海底软黏土斜坡的失稳机制及灾变演化规律
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:41772296
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:D0705.工程地质环境与灾害
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:赵维; 贾宇峰; 周扬; 马哲; Gaetano Elia; 丛斌龙; 张宇;
- 关键词:
项目摘要
The stability of subsea soft clay slope is a key problem that is commonly encountered by offshore oil and gas exploration. There are not many slope stability researches that considered the dynamic characteristics of subsea soft clay, its large deformation softening behaviour and strain rate dependency. There are even less that considered the initialisation of slope instability and its catastrophic evolution. This proposal is going to use triaxial experiments and penertration experiments to perform a detailed research into the mechanical characteristics of deep sea soft clay found in the South Sea. Based on the MSS two surface material model, large deformation calculation will be developed to reasonably reflect above characteristics. With this constitutive model incorporated into dynamic finite element simulation, the process of fracturing of slope and the development of the sliding surface will be modelled. Then using the initiation of the sliding body and the hardening parameters as input values, SPH depth averaged integration method will be used to model the sliding body evolution from mud flow all the way to final sedimentation. From this a complete analysing method that encompasses all the stages of slope instability, catastrophic failure up to sedimentation, is to be developed and this will be validated using geotechnical centrifuge tests. The project will also focus on the continental shelf on the North side of South sea and explore the effect of, for instance, earthquake loading, engineering disturbance, excess pore water pressure and soft layers as well as their interactions and combined effects in order to reveal the mechanisms of slope instability and catastrophic failure. This proposal has very important contribution to the scientific area of the analysis of slope stability and this would have important value of application and contribute significantly to the safety evaluation of deep sea oil and gas exploration in the South Sea.
海底软黏土斜坡的失稳和灾变是海洋油气工程中经常面临的关键问题。已有研究中,考虑海底软黏土动力特性、大变形软化特性和应变速率影响的成果还不多,涵盖斜坡失稳触发和灾变演化全过程的研究更为少见。本项目拟联合采用三轴试验和触探试验对南海海底软黏土的力学特性进行细致研究,并基于MSS双边界面模型开发大变形算法合理反映上述特性,采用动力有限元模拟斜坡渐进破坏、滑移体形成的过程,再将滑移体初始形态、强度等指标作为输入条件,采用SPH平均深度积分法模拟由滑移体到泥屑流直至最终沉积的演化过程,从而建立一套涵盖斜坡失稳、灾变和再沉积全过程的分析方法,并开展离心模型试验进行验证。针对我国南海北部陆坡,探讨地震荷载、工程扰动、超孔隙水压力和软弱层等多种因素的相互影响规律,揭示斜坡失稳和灾变机制。本项目在斜坡稳定分析领域具有重要科学意义,在南海深水油气开采工程安全评价方面具有重要应用价值。
结项摘要
