考虑天然气水合物分解的海底斜坡稳定性分析研究

【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。 【关键词】：强度折减法 天然气水合物分解 安全系数 塑性区
【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
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11-12
• 1.2 海底斜坡稳定性研究现状12-14
• 1.3 水合物分解引起的海底斜坡稳定性研究现状14-16
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 本文的研究目的、方法及主要内容16-18
• 第2章 基于ABAQUS的有限元强度折减法18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 ABAQUS 简介18-19
• 2.3 有限元强度折减法简介19-23
• 2.3.1 有限元强度折减法基本原理20-22
• 2.3.2 有限元强度折减法中边坡失稳判据及屈服准则的选取22-23
• 2.4 用有限元强度折减法来验证标准算例23-26
• 2.4.1 模型介绍23-24
• 2.4.2 模型分析24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 基于强度折减法的海底斜坡稳定性数值分析27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 均质海底斜坡稳定性数值模拟28-30
• 3.2.1 计算模型及参数28
• 3.2.2 计算结果分析28-30
• 3.3 折线形均质海底斜坡稳定性数值模拟30-32
• 3.3.1 模型与计算方案30-31
• 3.3.2 计算结果分析31-32
• 3.4 考虑分层的海底斜坡稳定性数值模拟32-35
• 3.4.1 模型与计算方案32-33
• 3.4.2 计算结果分析33-35
• 3.5 计算结果分析与讨论35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 考虑天然气水合物分解的理想海底斜坡模型稳定性模拟37-50
• 4.1 引言37
• 4.2 含天然气水合物的海底斜坡失稳机理37-39
• 4.3 水合物不同分解程度的海底斜坡稳定性分析39-48
• 4.3.1 计算方案39-40
• 4.3.2 模型材料参数40
• 4.3.3 计算结果40-48
• 4.4 计算结果分析与讨论48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 考虑天然气水合物分解的实际典型海底斜坡稳定性分析50-60
• 5.1 引言50
• 5.2 地质背景简介50-52
• 5.3 真实剖面的海底斜坡模型分析52-59
• 5.3.1 模型简化方法简介52-53
• 5.3.2 海底斜坡模型分析53-54
• 5.3.3 计算方案及结果54-58
• 5.3.4 小结58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 结论和展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表论文66-67
• 致谢67

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