线性回归分析技术推估海底地形

为了填补船测海深数据空白,给出了海底地形起伏与重力异常和重力异常垂直梯度之间的导纳函数关系。据此,以测高重力异常、重力异常垂直梯度作为输入数据,采用线性回归分析技术,在西南太平洋相关海域开展了海底地形反演试验。结果表明,通过不同方法获取的比例因子与海底地形呈现一定的内在联系,地形平坦海域,比例因子较小;海山分布较多的地形起伏较大的海域,比例因子相对较大,反映了重力数据与海底地形较强的相关性。同时,采用线性回归方法构建的海底地形模型检核精度最高,相较于传统方法获取的海底地形模型,精度最高提升了46%左右,与ETOPO1海深模型和DTU10海深模型相比较,模型精度最大提高了近一倍有余。另外,不同方法对于不同的海底地形具有各自不同的优势,靠近海山区域,采用线性回归技术反演的海深结果优于传统方法;在海山部分,传统方法反演精度又好于线性回归技术。不同数据源反演海底地形的统计结果表明,以重力异常垂直梯度构建的海底地形模型的检核精度优于以重力异常作为输入数据构建的海底地形模型。     

神秘“海底怪圈”背后的流体力学智慧

神秘“海底怪圈”是白斑窄额鲀为求偶、繁衍而在海底创作的异常精美的鱼类巢穴。文章介绍了“海底怪圈”的结构特点及形成过程,结合其他鱼类巢穴,对比探讨了其背后的流动奥秘,并进一步畅谈了该结构形貌可能的工程应用场景。

     

全球/区域地形和重力异常间相干性分析

利用卫星测高重力场数据仅可恢复有限频段海底地形信息。为定量描述重力-地形间频谱特征，使用EGM2008/EIGEN-6C4全球重力场位系数模型和DTM2006/EARTH2012全球地形球谐系数模型，以及某3°×3°（12°N～15°N,112°E～115°E）真实海域海底地形数据和卫星测高重力异常数据，采用全球/区域地形-重力相干性分析方法，解算分析了全球/区域地形和重力异常表现强相干性频段参考范围。计算结果表明，全球范围地形-重力在120阶～1000阶左右表现强相干性，对应频段范围是25.45 km～210.61 km。同时，重力场元信噪比、非线性项海底地形和地壳均衡均会影响干扰区域地形-重力相干性结果。研究结果可为利用卫星测高重力数据恢复海底地形信息截止频段的确定提供参考与借鉴。     

地幔对流研究的地球物理背景

六十年代出现的地球板块构造学说,使地球科学的基本概念和基本理论发生了革命性的飞跃和进展。板块构造学说的出现与发展一直与地幔对流的研究联系在一起。地幔对流研究已成为当代地球科学中的一个基础性的课题。本文企图通过评述近廿年来地幔对流研究的进展,说明它在地球科学中所占的这一重要地位。在Hess和Dietz提出的海底扩张假说中,海底岩石圈是被其下的地幔对流运动所带动的,犹如河水中漂流的木栰欢?地幔中究竟能不能发生对流运动,当时还是个有争议的问题。     

海底管线抗震设计的极限地震应力计算法

针对现用海底管线地震应力计算时存在的计算应力过大、管线几何参数和埋设深度对计算结果几乎没有影响等问题,在考虑了海底管线实际埋设环境的基础上,通过理论分析,给出了考虑地震时管线周围约束土壤进入塑性滑移状态后的极限地震应力计算方法,来计算海底埋设管线在地震作用下所产生的最大地震应力。用该新方法分析了一实际管线工程的地震应力,并通过与现用方法计算结果的比较,证明该方法克服了现用设计方法仅考虑管土之间为弹性约束、管线几何尺寸对抗震设计影响很小等问题,有效反映了实际铺设环境对海底管线地震应力的作用。本文应用极限地震应力计算法,结合工程实例计算,进一步明确了管线几何参数和埋设深度对极限地震应力的影响规律,为准确计算海底管线的地震应力、制定海底管线抗震规范、进行已服役海底管线的地震风险评估和寿命预测奠定了基础。     

