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基于两步折减法的含天然气水合物沉积物海底斜坡稳定性分析

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天然气工业 2021年第10期41卷 141-153页

作者：赵亚鹏孔亮刘乐乐袁庆盟刘佳棋青岛理工大学理学院青岛理工大学土木工程学院自然资源部天然气水合物重点实验室•中国地质调查局青岛海洋地质研究所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

对于天然气水合物(以下简称水合物)分解影响下的海底斜坡稳定性问题,过去较多采用强度折减法进行研究,但多数学者由于未考虑初始地应力平衡等问题,因而存在着诸多不足。为此,基于强度折减法,提出了将初始地应力平衡、水合物分解、强度... 详细信息

对于天然气水合物(以下简称水合物)分解影响下的海底斜坡稳定性问题,过去较多采用强度折减法进行研究,但多数学者由于未考虑初始地应力平衡等问题,因而存在着诸多不足。为此,基于强度折减法,提出了将初始地应力平衡、水合物分解、强度折减统一进行考虑的"两步折减法":首先对海底斜坡中水合物分解的影响效果进行分析,剖析其影响实质,进而构建多因素、多水平正交模拟试验,探究不同因素对海底斜坡稳定性的影响规律;进而基于正交试验结果,分析不同因素水平下安全系数的边际均值和变化规律。研究结果表明:(1)水合物分解是一个应力释放、位移增加的动态过程,其影响实质是将沿斜坡分布的"应力非均匀性"转换为"位移非均匀性";(2)多因素下海底斜坡稳定性主控因素为斜坡倾角与海水深度,而分解程度、水合物层厚度、水合物层埋深的影响则相对较小;(3)水合物层埋深对安全系数的影响受到临界埋深的限制;(4)安全系数与斜坡倾角正切值的倒数(1/tanβ)呈线性关系;(5)当海底斜坡稳定性较差或水合物开采可能引起海底滑坡时,可考虑"直井+水平井"的联合开采方式,在水合物储层下部区域设置水平井,并将直井设置在远离斜坡的区域。

关键词：强度折减天然气水合物海底斜坡稳定性安全系数正交试验水合物分解 “直井+水平井”联合开采

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海底斜坡面波压力分布特征的数值模拟研究

海洋湖沼通报（中英文） 2024年第5期46卷 21-27页

作者：朱飞扬刘小丽中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 山东省海洋环境地质工程重点实验室山东青岛266100

波浪作用导致的斜坡失稳会威胁到近海工程的安全,斜坡面上的波压力分布直接影响着斜坡的稳定性。利用基于有限体积法的水动力数值模型,模拟了行进波在斜坡地形上的传播过程,在验证模型正确性的基础上,进一步分析了水深、波高及周期对不... 详细信息

波浪作用导致的斜坡失稳会威胁到近海工程的安全,斜坡面上的波压力分布直接影响着斜坡的稳定性。利用基于有限体积法的水动力数值模型,模拟了行进波在斜坡地形上的传播过程,在验证模型正确性的基础上,进一步分析了水深、波高及周期对不同坡度的斜坡面上波压力分布特征的影响。结果分析表明,行进波沿斜坡面传播过程中,水深越小,波高越大,周期越长,破波前斜坡面上的波压力越大;在波浪发生破碎的条件下,水深越小,周期越短,波高和坡度越大,波浪的破碎区越靠近来波方向;缓坡条件下(3°~9°),波压力最大值相较坡底处可增加20%~80%;破波前的波压力沿斜坡面呈非线性增加趋势,波浪破碎可使斜坡面上的最大波压力相对于坡底波压力的增加率扩大约1.2~1.3倍;波浪破碎后的波压力显著降低,且其数值可能会小于坡底处的波压力。

关键词：海底斜坡波浪波压力数值模拟波浪破碎

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深海海底斜坡环境对声传播规律的影响

中国科学：物理学、力学、天文学 2016年第9期46卷 18-27页

作者：胡治国李整林秦继兴任云张仁和中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100190 中国科学院声学研究所南海研究站海口570105

海底地形变化对声传播具有重要影响.针对在南海深海区域海底斜坡环境下进行的一次声传播实验中观测到的一些不同于平坦海底的声传播现象,利用射线声学方法分析并解释了海底地形变化引起声传播差异的原因.结果表明,当声源深度位于131 m处... 详细信息

