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固废基地质聚合物固化沿海软土的力学机理与劣化性能研究

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应用基础与工程科学学报 2024年第6期32卷 1582-1596页

作者：张顶飞刘涛郝琪余刘成衣向阳何昊中国海洋大学海底建设与保护山东省工程研究中心青岛海洋科技中心海洋地质过程与环境功能实验室中国海洋大学环境科学与工程学院

我国沿海地区的软土承载力低，无法直接作为地基进行工程建设.此外，矿渣和电石渣等工业废渣的利用率也较低.为满足高质量发展要求，探索了矿渣-电石渣基地质聚合物固化沿海软土的宏观力学性能与微观结构发展机理.通过响应面试验和数值... 详细信息

我国沿海地区的软土承载力低，无法直接作为地基进行工程建设.此外，矿渣和电石渣等工业废渣的利用率也较低.为满足高质量发展要求，探索了矿渣-电石渣基地质聚合物固化沿海软土的宏观力学性能与微观结构发展机理.通过响应面试验和数值分析得出，矿渣、电石渣和硅酸钠的最佳掺量分别为16.8%、6.9%和3.6%(命名KDG固化剂).通过无侧限抗压强度、水稳定性、干湿循环和冻融循环试验比较了KDG固化剂与水泥在不同环境下的固化效果.在7d和28d龄期，相较于水泥固化土，KDG固化土有着更好的抗压强度、韧性、水稳性、抗干湿循环和抗冻融循环性能.根据X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)测试结果，7d时KDG固化土水化产物主要为絮状水化硅酸钙(C-S-H),28d时絮状C-S-H逐渐发育形成三维网状结构，内部孔隙得到填充，促使固化土力学性能得到提高.KDG固化剂对软土的固化效果显著，提高了废渣的利用率，实现“以废治废”,符合绿色可持续发展理念，具有良好的应用前景.以期该研究对沿海软土地基处理工程和以软土为基材的预拌固化土提供一定的技术支持.

关键词：地质聚合物响应面法干湿循环冻融循环

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俯冲带深海-岩石圈流体交换及其效应

地学前缘 2022年第5期29卷 246-254页

作者：邢会林王建超逄硕王瑞泽刘冬豫马子涵张愉玲谭玉阳中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/海底科学与探测技术教育部重点实验室/海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室深海多学科交叉研究中心山东青岛266100 中国海洋大学海底科学与工程计算国际中心山东青岛266100

俯冲带是地球上构造活动最复杂、最强烈的区域,也是地球物质循环系统的重要组成部分,对俯冲带的深入研究有助于加深我们对地球系统科学的认识。通过系统地梳理分析国内外相关文献,大洋岩石圈通过在汇聚板块边界的俯冲将大量水带入到地幔... 详细信息

俯冲带是地球上构造活动最复杂、最强烈的区域,也是地球物质循环系统的重要组成部分,对俯冲带的深入研究有助于加深我们对地球系统科学的认识。通过系统地梳理分析国内外相关文献,大洋岩石圈通过在汇聚板块边界的俯冲将大量水带入到地幔中,并对俯冲带地震的发生、地幔的熔融、岩浆的产生、陆壳的形成乃至矿产资源富集都起到了重要的控制作用。弧前隆起区的岩石圈地幔在顺断层渗透的深海水作用下发生强烈水化作用并形成水化地幔,是水富集在岩石圈的主要方式之一。随着俯冲板片深度的增加,在一定的温压条件下,水化地幔(蛇纹岩)发生脱水相变,引发俯冲带中源地震。脱出的水则由于运移的差异,既可以产生板内的水压致裂,也会影响俯冲界面的耦合,进而导致慢滑移地震区的形成。由此可见,俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其在深部的效应是一个包含化学反应-温度-流体流动-应力变形/破坏的多物理场耦合的复杂动力学系统。然而,目前的相关研究工作主要侧重于对其中某个因素、现象或者某个特定条件下具体过程的探索性观测分析研究。因此,我们需要从地球系统科学的角度出发,将流体运移、化学反应与传统的固体地球研究相结合,着眼于多学科交叉的多场耦合动力学综合研究,对俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其效应进行多时空尺度定量化表征和分析。

