【摘 要】
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内波是层化海洋受到内部扰动时产的一种波动现象,最大振幅位于海洋内部,能引起上百米的等密度面起伏。内孤立波是南海深海海洋动力过程的重要组成要素,是形成海底沉积物再悬浮及运移的主要动力因素。研究内孤立波悬浮海底沉积物和对底质的改造能力,对追溯南海沉积历史、预测南海底质演化格局、分析地质灾害触发机制等具有重要意义。本文在中国海洋大学环境工程学院进行内孤立波水槽的搭建,使用淡水和配置盐水进行分层流体的制造
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内波是层化海洋受到内部扰动时产的一种波动现象,最大振幅位于海洋内部,能引起上百米的等密度面起伏。内孤立波是南海深海海洋动力过程的重要组成要素,是形成海底沉积物再悬浮及运移的主要动力因素。研究内孤立波悬浮海底沉积物和对底质的改造能力,对追溯南海沉积历史、预测南海底质演化格局、分析地质灾害触发机制等具有重要意义。本文在中国海洋大学环境工程学院进行内孤立波水槽的搭建,使用淡水和配置盐水进行分层流体的制造,使用重力塌陷的方式制造内孤立波,并通过调节上下层流体的密度差制造不同振幅(12cm、14cm、15cm)的内孤立波。并在水槽底部设置沉积物斜坡,采用分层铺设的方法进行斜坡铺设,共置了3组(3°、6°、9°)斜坡坡度工况。并通过在坡中1cm位置处设置的土压传感器和孔压传感器监测斜坡动力响应规律。在斜坡坡中上方流体界面处设置流速仪监测坡上流速变化情况,并选取3层(第10层、第19层、29层)深度流速进行分析。通过高频相机记录并观察了内孤立波运动过程。研究表明,在内孤立波维持完整波形通过沉积物上方的过程中,会发生超孔隙水压力的积累,斜坡角度的变化会造成坡脚超孔隙水压力积累量的变化。缓坡沉积物的动力响应对内孤立波振幅的变化更加敏感,斜坡动力响应的时间也随着内孤立波振幅的增大而延长。波运动过程中超孔隙水压力的变化不是单向的,而是积累和释放过程同时存在,斜坡对内孤立波的抑制作用也不是单向存在。坡顶和坡顶中部动力响应情况存在很大的差异,内孤立波破碎形成的水流在沿斜坡冲出坡顶位置后由于受到重力作用的影响,会在坡顶后方卷和形成涡流,使得坡顶后方沉积物受到更大的动力作用。而内孤立波破碎产生湍流水流的强弱决定坡顶中部位置行成的涡流的速度方向,进而影响坡顶中部受力。本文总结了不同坡度斜坡在内孤立波作用下的动力响应规律,分析了内孤立波与斜坡的相互作用关系,对于斜坡沉积物在内孤立波作用下失稳破坏的动力学研究和斜坡稳定性分析将起到指导作用。
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