南海北部陆坡区海底边坡稳定性数值分析

摘要

随着海洋油气资源的开发，海下工程建设日渐丰富，由地震等原因引起的海底滑坡及其引发的海洋地质灾害已经严重危害深水油气钻进平台、海底管线等海底采油设施的安全。对海底边坡进行稳定性评价是海洋岩土工程的重要课题之一。目前陆地边坡稳定性的研究相对较多，而对于海底边坡，由于海洋探测技术的限制、探测成本高以及海底土本身的特性，很难获取详细准确的参数数据，对海底边坡稳定性的研究通常基于陆地边坡的研究成果，定量研究相对较少。所以迫切的需要建立有效且全面的海底边坡安全评价方法，更好的为工程实践服务。鉴于此，本文针对强度随深度线性增加的正常固结黏土，采用极限平衡法、概率法、拟静力法和动力时程法对南海北部陆坡区某海底边坡进行稳定性评价，给出了海底边坡稳定性可靠度指标、安全系数和安全系数时程等定量数据，并深入探讨了影响海底边坡稳定性的各种因素。具体包括以下研究工作： （1）将极限平衡法与概率法相结合，分别对初始条件和含软弱层条件下的海底边坡进行可靠度分析，定量地分析了海底边坡表层土强度su0、强度变化率k、软弱层强度suw等重要参数的变异系数以及考虑参数空间变异性对海底边坡可靠度的影响。 （2）系统的总结了海底软黏土动参数的规律，将南海软土动参数的统计值与文献调查得到的陆域土动参数推荐值、渤海海域统计值、琼州海峡统计值进行对比分析，并提出了阻尼比的拟合公式以及南海海域土动参数的包络线。 （3）根据南海土动参数的统计结果，定量分析了海底边坡在三种地震强度下的稳定性，探讨地震波在土层中的传播规律，得到了海底边坡在地震过程中的安全系数时程曲线，并应用最小平均安全系数法对海底边坡稳定性进行评价。进一步探究海床表面、地表等位置的水平地震系数对安全系数的影响，并与动力时程分析法的结果进行对比。随后将拟静力法与概率法相结合，对实际海底边坡工程评价具有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 海底滑坡稳定性分析的研究现状

1.2.1 海底滑坡的触发机制

1.2.2 海底边坡稳定性分析的成果

1.3 边坡可靠性分析的研究现状

1.4 海底边坡静力稳定性评价的研究方法

1.4.1 极限平衡法

1.4.2 数值分析法

1.4.3 概率法

1.5 海底边坡动力稳定性评价的研究方法

1.5.1 拟静力法

1.5.2 动力时程分析法

1.5.3 Newmark滑块分析法

1.6 本文研究目的及主要研究内容

2 边坡可靠度分析原理

2.1 可靠度分析的基本原理

2.1.1 可靠度概念

2.1.2 可靠度指标及失效概率

2.1.3 目标可靠度

2.2 蒙特卡洛法

2.2.1 蒙特卡洛法基本思想

2.2.2 样本参数的生成

2.2.3 蒙特卡洛样本次数

2.3 随机场的基本原理

2.3.1 随机场模型

2.3.2 随机场的局部平均

2.4 GeoStudio程序介绍

2.5 本章小结

3 考虑参数空间变异性的海底边坡静力可靠度分析

3.1 工程实例验证

3.2 南海北部某陡坡区海底边坡静力可靠度分析

3.2.1 天然状态下海底边坡可靠度分析

3.2.2 含软弱夹层的海底边坡可靠度分析

3.3 边坡可靠度分析整体框架

3.4 本章小结

4 南海海域粉质黏土动力学参数的统计分析

4.1 南海海域原位土的动参数分析

4.2 与已有成果的对比分析

4.3 本章小结

5 地震作用下海底边坡的稳定性评价

5.1 动力时程法在海底边坡稳定性分析中的应用

5.1.1 动力耦合分析的基本思路

5.1.2 模型与参数

5.1.3 场地加速度反应分析

5.1.4 边坡稳定性动态演化规律

5.2 拟静力法在海底边坡稳定性中的应用

5.3 地震作用下海底边坡的可靠度分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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