关键词：俯冲带流体交换相变反应流体运移多场耦合动力学

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断层系统摩擦动力学行为的有限元模拟分析

地球物理学报 2022年第1期65卷 37-50页

作者：邢会林郭志伟王建超张熔鑫刘骏标姚琪深海圈层与地球系统前沿科学中心海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋高等研究院/海洋地球科学学院青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266100 中国海洋大学海底科学与工程计算国际中心青岛266100 中国地震局地震预测研究所北京100036

绝大多数大地震发生在先存断层构造上,被广泛认为是一种断层摩擦失稳行为.研究断层上的摩擦动力学行为对地震数值预报具有重要意义.本文围绕地震断层动力学行为,首先回顾了断层摩擦动力学有限元模拟相关的进展,尤其是有限元模拟过程中... 详细信息

绝大多数大地震发生在先存断层构造上,被广泛认为是一种断层摩擦失稳行为.研究断层上的摩擦动力学行为对地震数值预报具有重要意义.本文围绕地震断层动力学行为,首先回顾了断层摩擦动力学有限元模拟相关的进展,尤其是有限元模拟过程中断层摩擦行为的处理方法,重点分析比较了不同时间积分方案在有限元模拟计算中的差异,探讨了传统有限元方法在模拟断层摩擦失稳非线性的收敛性等难题.考虑到相关差异及问题,本文主要简明介绍了基于R-minimum策略自适应地控制时间步长方案及其有限元计算算法和相关软件,其兼顾了静态隐式与动态显式的优点,将不稳定的隐式迭代计算转变为显式计算;同时利用库仑摩擦定律及速率和状态相关的摩擦本构方程,通过节点-点任意接触单元模拟变形体之间的三维非线性接触摩擦动力学行为,并小结了相关的成功应用实例.此外,为了构建刻画复杂断层形态的有限元网格模型,本文在总结了相关有限元网格生成算法基础上,举例说明了我们最近发展的基于图像的复杂断层约束下非连续四边形和六面体网格的生成方法.最后以此为例,对生成的复杂断层系统模型进行了有限元数值模拟分析.

关键词：非线性有限元模拟断层系统摩擦接触网格生成黏滑失稳地震动力学

基于蚁群和Canny边缘检测算子混合算法的二维岩石图像裂隙特征提取与修复研究

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大地构造与成矿学 2021年第1期45卷 242-251页

作者：张愉玲邢会林李三忠逄硕刘骏标张熔鑫深海圈层与地球系统前沿科学中心海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋高等研究院/海洋地球科学学院山东青岛266100 中国海洋大学海底科学与工程计算国际中心山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266100

岩石中常含有裂缝、岩脉等细小而重要的微观结构,需要高分辨率的成像技术来提取其特征。在岩石图像处理中,特征提取可以提取出岩石的主要结构信息从而极大降低数据量,然而某些细线状岩石特征(如裂缝、裂隙等)往往无法被完整识别出来而... 详细信息

岩石中常含有裂缝、岩脉等细小而重要的微观结构,需要高分辨率的成像技术来提取其特征。在岩石图像处理中,特征提取可以提取出岩石的主要结构信息从而极大降低数据量,然而某些细线状岩石特征(如裂缝、裂隙等)往往无法被完整识别出来而存在间断现象。本文在采用蚁群算法修复岩石细线状特征的基础上,综合利用蚁群算法、DBSCAN聚类算法和Canny算子提出一种新的岩石图像修复算法。根据设定的阈值,对提取的图像间断部分进行搜索并连接,以修复在图像特征提取过程中缺失的部分重要信息,同时去除修复过程产生的多余特征。实际结果表明,利用混合算法处理的岩石特征提取图像得到了较好的修复,能够提高岩石裂隙特征提取的准确性。

