荷载作用下松散海床内残余孔压会累积增长,海床表面最先发生液化,然后逐渐向下发展至液化最大深度。同时指出海床内超孔隙水压力的竖向分布特征和应力角的变化时程均可以作为判断海床液化的间接参数。最后,通过应力状态分析,讨论了海床渐进式液化的发展过程和趋势。 相似文献