考虑天然气水合物分解的海底斜坡稳定性分析研究

发布时间：2020-03-30 04:43

【摘要】：海底滑坡是具有巨大危害的海洋地质灾害之一，天然气水合物的分解被认为是导致海底滑坡的重要因素。由于海洋环境的不可见性及不可预测性，多数对于海底斜坡土体不稳定性的研究大多数都是事后进行的。借助大型非线性有限元软件ABAQUS，采用有限元强度折减法，对水合物分解引起的海底斜坡稳定性进行模拟预测，给出了斜坡失稳后的滑动面位置及滑动后的位移、应力等信息，且对真实的海底斜坡进行了模拟。为进一步预防水合物分解引起的海底斜坡失稳提供了依据，对预防由此引起的海底斜坡有较大的意义。简要分析了水合物分解引起的海底滑坡的研究现状，在此基础上主要完成了以下工作： 1、简要介绍了大型非线性有限元软件ABAQUS，有限元强度折减法的基本原理以及屈服准则的的选取，并验证了基于ABAQUS的有限元强度折减法在边坡工程中的可行性。 2、利用有限元强度折减法，选取三种不同的海底斜坡模型进行分析模拟，计算出均质海底斜坡、折线形海底斜坡以及分层海底斜坡模型的稳定安全系数，并给出失稳后可能出现的塑性区、位移等因素，并在此基础上对比分析得出了影响海底斜坡模型稳定性的主要因素。 3、分析天然气水合物分解引起海底滑坡的失稳机理，并利用有限元强度折减法，在尽量接近实际的基础上建立理想的海底斜坡计算模型。计算出水合物不同分解程度对应的海底斜坡稳定性安全系数，并给出失稳可能出现的塑性区、位移等信息，研究了天然气水合物分解对海底斜坡稳定性的影响。初步证明了有限元强度折减法应用于海洋能源土斜坡稳定性分析的可行性。 4、针对真实剖面模型进行简化分析，用两种方案分别模拟人为因素和自然因素造成的水合物分解对海底斜坡稳定性的影响，为预防水合物分解引起的海底滑坡提供参考。
【图文】：

屈服条件

13论过程中使用 Mohr 定律（见图 2.1）。图2.1 Mohr-Coulomb屈服条件Mohr-Coulomb 强度准则在主应力空间是一个六角锥体（见图 2.2），它以空间对角线为对称轴，这个空间对角线也叫做静水压力线。图2.2 Mohr-Coulomb屈服面Mohr-Coulomb 屈服准则可以很好的描述岩石、土体等材料的破坏行为，得到了众多学者的认可，也广泛应用于岩土工程领域。Mohr-Coulomb 准则还可以解决边界土压力的问题，同时，地基的承载力问题、边坡的稳定性问题都可以参考 Mohr-Coulomb 准则。本文在运用 ABAQUS 软件进行海底斜坡失稳模拟计算时采用 Mohr-Coulomb 屈服准则。2.4 用有限元强度折减法来验证标准算例2.4.1 模型介绍选取几何尺寸如图 2.3 中的典型斜坡作为标准算例[51]。斜坡坡高 10m，坡度约为 26.57o，即正切值 1：2。左侧边界距坡脚 20m

斜坡,几何尺寸,单位,剪胀角

图2.3斜坡几何尺寸（单位：m）于 ABAQUS 软件进行有限元分析时，，需要将建立的边坡模型划分型选择 6 节点二阶三角形平面应变单元（CPE6）。采用有限元强度斜坡的稳定问题时，选用理想弹塑性本构模型、Mohr-Coulomb 屈联流动法则进行稳定性评价，剪胀角ψ=13o。土的物理力学参数见进行分析求解时，打开几何大变形开关，即允许土体有较大的变形表2.1标准算例中土的物理力学参数抗剪强度剪胀角ψ/(o)弹模E/(MPa)泊松比重度γ/(KN/mc/(kPa) φ/(o)10 20 13 100 0.3 20模型分析虑重力荷载作用下，模型失稳时的塑性区发展状况。应用有限元强
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P744.4;P736.12

【参考文献】