关键词：岩石裂隙图像修复特征提取蚁群算法 Canny算子

基于遥感分析渤海湾冬季表层悬浮体浓度变化规律

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海洋与湖沼 2020年第2期51卷 258-264页

作者：孙思婷徐继尚李广雪刘雪乔璐璐周尚中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 中国海洋大学海洋油气开发与安全保障教育部工程研究中心青岛266100

渤海湾是三面环陆的半封闭浅水海湾,海底泥沙悬浮与输运对海洋工程与生态环境有重要影响。冬季是渤海泥沙输运、海床冲刷和海底灾害的主要发生季节,但冬季观测(特别是连续观测)难度大,观测资料相对缺乏,研究冬季悬浮体分布与输运规律对... 详细信息

渤海湾是三面环陆的半封闭浅水海湾,海底泥沙悬浮与输运对海洋工程与生态环境有重要影响。冬季是渤海泥沙输运、海床冲刷和海底灾害的主要发生季节,但冬季观测(特别是连续观测)难度大,观测资料相对缺乏,研究冬季悬浮体分布与输运规律对海洋生态环境保护和海洋工程维护等具有指导意义,对认识近海物质及能量循环有重要科学价值。本文基于海洋水色卫星GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)遥感影像资料,对渤海湾冬季悬浮体浓度进行了长达8年监测,提取2011-2017年冬季(11、12、1、2月)悬浮体浓度(Total Suspended Sediment,TSS)月平均数据,对渤海湾冬季悬浮体分布情况及输运规律进行研究。结果表明,渤海湾冬季的表层悬浮体浓度分布呈现近岸高离岸低、南岸高北岸低的规律,悬浮体浓度的高值区主要分布于黄河口附近以及渤海湾南岸一带,该海域冬季TSS在80mg/L以上,最高可达200mg/L;海河口及辽东湾沿岸流区域各存在一个低值区,悬浮体浓度介于0-40mg/L。冬季大风天气对水体扰动剧烈,导致渤海湾海底泥沙再悬浮,风速与悬浮体浓度存在正相关性。同时,冬季渤海湾沿岸流等环流增强,使黄河口再悬浮的沉积物向渤海湾西部和北部扩散。

关键词：渤海湾 GOCI(Geostationary Ocean Color Imager) 冬季悬浮体遥感技术

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黄河三角洲刁口叶瓣堆积过程

海洋地质与第四纪地质 2023年第4期43卷 97-104页

作者：邢吕阳李广雪刘思雨李浩楠潘煜峰中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学未来海洋学院青岛266100

黄河三角洲刁口叶瓣于1964—1976年间堆积而成,中国大型滩浅海油田—埕岛油田在这个叶瓣上建设开发,该叶瓣的形成过程与地层结构对海洋工程建设影响较大。根据多年历史测深资料,研究了刁口叶瓣形成期间河口摆动与堆积体演变过程,依据堆... 详细信息

黄河三角洲刁口叶瓣于1964—1976年间堆积而成,中国大型滩浅海油田—埕岛油田在这个叶瓣上建设开发,该叶瓣的形成过程与地层结构对海洋工程建设影响较大。根据多年历史测深资料,研究了刁口叶瓣形成期间河口摆动与堆积体演变过程,依据堆积中心的位置变化明确了古河口摆动规律。1964—1966年河口及堆积体在叶瓣西侧发育,在柯氏力作用下,河口逐渐NNE向摆动,堆积中心移动到叶瓣东侧;1975—1976年,由于河道摆动曲率过大引发失稳,河道取直后堆积中心又回到叶瓣西侧。根据堆积速率和河口位置将形成期分为3个阶段:近岸堆积阶段(1964—1966年)、整体堆积阶段(1966—1975年)和调整堆积阶段(1975—1976年)。受黄河海港附近M2无潮点影响下的强潮流场控制,刁口叶瓣东侧在形成早期和末期存在局部冲刷作用,而叶瓣西侧是三角洲形成期堆积最活跃的区域。

关键词：堆积中心河口摆动刁口叶瓣黄河三角洲

西太暖池区生物组分对海底表层沉积物物理力学性质的影响

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地学前缘 2022年第5期29卷 119-132页

作者：周尚徐继尚刘勇李广雪李安龙曹立华翟科徐继正权永峥中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 中国海洋大学海洋油气开发与安全保障教育部工程研究中心山东青岛266100 青岛海大海洋能源工程技术股份有限公司山东青岛266073