海底地形变化对声传播具有重要影响.针对在南海深海区域海底斜坡环境下进行的一次声传播实验中观测到的一些不同于平坦海底的声传播现象,利用射线声学方法分析并解释了海底地形变化引起声传播差异的原因.结果表明,当声源深度位于131 m处时,在第一影区内,海底斜坡前较小幅度的海底山丘(凸起高度小于1/10海深),对第一次与海底作用而入射到该小海底山丘处的小掠射角(绝对值在10°–20°范围内)声波有反射遮挡作用,导致在其反射区特定传播距离上出现影响深度可达海面以下1300 m的倒三角声影区,比平坦海底环境下相同影区位置处的传播损失增大约8 dB.在第一会聚区内,海底斜坡对声波的反射阻挡作用使得从海面反射及水体向下折射的小掠射角(绝对值小于10°)声波所形成的会聚区结构消失,只保留从水体向上折射的会聚结构.因此,准确的海底地形对深海声传播预报及目标探测等应用非常重要.

关键词：深海海底斜坡声传播本征声线

坡度对海底斜坡瞬态波浪响应及其滑动失稳特征影响研究

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2020年第6期50卷 119-125页

作者：刘小丽尹清海刘洪睿山东省海洋环境地质工程重点实验室(中国海洋大学) 山东青岛266100 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

波浪作用下海底斜坡滑动稳定性分析中,一般未考虑海底坡度引起的波浪浅水效应,即不考虑波浪在斜坡面上的变形导致的波压力变化,降低了其计算结果的可靠性。本文基于沿斜坡面传播的线性波浪理论,考虑波浪的浅水效应,利用波浪与重力作用... 详细信息

波浪作用下海底斜坡滑动稳定性分析中,一般未考虑海底坡度引起的波浪浅水效应,即不考虑波浪在斜坡面上的变形导致的波压力变化,降低了其计算结果的可靠性。本文基于沿斜坡面传播的线性波浪理论,考虑波浪的浅水效应,利用波浪与重力作用下海底斜坡的有效应力场,计算海底斜坡滑动稳定性安全系数。在验证海底斜坡滑动稳定性计算结果可靠性的基础上,分析了坡度对海底斜坡瞬态波浪响应及其滑动失稳特征的影响。结果表明,由于波浪沿斜坡面传播的浅水效应,相对于水平海床,波浪作用下斜坡最大瞬态应力和孔隙水压力随着坡度的增加基本呈线性增加趋势,最大水平位移呈非线性增加趋势;相比于坡底水平段海床的滑动区,斜坡面上滑动区的深度和水平方向滑动范围均有所增加,且坡度越大,这种效应越显著;相比于饱和海床,非饱和条件下,坡度对斜坡体滑动特征的影响程度有所降低。

关键词：波浪海底斜坡滑动失稳坡度浅水效应

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国内外海底斜坡稳定性研究概况

海洋科学进展 2006年第1期24卷 130-136页

作者：胡光海刘振夏房俊伟中国海洋大学国家海洋局第一海洋研究所海军92323部队

海底斜坡物质受地震、风暴潮等动力因素的影响,其强度变弱,发生失稳破坏,对海底工程设施具有较大的破坏性,引起人们的广泛关注。根据近几年来国外海底斜坡稳定性研究领域的最新成果,简要介绍分析与海底斜坡失稳有关的调查方法、分类、... 详细信息

海底斜坡物质受地震、风暴潮等动力因素的影响,其强度变弱,发生失稳破坏,对海底工程设施具有较大的破坏性,引起人们的广泛关注。根据近几年来国外海底斜坡稳定性研究领域的最新成果,简要介绍分析与海底斜坡失稳有关的调查方法、分类、失稳机制、失稳空间和稳定性评价等研究情况。这些方面的成果代表了当前国际海底斜坡稳定性研究的进展和动态,对促进我国今后的海底斜坡稳定性研究将会起到一定的帮助作用。

关键词：海底斜坡稳定性分类机制

Newmark位移分析方法在海底斜坡地震稳定性评价中的应用

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海洋地质前沿 2017年第6期33卷 53-58页

作者：褚宏宪方中华史慧杰李攀峰国土资源部海洋油气与环境地质重点实验室青岛266071 海洋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266061 中国地质调查局青岛海洋地质研究所青岛266071

Newmark地震动力时程分析方法能够考虑自然地震波峰值地面加速度(PGA)、持续时间、地震频率的影响,可以输入不同地震波进行模拟计算,计算了曹妃甸典型海底边坡在发生类似唐山地震的烈度情况下动力响应,得出的位移值大小可以定量的反映... 详细信息