海底边坡稳定分析方法综述

本文指出海底边坡与陆上边坡的不同点,对一个完整的海底边坡稳定问题从几何形状和载荷情况两个方面进行了描述。由于波浪影响是海底边坡问题的最大特点,因此回顾了计算海底压力的各种方法以及在海底压力作用下海底土层产生的瞬态和残余孔隙压力。然后对极限平衡、静态变形分析和动力分析三大类边坡稳定分析方法进行了评述,并指出各自的适用范围。海底边坡破坏后的行为尤其复杂,指出用流变模型预测泥流性质的可能性。最后提出了海底边坡稳定性课题的当前致力方向。      

海底悬跨管线涡激振动实验方法探讨

随着我国海洋石油开采业的发展,海底悬跨管线涡激振动的研究越来越受到重视。本文总结了海底悬跨管线涡激振动的实验研究与进展,对海底悬跨管线的涡激振动实验方法、测试技术、分析方法以及实验中可能存在的难点问题进行了详细讨论和分析;给出了波流水槽内稳定流、波浪以及波流联合作用等条件下海底悬跨管线的涡激振动实验设计原则和方法,进行了海底悬跨管线的涡激振动实验设计,实验主要关注于涡激共振由一阶共振向二阶共振过渡的模态过渡特征以及过渡范围内管线的振动特征,目前实验已在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的波流水槽中完成;最后,提出了相关的研究建议。     

舰船海底地震波形成机理的理论分析

航行舰船是一个很大的振动和噪声源,其振动和噪声引起的压力波经由流体介质传播到海底,引起海底岩层振动,产生弹性波并向远处传播,这种航行舰船在海底引起的弹性波称为舰船海底地震波。舰船海底地震波可用于识别舰船目标,作为水中武器的目标探测信号。基于波动理论,得到了舰船引起海底地震波的波动方程和有限元数值计算模型。利用该模型,对二维半无限空间层状海洋环境在水压场和极低频点声源作用下的海底地震波信号进行了数值模拟,得到了远场海底表面处加速度和水压的时域频域信号。结果表明,在二维半无限空间层状海洋环境条件下,舰船远场海底地震波主要由舰船极低频的噪声辐射引起,主要频率范围在1-7Hz。     

起捞大型物体的水动力计算

提升坠入海底或放置于海底的物体是海洋工程中经常出现的问题。在假设沙质海底具有渗透性但不发生变形的条件下,C.C.Mei等提出了二维物体提升的理论模型以及提升规律的计算公式。本文在同样假设下提出了提升三维物体的计算公式。并且证明,本文所提公式包含了C.C.Mei等的结果。用本文提供的方法可以估计二维计算公式的适用范围。     

考虑强度垂向非均质性的三维深水陆坡井场稳定性分析

针对深水陆坡海底失稳问题,建立了深水陆坡井场海底稳定性评价流程,以琼东南陆坡区陵水X井场为例,构建了深水井场三维海底实体模型,基于土工实验和海床静力触探,得到了考虑垂向非均质性的海底土不排水抗剪强度,利用有限元强度折减法计算了三维海底边坡安全系数,分析了井场潜在滑坡体位置及可能滑动方向。结果表明：（1）海底土不排水抗剪强度与埋深呈分段线性关系,压实作用是导致海底土强度随深度增大的主要原因,滑塌、沉积环境可引起海底土强度突变;（2）最大剪应变增量和速度矢量可分别指示井场潜在滑坡体和滑动方向,预定井位不在潜在滑坡体内和滑动路径上,最小安全系数为1.23,滑坡风险较小。

     