重点针对南海北部陆坡的海底软黏土斜坡进行稳定性评价和海管路由选址,评价海底滑坡的致灾范围以及不同阶段的滑坡对海底管线的冲击作用。项目从海洋土的软化特性入手,重点讨论了定向剪切、主应力轴旋转条件下海底土的模量软化,并提出了考虑状态参量和主应力轴旋转效应的弹塑性本构模型。通过改变触探头形状和加压等方式改进了传统T-bar触探仪,研发了LRMP触探仪,针对南海软黏土和商品高岭土开展了不同剪切应变速率、大变形的循环剪切,提出海底土强度评价公式。采用极限平衡分析、有限元分析和动力时程分析相结合的办法对南海北部陆坡的陡坡区进行了评价;研究了敏感性黏土海床的续发性失稳机制,讨论了软弱夹层、摩擦效应、滑移体静/动态下滑过程对海床稳定性的影响;完善了前期工作基础的SPH平均深度积分法,实现了海底滑坡的全物理过程模拟。调整技术路线,重点研究滑坡初始阶段,即土体强度较高、流速较慢时对海底管线的冲击作用,通过一系列的海底滑坡-管线相互作用的离心模型试验和CFD数值模拟分析,讨论了海底滑坡在泥屑流阶段的运移状态,以及不同冲击角度、不同流速、不同土强度等状态下的海底滑坡对置于海床表面或者悬跨状态的海底管线的冲击作用力,提出了法向和水平向冲击力的量化表达式,较为创新地对作为导致海管整体屈曲重要因素的竖向抬升力进行了系统量化。提出临界悬跨高度以及管线受力的包络线,讨论了已有评价管线受滑坡冲击力评价方法的适用范围以及管线受滑坡冲击力的主要影响因素。.本项目发表学术论文8篇,其中SCI/EI收录6篇,EI收录2篇;授权专利3项;课题负责人晋升教授,团队成员中有3位老师晋升为副教授,培养毕业博士1名、硕士7名。成果应用于我国XX气田陡坡及海管路由稳定评价和海底管线路由选址、南海岛礁筑岛稳定性评价等工程,项目负责人作为第二完成人获2020年度辽宁省科技进步一等奖1项。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
An analytical solution for the ultimate embedment depth and potential capacity of vertically loaded anchors with a bridle shank
带有吊索杆的垂直加载锚的最终嵌入深度和潜在承载力的解析解
- DOI:10.1016/j.oceaneng.2019.106216
- 发表时间:2019
- 期刊:Ocean Engineering
- 影响因子:5
- 作者:Yang Qing;Cong Binlong;Wang Zhongtao;Yu Long
- 通讯作者:Yu Long
海底滑坡对管线冲击力的数值分析
- DOI:10.11779/cjge201903020
- 发表时间:2019
- 期刊:岩土工程学报
- 影响因子:--
- 作者:王忠涛;张宇;杨庆;王寒阳
- 通讯作者:王寒阳
Centrifuge modelling of active pipeline-soil loading under different impact angle in soft clay
软粘土中不同冲击角度下主动管道-土壤荷载的离心机模拟
- DOI:10.1016/j.apor.2020.102129
- 发表时间:2020-05
- 期刊:Applied Ocean Research
- 影响因子:4.3
- 作者:Wang Zhongtao;Zhang Yu;Yu Long;Yang Qing
- 通讯作者:Yang Qing
Strain softening parameters estimation of soft clay by T-bar penetrometers
T形杆贯入仪估算软土应变软化参数
- DOI:10.1016/j.apor.2020.102094
- 发表时间:2020
- 期刊:Applied Ocean Research
- 影响因子:4.3
- 作者:Han Yunrui;Yu Long;Yang Qing
- 通讯作者:Yang Qing
Development of a novel lateral resistance measurement penetrometer for pipe-soil interaction centrifuge model test
新型管土相互作用离心模型试验侧阻测量贯入仪的研制
- DOI:10.1177/1550147718815647
- 发表时间:2018
- 期刊:International Journal of Distributed Sensor Networks
- 影响因子:2.3
- 作者:Zhang Yu;Wang Zhongtao;Pei Huafu
- 通讯作者:Pei Huafu
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其他文献
黏土地基上吸力式沉箱基础的三维破坏包络面研究
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:防灾减灾工程学报
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- 作者:武科;王忠涛;王志云;栾茂田
- 通讯作者:栾茂田
基于强度折减理论的海底斜坡稳定性分析
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- 发表时间:--
- 期刊:水利与建筑工程学报
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- 作者:杨林青;王忠涛;李家钢;刘乐军;胡光海;YANG Lin-qing1,WANG Zhong-tao1,LI Jia-gang2,LIU Le;2.Engineering Design Department,Zhonghai Oil Resea;3.First Institute of Oceanography,National Bureau
- 通讯作者:3.First Institute of Oceanography,National Bureau
多孔介质海床对波浪传播影响理论分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:大连理工大学学报
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- 作者:王忠涛;栾茂田;郑东生
- 通讯作者:郑东生
复杂应力条件下长江口原状饱和软黏土门槛循环应力比试验研究
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- 发表时间:--
- 期刊:岩土力学
- 影响因子:--
- 作者:郭莹;贺林;栾茂田;王忠涛;刘功勋;张俊峰
- 通讯作者:张俊峰
循环加载条件下吸力式沉箱基础极限承载力特性分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:大连理工大学学报
- 影响因子:--
- 作者:王忠涛;王志云;栾茂田;杨庆;张其一
- 通讯作者:张其一
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- 项目类别:青年科学基金项目
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