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积... 详细信息

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm^(3),贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。

关键词：深海表层沉积物生物组分天然含水率天然密度贯入阻力十字板剪切强度

中国地震科学实验场断层系统的三维计算网格模型

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地震 2023年第3期43卷 18-33页

作者：张熔鑫邢会林舒涛刘骏标郭志伟王建超谭玉阳深海圈层与地球系统前沿科学中心海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东青岛2266237 中国海洋大学海底科学与工程计算国际中心山东青岛266100

川滇地区受印度板块与欧亚板块碰撞运动影响地震频发,是开展地震研究的理想实验场。为实现基于几何模型的三维断层系统有限元模型快速构建,本文以川滇地区断层系统的主要断层几何模型为基础进行了以下研究。①改进了推进波前法,使其能... 详细信息

川滇地区受印度板块与欧亚板块碰撞运动影响地震频发,是开展地震研究的理想实验场。为实现基于几何模型的三维断层系统有限元模型快速构建,本文以川滇地区断层系统的主要断层几何模型为基础进行了以下研究。①改进了推进波前法,使其能够基于几何模型生成三维曲面的三角形网格,并自动识别需要局部加密的区域以及进行网格加密。②提出了交叉断层的交叉线识别算法,根据非参数曲面间的空间几何关系识别不同面(包括断层面与研究区域边界)之间的相交线。③完善了三维断层系统有限元计算网格模型快速构建方法:对原始断层几何模型进行延长、连接等操作,使其能在几何上代表断层真实形状;将研究区域外边界与内部断层面整合,并识别它们之间的交叉线;以交叉线为约束,使用改进的推进波前法对断层面进行网格重划分,修复网格拓扑关系和提高网格质量;最后,以断层面新生成的三角形面网格为约束,自动生成含断层的四面体计算网格模型。(4)将上述方法应用于中国地震科学实验场,构建了川滇地区断层系统的三维计算网格模型,为利用有限元数值模拟研究该区域地震动力学过程奠定了计算网格模型基础。

关键词：川滇地区断层系统有限元网格生成推进波前法

基于微地震数据的增强型地热储层参数及采热的数值模拟研究

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水文地质工程地质 2022年第6期49卷 190-199页

作者：马子涵邢会林靳国栋谭玉阳闫伟超李四海深海圈层与地球系统前沿科学中心海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东青岛266237 中国海洋大学海底科学与工程计算国际中心山东青岛266100

发展清洁、稳定、可再生的干热岩型地热资源对于缓解能源危机、减轻环境污染、改善人类健康具有重要意义。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是一项改造干热岩天然储层,高效开发地热能资源的先进技术。以澳大利亚库珀盆... 详细信息

发展清洁、稳定、可再生的干热岩型地热资源对于缓解能源危机、减轻环境污染、改善人类健康具有重要意义。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是一项改造干热岩天然储层,高效开发地热能资源的先进技术。以澳大利亚库珀盆地地热储层为研究对象,基于水力压裂实测微震数据,建立了三维分区均质渗透率模型和非均质渗透率模型,分别进行储层温度场、流场及采热性能变化的研究,并对比其差异。结果表明:在同样的注采流量下,由于非均质模型中微震事件集中于井口附近,进而形成明显的优势流动通道,流体从注入井更快流向生产井,温度下降速度相对更快,分区均质模型中优势流动通道没有非均质模型明显,温度下降速度较慢;地热模型运行期间分区均质模型的采热量变化相对稳定,降幅为3.74%,非均质模型采热量降幅较大,为12.72%。分区均质模型的模拟结果相比于非均质模型,温度下降幅度小、采热量高;但实际储层中的渗透率分布不均,分区均质模型的模拟采热量相比实际采热量偏高,因此在实际应用中,非均质模型的模拟结果对实际工程更具参考意义。

关键词：增强型地热系统微震数据渗透率热流耦合数值模拟