缓坡方程的推广

为了描述水波和强烈的环境流在非平整海底上的相互作用,运用无旋运动的Lagrangian变分原理,对经典的Berkhoff缓坡方程进行了改进。假定水流沿水深方向基本上保持均匀性,这正如潮流运动的特征。海底地形由慢变、快变两个分量叠加构成;慢变分量满足缓坡逼近假定,快变分量的波长与表面波波长为同一量级,但其振幅小于表面波的振幅。在以上假定条件下,得到了适用于非平整海底的推广型浅水方程和应用性更加广泛的波－流－非平整海底相互作用的一般缓坡方程,并且从理论上证明一般缓坡方程包含了以下3种著名的缓坡型方程：经典的Berkhoff缓坡方程;波－流相互作用的Kirby缓坡方程、Dingemans关于沙纹海底的缓坡方程。最后,通过与Bragg反射实验数据的比较,表明该模型可以准确地反映快变海底的典型地貌特征。     

非平整、多孔介质海底上波浪传播的复合方程

为了反映近岸区域实际存在的多孔介质海底效应，并且考虑到波浪在刚性海底上传播模型的 最新研究进展，运用Green第二恒等式建立了波浪在非平整、多孔介质海底上传播的复合方 程. 假设水深和多孔介质海底层厚度均由两种分量组成：慢变分量，其水平变化的长度尺度大于 表面波的波长；快变分量，其水平变化的长度尺度与表面波的波长等阶，但其振幅小于表面 波的振幅. 另外，多孔介质层下部边界的快变分量比水深的快变分量小1个量级. 针对水体层和多孔介质层，选择Green第二恒等式方法给出了波浪传播和渗透的复合方程， 它在交接面上满足压力和垂直渗透速度的连续性条件,可充分考虑波数变化的一般连续性， 并包含了某些著名的扩展型缓坡方程.     

海洋平台结构动力学

引言随着人类对海洋石油及矿藏开发的需求日益增长,近年来海洋工程在世界各国得到迅速发展.我国拥有漫长的海岸线和宽广的大陆架,海域辽阔,资源丰富,大量有关海洋工程科学的课题有待我们去研究与解决.海洋结构动力学主要研究波浪与海工结构的相互作用,结构与海底地基的相互作用,提出合理、实用的结构分析的数学模型、理论与方法,解决结构振动响应、强度计算和...     

不同均衡补偿模式下海底地形反演方法比较分析

针对不同均衡补偿模式下导纳函数存在不同的函数表现形式以及涉及诸多地球物理参数的特点,依据最新的全球地壳模型CRUST1.0获得了研究海域海水密度、地壳密度、地幔密度等参数信息。根据谱分析技术,在挠曲导纳函数受有效弹性厚度影响显著波段,采用迭代方法解算了不同有效弹性厚度环境下观测导纳和理论导纳的差值均方差,获得了研究海域有效弹性厚度最佳估值为11 km。分别采用未补偿导纳函数、挠曲导纳函数和Airy导纳函数构建了研究海域海底地形模型1、模型2和模型3,并与ETOPO1模型和GEBCO模型比较发现:模型1和模型2检核精度优于ETOPO1模型和GEBCO模型;相比于ETOPO1模型,模型1和模型2精度提高了49.04%和39.44%。海深分层检核统计结果表明:应用导纳函数构建的海底地形与检核点表现出良好的相关性;同时随着海深的增加,模型检核精度呈现不断升高的趋势。     

波浪引起的海底土层中的应力场和位移场

本文分析了波浪压力引起的海底土层中孔隙水流动的状况,给出了简化的力学模型来描述海底土层中孔隙水流动所引起的应力场和位移场.对波浪的分析采用了线性波的理论假设,波浪引起的压力计算采用高斯分布理论.孔隙流体和土骨架都假设为可压缩的,孔隙水在海底土层中的流动满足达西定律.由表示质量守恒的连续性方程与应力平衡方程出发,得到了由位移所表示的高阶微分方程,并给出了海底土层中位移场和应力场的解.其解依赖于孔隙流体和土骨架的相对压缩性,土的泊桑比和剪切模量,以及土介质的渗透率和各向异性等特性.文章还结合实际情况进行了计算,并分析了上述参数的影响.对如何应用上述结果提出了相应的参考意见.     

