生物洞穴影响下黄河口潮滩沉积物优势流的试验研究

论文摘要

黄河口潮滩地区活跃着大量的底栖动物,它们种类和数量的分布差异影响了沉积物性质的差异。如今,生物扰动对潮滩沉积物性质的改变已越来越引起国际地圈、生物圈计划的关注,尤其是生物扰动和水动力的耦合作用影响潮滩沉积物渗流差异问题。当水流入渗生物洞穴影响的土体时,细小孔隙来不及吸收全部水量,一部分水便沿着渗透性良好的生物洞穴通道优先快速入渗形成了优势流。优势流加快了污染物质在沉积物中的迁移,影响了海洋生态环境;增加了潮滩沉积物的排水能力和渗透性,影响着孔隙水压力的消散、应力应变分析计算、液化分析、海床稳定性等。因此研究生物洞穴引发的优势流很有意义。本文在大量的野外现场试验和室内模拟试验的基础上,结合前期研究结果,对生物洞穴影响下黄河口潮滩沉积物优势流进行了试验研究。本文的研究工作主要包括:(1)现场和室内模拟生物洞穴影响下潮滩沉积物渗流的试验。采用高密度电阻率法和示踪剂相结合,选取电性不同的示踪溶液,设置不同的渗流方式,监测了生物洞穴影响下土体视电阻率的变化,探讨了生物洞穴对示踪剂在土体中渗流的影响,并研究渗流带来的效应。此外,验证该方法测定渗流的可行性。(2)室内模拟波浪作用下黄河口潮滩沉积物渗流的土柱试验。通过模拟有生物洞穴影响和无生物洞穴影响的土样对波浪荷载的响应,实时监测土体中孔隙水压力随时间的变化,探讨了两种土体的渗流情况,并分析渗流情况不同对土体物理性质及力学指标的影响。本论文主要得出以下结论:(1)高密度电阻率法和示踪剂相结合探测优势流是切实可行的。(2)现场生物洞穴影响下潮滩沉积物渗流试验表明:生物洞穴增大了潮滩沉积物的孔隙度,增加了排水通道,使示踪剂优先通过生物洞穴迅速入渗,造成了生物扰动区有明显的优势流现象。(3)室内模拟生物洞穴影响下潮滩沉积物渗流的水槽试验表明:生物洞穴提供了优势流通道,提高了沉积物的渗透系数,而周围小孔隙的渗流很弱。高阻溶液的反洗淋滤过程则出现了高阻带,发现优势流大大影响了示踪剂在土体中的迁移。同时,生物洞穴成为周围土体中细粒土迁移的渗流通道,具有向周围土体增水和排水的双重效应,优势流改变了洞穴周围土体的密度、含水量、粒度组成、强度以及电导率等基本性质。(4)室内模拟波浪作用下黄河口潮滩沉积物渗流的土柱试验表明:两种土体中均存在超孔压高值区,而有生物洞穴影响的土体有优势流现象发生,改变了土体对波浪的荷载效应,减小了孔隙水压力的累积。洞穴下部的细颗粒在优势流作用下增加了被带到土表面的机会,使得土体表面细颗粒含量偏大;生物洞穴提高了土体向上排水的能力,使得土体表面含水率增大,洞穴下部土体强度增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及其意义
• 1.2 国内外研究现状、发展动态
• 1.3 学术构想与思路、主要研究内容
• 1.3.1 学术构想和思路
• 1.3.2 主要研究内容
• 2 研究区概况
• 2.1 研究区的地理位置
• 2.2 研究区沉积物特性及渗流概况
• 2.3 研究区自然地理概况
• 2.3.1 黄河口潮间带形成与演变
• 2.3.2 黄河口潮间带地形地貌
• 2.3.3 研究区水动力条件
• 2.4 研究区底栖动物及其扰动概况
• 3 优势流问题的研究
• 3.1 优势流基本内涵
• 3.2 优势流分类
• 3.3 优势流的研究方法及其技术手段
• 3.4 优势流的成因
• 3.5 优势流研究的科学意义
• 4 优势流研究的野外试验
• 4.1 土的电阻率概述
• 4.2 高密度电阻法测渗流的原理
• 4.3 现场试验概况
• 4.4 试验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 生物洞穴影响下黄河口潮滩沉积物渗流的水槽试验
• 5.1 入渗溶液采用肥皂水、入渗方式采用坑渗的水槽试验
• 5.1.1 试验概况
• 5.1.2 试验结果及分析
• 5.1.3 小结
• 5.2 入渗溶液采用盐水、入渗方式采用面渗的水槽试验
• 5.2.1 试验概况
• 5.2.2 试验过程
• 5.2.3 试验结果及分析
• 5.2.3.1 优势流现象
• 5.2.3.2 优势流产生的效应
• 5.2.3.3 优势流的机理
• 5.2.4 小结
• 6 模拟波浪作用下黄河口潮滩沉积物渗流的土柱试验
• 6.1 试验概况
• 6.2 试验结果及分析
• 6.2.1 生物洞穴产生的优势流对孔压消散情况影响
• 6.2.2 生物洞穴产生的优势流对土体物理性质及力学指标的影响
• 6.3 讨论
• 6.4 本章小结
• 7 结论、创新点和建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 存在的问题和建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果