一种基于贯入仪阻力评估海底泥线相对位置的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于贯入仪阻力评估海底泥线相对位置的方法，通过贯入仪测试过程中获取的沿贯入深度方向的阻力，获取泥线判别因子，并确定海底泥线相对位置

【技术实现步骤摘要】
boundary layer. Encyclopedia of ocean sciences: elements of physicaloceanography. Academic Press, Cambridge, 311
–
316.McKee, B. A., Aller, R. C., Allison, M. A., Bianchi, T. S.,&Kineke, G. C. (2004). Transport and transformation of dissolved and particulatematerials on continental margins influenced by major rivers: benthic boundary layer and seabed processes. Continental Shelf Research, 24(7
–
8), 899
–
926.

技术实现思路

[0008]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于贯入仪阻力评估海底泥线相对位置的方法，本专利技术提出的方法通过全流动贯入仪测试过程中获取的阻力数据来反演泥线的位置，具有高效
、
准确
、
且无额外成本等优势
。
本专利技术解决了海底原位装备受海床表层沉积物与装备沉降耦合影响下，无法确定贯入仪测试参数所对应的海底沉积物空间位置难题
。
本专利技术仅需要贯入仪测试过程中获取的阻力数据就可确定海底泥线相对位置，避免了传统方法需要额外贯入其他探杆，避免了对海床表层沉积物性质的扰动，保证了原位测试数据的准确性，并降低了时间与经济成本
。
[0009]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于贯入仪阻力评估海底泥线相对位置的方法，具体包括以下步骤：用于海底原位沉积物强度测试的贯入仪有多种，下面以全流动贯入仪为例，进行详细叙述
。
[0010]步骤
S1
：将全流动贯入仪探头以标准速度贯入到海底表层沉积物中，并记录沿贯入深度方向上的阻力数据和与之对应的贯入深度
h,
测试结束后将贯入仪回收；步骤
S2
：通过全流动贯入仪测试过程中获取的阻力数据，利用公式
(1)
计算无量纲阻力系数；该阻力系数是随无量纲贯入深度变化的函数，即曲线；
(1)
式中，是阻力系数；是作用于全流动贯入仪探头上的阻力；是海水的密度；是全流动贯入仪探头的贯入速度；是全流动贯入仪探头的垂直投影面积；步骤
S3
：对阻力系数进行求导，得到阻力系数的增长速率，将该参数定义为泥线判别因子；泥线判别因子为阻力系数随无量纲贯入深度的增长速率，即曲线的导数；
(2)
式中，为泥线判别因子代表阻力系数的增长速率；为无量纲的贯入深度；
D
为贯入探头的直径；步骤
S4
：通过泥线判别因子可准确评估海底泥线相对位置，其具体步骤包括：步骤
S4
‑1：为获取泥线判别因子的变化规律，本专利技术基于计算流体动力学
CFD
方
法，模拟了球型探头（直径
D=113 mm
）和
T
型探头（直径
D=40 mm
，长度
250 mm
）从若干个初始高度位置（
T
型探头
=2.5、5、7.5、10
；球型探头
=1、2.5、3.5、5
）环境水处贯入到海底表层沉积物的全过程，获得了步骤
S1、S2、S3
中的
、
及，这里球型探头的取为
0.0354
，
T
型探头的取为
0.125
，模拟结果如图2与3所示
。
模拟结果展示：当探头位于泥线上方时，探头与泥线的距离大于2倍，阻力系数随无量纲贯入深度的变化很小，稳定于一值；随着探头与泥线距离的减小至2倍后，流经探头表面流体的流场会受到环境水与海洋表层沉积物的共同影响，阻力系数快速增加，随着探头距离泥线越来越近，阻力系数的增长率变得越来越大；当探头接触泥线时，阻力系数的增长率达到一个峰值；在探头穿过泥线时，阻力系数的增长率开始下降；步骤