基于分形插值的三维海底地图生成算法

三维海底数字地图的制作是海底地形匹配技术的基础.分形插值算法利用了海底地貌的自相似特性,通过参数垂直比例因子来描述地形的复杂度和起伏程度,以此特征来实现对地形的分类.本文在分形理论的基础上提出了利用随机中点位移法进行水深数据插值生成规则网格数字高程模型的算法,可以区别不同种类地形对地形辅助导航的影响,为海底地形匹配技术的研究提供了重要的理论意义和实用价值.     

冲蚀地形上悬跨海底管线涡激振动试验研究

为了给海底管线服役期间的安全评估提供科学依据,基于水弹性相似关系,对海底管线服役期间常见水流环境条件下,冲蚀地形上悬跨弹性海底管线涡激振动进行试验研究.采用粘贴于管线内壁的应变片测量振动过程中的应变.通过与平底地形上相关研究结果进行对比分析发现:冲蚀地形上悬跨海底管线涡激振动强度与振动频率均受到冲蚀地形的影响;振动强度随水流折减速度的变化比平底地形要快,在相对冲坑长(悬跨长)L/D为20与L/D为35时涡激振动强度的差别较平底地形上悬跨管线要小得多;管线垂向振动频率随冲蚀地形冲坑长度的减少而增大;冲蚀地形上悬跨管线周围的斯特劳哈尔数St在0.21左右.比相同雷诺数下平底地形上悬跨管线周围St数略大.     

海洋工程地质的回顾与展望

本文通过对海洋工程地质发展的简单回顾阐述了其调查和评价的类别、方法与内容 ,对海底滑坡、砂土液化和原位土工测试等几个问题进行了重点展开 ,并对 2 1世纪的发展作了展望。     

混凝土近海平台的设想和方案

本文对我国近海海底油气资源的开发所采用的近海技术提出了建议和方案。从我国实际情况来看,发展混凝土平台比起钢的来说优点多于缺点。问题在于我国海岸线上缺少深水港、海湾和航道的特定条件下如何发展近海混凝土平台技术。这就要求我们来进行它们的方案研究。采用什么样的混凝土结构的型式或体系,采用什么样的施工方法和采用什么样的海底地基处理,才能最符合我国目前实际情况下加速我国的近海海底油气资源的开发。对于探索      

神经系统信息处理和异常功能的复杂动力学

神经系统通过电活动实现信息处理及生物功能,电活动的节律和时空行为是功能的动力学表征.神经电生理实验结合理论模型,借助于分岔揭示了外界激励、参数和噪声调控下的周期、混沌和随机等多样性的节律模式及其节律的复杂转迁规律,揭示了感觉神经对信息(如血压压力信号和痛觉信息)的节律编码机制,揭示了突触噪声扩大脑神经元的信息传递能力并对能力强弱进行了分类,结果可用于提高信息检测能力和指导镇痛;借助于单神经元节律的动力学——如分岔和簇放电节律的快慢动力学——解释了网络功能异常的时空行为,如药物调控脑皮层的螺旋波/癫痫和慢抑制耦合调控的运动网络的同步转迁/运动模式异常,结果给出了调控系统功能的途径;通过大数据分析获得自闭症患者的脑功能网络的时空行为特征——症状相关脑区的同步活动降低,给出了用于诊断的潜在指标.通过新实验发现、新建理论模型、新分析方法和新观点阐释,揭示了神经系统的复杂动力学,认识和解释了神经系统的信息处理机制和异常生物功能/疾病,具有重要科学意义和潜在应用价值.