[发明专利]一种海底不稳定性的评价方法

权利要求书

1.一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建海底斜坡的地质力学模型，并将地质力学模型概化为数值计算模型；

利用改进有限元强度折减法对所述数值计算模型进行海底斜坡稳定性数值模拟计算；所述海底斜坡是否稳定是利用有限元数值分析方法基于摩尔—库仑破坏准则计算安全系数来判断的，安全系数计算公式为：

式中：c、分别是岩土体的内聚力和内摩擦角；τ和σ分别为剪切面上的有效法向应力与有效剪切应力；F_s'为斜坡安全系数；

根据建立的海底斜坡地质力学模型，选取海底斜坡的一部分进行受力分析，由极限平衡理论可知：

式中，σ_w为岩土体自重应力；σ_hp为海水作用在坡顶的静水压力；σ_p为海水作用在坡体内的孔隙水压力；σ_ep为水合物分解产生的超孔隙压力；γ_s为沉积物层的容重；γ_w为水的容重；a为地震加速度；β为潜在滑移面的倾角；h₁为海平面至斜坡头部的深度；h₂为海平面至水合物带头部的深度；h₃为海平面至斜坡尾部的深度；h₄为海平面至水合物带尾部的深度。

2.根据权利要求1所述的一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，所述构建海底斜坡的地质力学模型，并将地质力学模型概化为数值计算模型，包括以下步骤：

建立海底斜坡的几何模型，其中，沉积物层和水合物带节点坐标为X、Y；

通过对组成海底斜坡的沉积物层和水合物带进行识别，赋予相应的物理力学参数，并以此建立海底斜坡的材料模型；

通过设置的海水深度H、水合物分解量η求解海水产生的静水压力和孔隙水压力以及水合物分解产生的超孔隙压力，并通过设置的静水压力和超孔隙压力边界条件，建立海底斜坡的地质力学模型；

将建立的几何模型、材料模型转化为物理网格模型，并将物理网格模型和地质力学模型转化为可用于数值模拟计算的数值计算模型。

3.根据权利要求2所述的一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，所述海底斜坡的几何模型建立过程中的参数包括海水深度、斜坡角度、沉积物层和水合物层的几何形态、水合物带厚度；首先结合实际地形和地震资料，设定海水深度、海底斜坡角度以及沉积物层和水合物带的几何形态；然后输入沉积物层和水合物带的节点，通过连接节点，绘制沉积物层和水合物带面，最后通过面拉伸成体从而建立海底斜坡的几何模型。

4.根据权利要求2所述的一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，所述物理力学参数包括重度、弹性模量、泊松比、抗剪强度内聚力、内摩擦角和抗拉强度。

5.根据权利要求2所述的一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，所述海底斜坡的材料模型通过定义沉积物层和水合物带的强度模型及物理特性参数来完成，二者的强度模型均选用摩尔—库伦强度模型，沉积物层特性参数包括沉积物的比重和塑性系数，水合物带特性参数主要包括水合物的空率、孔隙度、饱和度和水合物分解量。

6.根据权利要求2所述的一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，所述海底斜坡的地质力学模型基于上述海底斜坡的几何模型和材料模型，分析静水压力、孔隙水压力和水合物分解产生超孔隙压力的边界条件以及受力模式，进而求解静水压力、孔隙水压力和水合物分解产生的超孔隙压力。

7.根据权利要求2所述的一种海底不稳定性的评价方法，其特征在于，所述将建立的几何模型、材料模型转化为物理网格模型，具体做法为：首先设置沉积物与水合物带各自的单元类型、材料模型、网格划分的形状、尺寸大小以及网格划分模式；然后网格化水合物带，再网格化沉积物层，从而建立海底斜坡物理网格模型。