S4
‑2：通过泥线判别因子随无量纲贯入深度的变化趋势，可以判断海底泥线相对位置；当泥线判别因子随无量纲贯入深度的变化符合步骤
S4
‑1中的变化趋势且存在一个最大值时，在相同条件下，该最大值与模拟结果处于同一量级时，且最大泥线判别因子对应的深度小于，此时最大泥线判别因子所对应的深度为全流动贯入仪接触到泥线的位置，也就是初始状态探头位于泥线上方；在另一种情况下，当泥线判别因子不会随着贯入深度达到上述清晰的最大值，则说明海洋表层沉积物的强度低，即海底沉积物的承载能力低，海床基底座会沉降到泥线以下，此时全流动贯入仪的探头在初始时刻被淹没在海洋表层沉积物中，即初始状态探头位于泥线之下
。
[0011]作为优选方案，步骤
S1
中全流动贯入仪替换为用于海底原位沉积物强度测试的贯入仪
。
[0012]作为优选方案，步骤
S3
中泥线判别因子为阻力系数随无量纲贯入深度的增长速率，即曲线的导数，对阻力系数进行求导时应在相同的条件下进行
。
[0013]本专利技术由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：（1）目前，用于识别泥线的方法通常使用额外的探杆来测量泥线，这种方法面临技术难度大
、
测试成本高
、
扰动土体
、
失效概率大等问题
。
本专利技术提出的方法通过贯入仪测试过程中获取的阻力数据来确定泥线的位置，具有高效
、
准确
、
且无额外成本等优势
。
[0014]（2）本专利技术专利提供了一种基于贯入仪阻力评估海底泥线相对位置的方法
。
该方法解决了海底原位装备受海床表层沉积物与装备沉降耦合影响下，无法确定贯入仪测试参数所对应的空间位置难题
。
[0015]（3）本专利技术仅需要全流动贯入仪测试过程中获取的阻力数据就可确定海底泥线相对位置，避免了传统额外贯入探杆方法对海床表层沉积物性质的扰动，保证了原位测试数据的准确性
。
[0016]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到
。
附图说明
[0017]本专利技术的上述和
/
或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：全流量贯入仪现场测试概念图；图2：不同初始位置条件下阻力系数与无量纲贯入深度的关系，
(a)T
型探头；
(b)
球型探头；图3：不同初始位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于贯入仪阻力评估海底泥线相对位置的方法，其特征在于，具体包括以下步骤
:
步骤
S1
：将全流动贯入仪探头以标准速度贯入到海底表层沉积物中，并记录沿贯入深度方向上的阻力数据和与之对应的贯入深度
h,
测试结束后将贯入仪回收；步骤
S2
：通过全流动贯入仪测试过程中获取的阻力数据，利用公式
(1)
计算无量纲阻力系数；该阻力系数是随无量纲贯入深度变化的函数，即曲线；
(1)
式中，是阻力系数；是作用于全流动贯入仪探头上的阻力；是海水的密度；是全流动贯入仪探头的贯入速度；是全流动贯入仪探头的垂直投影面积；步骤
S3
：对阻力系数进行求导，得到阻力系数的增长速率，将该参数定义为泥线判别因子；泥线判别因子为阻力系数随无量纲贯入深度的增长速率，即曲线的导数；
(2)
式中，为泥线判别因子代表阻力系数的增长速率；为无量纲的贯入深度；
D
为贯入探头的直径；步骤
S4
：通过泥线判别因子可准确评估海底泥线相对位置，其具体步骤包括：步骤
S4
‑1：模拟
T
型探头和球型探头从若干个初始高度位置环境水处贯入到海底表层沉积物的全过程，获得了步骤
S1、S2、S3
中的
、
及，球型探头的取为
0.0354
，
T
型探头的取为
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴森，高涵，年廷凯，刘晓磊，贾永刚，谷忠德，李伟甲，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：