Newmark地震动力时程分析方法能够考虑自然地震波峰值地面加速度(PGA)、持续时间、地震频率的影响,可以输入不同地震波进行模拟计算,计算了曹妃甸典型海底边坡在发生类似唐山地震的烈度情况下动力响应,得出的位移值大小可以定量的反映地震对场地边坡的影响,根据海底斜坡或坡顶建筑物的允许位移值,可以将其作为安全稳定分析的判断指标,可以为类似边坡稳定性评价、近海工程建设等提供重要的参考作用。

关键词：地震海底斜坡稳定性 Newmark 位移

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内孤立波作用下海底斜坡动力响应试验研究

内孤立波作用下海底斜坡动力响应试验研究

作者：李逸冰自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：内孤立波海底斜坡动力响应超孔隙水压力

曹妃甸甸头近岸海域海底斜坡及海洋工程稳定性研究与评价

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曹妃甸甸头近岸海域海底斜坡及海洋工程稳定性研究与评价

作者：彭锦添河北工业大学

学位级别：硕士

本文以调查资料、勘测数据为基础,利用软件模拟和理论计算相结合的方式,对曹妃甸甸头近岸海域海底斜坡稳定性、海底管道稳定性、海上风电单桩基础稳定性、自升式钻井平台桩靴稳定性进行定量分析与评价,研究工作的主要结论为:(1)探讨了... 详细信息

本文以调查资料、勘测数据为基础,利用软件模拟和理论计算相结合的方式,对曹妃甸甸头近岸海域海底斜坡稳定性、海底管道稳定性、海上风电单桩基础稳定性、自升式钻井平台桩靴稳定性进行定量分析与评价,研究工作的主要结论为:(1)探讨了曹妃甸甸头近岸海域的水文气象条件、地质地貌特征及工程地质条件。(2)采用Geo-slope软件,对甸头近岸海域不同位置处的海底斜坡分别在自重、波浪、地震作用下的稳定性进行了分析评价。(3)利用现有国内规范,分析了研究区内待建海底管道的在位稳定性,采用ABAQUS有限元软件模拟了研究区内拟建管道的应力、位移状况,并总结了水平位移和垂直位移与管道水下重和环境荷载的变化规律,对不同位置处的海底管道进行了评价,提出了提升管道在位稳定性的合理化建议。(4)研究了待建海上风电的单桩基础轴向承载力与入土深度之间的变化规律及稳定性,利用等效静力法计算了研究区不同位置处的环境荷载,采用ABAQUS有限元软件模拟了研究区内拟建单桩基础在水平荷载作用下的应力、位移状况,分析评价了单桩基础的插桩适宜性。(5)研究了自升式钻井平台的桩靴基础承载力与入泥深度之间的关系及稳定性,采用经典土力学方法和规范方法分别计算了桩靴基础承载力和入泥深度,利用规范计算方法和ABAQUS有限元软件分析了桩靴基础的滑动稳定性,评价了桩靴基础插桩适宜性。

关键词：曹妃甸甸头海底斜坡海洋工程稳定性

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海底斜坡稳定性研究进展及分析

海洋地质前沿 2013年第3期29卷 42-45,59页

作者：史慧杰褚宏宪高小慧国土资源部海洋油气与环境地质重点实验室青岛266071 青岛海洋地质研究所青岛266071 青岛海洋地质工程勘察院青岛266071

海底斜坡稳定性受风暴潮、海底地震等有许多不确定因素影响,易发生失稳破坏,产生较大的海洋地质灾害问题。简要介绍了国内外海底斜坡稳定性研究进展;利用GEO—SLOPE滑坡分析软件进行海底边坡稳定性计算,建立研究区斜坡有限元模型、滑移... 详细信息

海底斜坡稳定性受风暴潮、海底地震等有许多不确定因素影响,易发生失稳破坏,产生较大的海洋地质灾害问题。简要介绍了国内外海底斜坡稳定性研究进展;利用GEO—SLOPE滑坡分析软件进行海底边坡稳定性计算,建立研究区斜坡有限元模型、滑移模式,确定模型计算的基础资料如海底地形参数、地层结构参数、土体强度参数等指标,模拟大风浪和地震力作用等极端条件下斜坡稳定性可靠度计算和数值分析,确定海底斜坡失稳空间特征和斜坡失稳概率,对促进今后的海底斜坡稳定性分析方法研究将会起到一定的指导作用。

关键词：海底斜坡稳定性安全系数概率