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波浪作用下埕岛海域海底冲刷预测评价

作　者: 曹成林
导　师: 孙永福
学　校: 国家海洋局第一海洋研究所
专　业: 环境工程
关键词: 临界侵蚀剪应力侵蚀率冲刷深度埕岛海域
分类号: P737.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

埕岛海域位于黄河三角洲北部,渤海湾南岸极浅海海域。海底沉积物以粉砂及粘土质粉砂等细粒土为主,工程地质环境较为复杂,海底冲刷侵蚀等地质灾害现象较为严重,给油田安全生产带来极大隐患。本文利用粘结力仪,通过原位试验与室内试验对细粒土的侵蚀强度(包括临界侵蚀剪应力τc及侵蚀率常数εM)进行了研究;并以埕岛海域典型海域为研究对象,结合试验结果,用Kandiah公式与Jepsen公式计算该区域在波浪作用下的年冲刷率,并与实际冲刷深度对比,得出适合该区域冲刷计算的公式;用适宜性公式计算了该海域在极端风浪作用下的冲刷状况,为油田的防灾减灾工作提供有利依据,对油田建设具有重要意义。本文通过研究主要得出以下结论:(1)通过原位试验与室内侵蚀试验研究结果可知,土体的中值粒径、粘粒含量、密度、含水量及抗剪强度等物理力学特性与临界侵蚀剪应力有较高的相关性。细粒土的临界侵蚀剪应力及侵蚀率常数有较好的指数相关性。(2)通过试验结果建立了细粒土物理力学指标与临界侵蚀剪应力之间的回归模型,并根据研究海域海底不同类型沉积物的物理力学特性,计算得出研究区各剖面点土体的临界侵蚀剪应力为0.52Pa～1.74Pa。(3)根据研究区水动力条件及海底沉积物工程地质特征,分别用Kandiah公式与Jepsen公式计算研究海域海底年冲刷深度,并与实际调查资料对比分析,验证得出Kandiah公式对埕岛海域的海底冲刷预测较为适用。(4)利用Kandiah公式,计算极端风浪作用下埕岛海域的海底冲刷深度为以6m～8m水深处为中心向岸、向海逐渐减小。在CB18井场及CB14井场周围分别出现一个侵蚀中心。根据冲刷深度,将研究海域划分为弱侵蚀区、中等侵蚀区与强侵蚀区三个等级。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 侵蚀模式与机理  10
    1.2.2 临界侵蚀剪应力  10-11
    1.2.3 侵蚀率  11-12
  1.3 研究内容  12
  1.4 研究区确定与主要工作量  12-14
2 研究区概况  14-23
  2.1 气象  14-15
    2.1.1 气温  14
    2.1.2 风  14-15
  2.2 水文  15-17
    2.2.1 波浪  15-16
    2.2.2 海流  16
    2.2.3 风暴潮  16-17
  2.3 研究区海底地形地貌特征  17-18
  2.4 研究区海底沉积物工程地质特征  18-23
    2.4.1 研究区土层分层特征  19
    2.4.2 海底沉积物土力学参数  19-20
    2.4.3 表层沉积物分布特征  20-23
3 细粒土侵蚀强度原位试验研究  23-36
  3.1 试验区域概述  23-24
  3.2 试验仪器及过程  24-27
    3.2.1 试验设备  24-26
    3.2.2 试验方法及过程  26-27
  3.3 试验结果  27-36
    3.3.1 原状土体物理力学性质  27-28
    3.3.2 侵蚀试验结果分析  28-36
4 细粒土侵蚀强度室内模型试验研究  36-48
  4.1 试验目的  36
  4.2 试验方法及过程  36-38
    4.2.1 试验材料  36-37
    4.2.2 试验过程  37-38
  4.3 侵蚀影响因素相关性分析  38-46
    4.3.1 中值粒径与临界侵蚀剪应力相关性分析  39-40
    4.3.2 粘粒含量与临界侵蚀剪应力的相关性分析  40-41
    4.3.3 密度、含水量与临界侵蚀剪应力的相关性分析  41-43
    4.3.4 抗剪强度与临界侵蚀剪应力的相关性分析  43-45
    4.3.5 多因素与临界侵蚀剪应力的联合相关性分析  45-46
  4.4 试验结果准确性验证  46-48
5 冲刷计算模型对研究区适宜性验证  48-64
  5.1 研究区冲刷特性及海底沉积物物理力学特性概述  48-52
    5.1.1 研究区冲刷特性  48-49
    5.1.2 研究区内海底沉积物物理力学特性  49-50
    5.1.3 计算剖面选取  50-52
  5.2 波浪、潮流对海底剪应力的计算  52-56
    5.2.1 波浪单独作用下底部剪应力计算  53
    5.2.2 潮流单独作用下底部剪应力计算  53-54
    5.2.3 波流共同作用下底部剪应力计算  54-56
  5.3 侵蚀模型的选取  56-63
    5.3.1 Kandiah公式  57-60
    5.3.2 Jepsen公式  60-63
  5.4 模型公式适宜性分析  63-64
6 极端风浪条件下海底冲刷深度计算  64-73
  6.1 计算区域选择  64
  6.2 极端风浪对海底底部作用力计算  64-65
  6.3 埕岛海域不同风浪作用下的海底冲刷深度计算  65-69
  6.4 海底冲刷深度等级划分  69-72
  6.5 小结  72-73
7 结论与不足  73-75
  7.1 结论  73-74
  7.2 不足  74-75
参考文献  75-78
致谢  78

波浪作用下埕岛海域海底冲刷预测评价

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