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海底表层土导热系数变化规律的试验研究

2021-01-27何旭涛林晓波徐建良李世强杨婧荷徐海宁

海洋学研究 2020年1期

何旭涛,林晓波,徐建良,李世强,杨婧荷,徐海宁

(1.国网浙江省电力有限公司 舟山供电公司,浙江 舟山 316021;2.自然资源部 第二海洋研究所,浙江 杭州 310012)

0 引言

导热系数是土非常重要的一个热物性参数,其大小反映了表层土受热后土体温度增加的难易程度。20世纪80年代,出于冻土地区工程设施稳定性评价和设计计算的需求,陶兆祥和张景森[1]用比较法测定了5种融(冻)土的导热系数,并分析了温度和含水量的影响。之后学者们基于土体热物性参数的准确测量,开始对盐渍土、黄土、人工填土等不同类型土的导热系数展开了实验或理论模型的研究,取得了一系列重要成果[2-8]。以往用于实验的土样多取自高原、平原、河谷阶地等陆地地貌单元,但对于海洋沉积环境尤其是与人类生产生活密切相关的海岸带及浅海环境下土体热性能的研究甚少。

近年来,我国海洋工程发展迅速,海底电缆的安全运行及海上风电场选址等使得海洋土的热稳定性越来越受到重视。以海缆为例,若将其视为“热源”,土壤视为“吸热器”,运行中产生的所有热量都通过外部热环境到达土壤表面,也由此决定了电缆的外皮温度。按电力设计容量,海缆外皮温度最高可达75~80 ℃,温度超过此限,不仅会使海缆寿命明显降低,还可能导致击穿故障。因此,无论是计算埋地电缆的载流量,还是确保电缆的安全运行,都需要对埋设电缆周围土壤的热特性有充分了解。但由于海洋环境的复杂性,包括泥沙冲淤变化及浅层气、液化塌陷、碎屑流等地质灾害的影响都使得海床土体的导热系数处于动态变化中,准确测量并深入研究其影响因素和变化规律对理论研究及工程设计都具有重要意义。……

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