[发明专利]一种海底不稳定性的评价方法

说明书

本发明涉及一种海底不稳定性的评价方法，先根据海底斜坡赋存的地质环境条件以及海底斜坡失稳的基本条件，遴选出影响海底斜坡稳定性的关键性地质因素；通过天然气水合物的分解模式及其分解效应，遴选出影响海底斜坡稳定性的关键性诱发因素，进而构建海底斜坡稳定性影响因子指标体系；然后通过海底斜坡稳定性影响因子指标体系的概化，构建海底斜坡地质力学模型；最后，基于摩尔—库伦破坏准则，提出评价海底斜坡稳定性的数学方法，即改进的有限元强度折减法，对天然气水合物分解诱发海底斜坡的稳定性以及海底斜坡失稳的演化过程进行分析，其原理科学，计算精度高，计算时间少，首次考虑天然气水合物分解引起海底斜坡失稳的诱发因素，结合地质力学模型和有限元数值分析方法，给出斜坡失稳的变形过程，具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于海洋地质灾害评价技术领域，涉及一种海底不稳定性的评价方法，针对海底沉积层中天然气水合物分解诱发的海底斜坡不稳定性进行评判，是一种定量评价方法。

背景技术

天然气水合物的分解被认为是引起世界上多处大陆边缘带海底滑塌的原因之一。理论分析表明，天然气水合物分解使得沉积物孔隙中的含气量增加，产生过高的孔隙压力，降低沉积物的胶结强度。如果含水合物的沉积物层坡度较大，并且水合物分解比较显著，会导致沉积层的抗剪强度和承载能力降低，造成海底斜坡滑动等不稳定性。

目前对水合物分解引起海底不稳定性的研究主要以讨论影响因素和定性研究为主，缺少定量的评判方法，对于天然气水合物分解与海底斜坡失稳之间如何影响，水合物分解诱因与其他因素之间如何制约等问题目前仍不清楚。现有的海底斜坡不稳定性的评价方法大致可分为极限平衡分析法和数值分析法两种。

极限平衡分析法的理论基础是极限平衡理论，其要点是当坡体的抗剪强度降低后，坡体内存在一个达到极限平衡状态的滑动面，使滑体处于临界失稳状态，处于极限平衡状态的滑动面必定满足摩尔——库伦强度准则。极限平衡分析法的模型简单，用的最为普遍。但是该方法很大程度上依赖于对潜在滑坡的形状和土体性质的了解程度，不能解决超孔隙水压力、边坡变形、动力反应及复杂地形等诸多因素的影响，也无法模拟斜坡的失稳过程，应用上存在局限性。

数值分析法是以描述滑坡体内部应力、应变特征的本构模型为基础来分析给定海底斜坡的变形和稳定性问题。数值分析方法通常包括有限差分法、有限元法和边界元法等。这类方法的优点是能够得出斜坡各点、各部位的稳定状态，能描述应变到应力的发展过程，便于解释斜坡失稳的机制，有助于提高海底斜坡稳定性评价水平。但该方法的计算精度取决于本构模型和单元体的选取。

因此，寻求一种海底不稳定性的评价方法，将极限平衡分析法和有限元数值分析方法相结合对海底斜坡的失稳过程进行与数值计算，结合两种方法的长处进行天然气水合物分解引起海底斜坡不稳定性评价，在海底斜坡失稳形态识别、失稳过程模拟及斜坡可靠性判定等方面均比较全面，采用海底斜坡地质力学模型与有限元计算分析相结合的方法，求解海底斜坡失稳变形演化过程，进行海底斜坡不稳定计算和定量评价，对天然气水合物开采过程中的海底稳定性问题具有重要的科学指导意义和实用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种海底不稳定性的评价方法，定量分析深水区天然气水合物分解对海底斜坡不稳定的影响关系。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种海底不稳定性的评价方法，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；