【摘要】：海底能源土斜坡是指含天然氣水合物(俗稱可燃冰)的海底斜坡。天然氣水合物儲量大、分布廣、能量密度高,是21世紀最具開發(fā)前景的新型戰(zhàn)略性替代能源。由于天然氣水合物高壓低溫的賦存條件極其苛刻,環(huán)境的變化和海底工程等極易引起溫壓條件改變,導(dǎo)致水合物分解。常溫常壓下1m~3的天然氣水合物分解后可釋放出164 m~3的天然氣和0.87 m~3的水。隨著水合物的分解,土顆粒間膠結(jié)能力減弱,孔隙率增加,能源土成為欠固結(jié)土或松砂;分解產(chǎn)生的甲烷氣體使孔隙水壓力急速抬升,進而導(dǎo)致土顆粒間有效應(yīng)力降低,引起能源土靜力液化,最終導(dǎo)致海底斜坡失穩(wěn)。海底能源土斜坡失穩(wěn)與水合物分解之間存在密切聯(lián)系已被國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)證明。建立相關(guān)力學(xué)模型進行分析,對評估可燃冰開采過程中海底斜坡穩(wěn)定性有重要意義。在對水合物誘因的海底滑坡進行分析的基礎(chǔ)上,本文完成如下工作:(1)簡要介紹了有限元強度折減法及數(shù)值計算軟件ABAQUS,并通過典型斜坡算例驗證了以ABAQUS為數(shù)值計算平臺的有限元強度折減法研究海底滑坡的可行性。(2)采用熱力學(xué)的基本理論,并考慮水合物最終分解狀態(tài)下的相態(tài)演變以及水合物分解過程中海水對甲烷氣體的溶解,修正了孔隙氣體非逃逸的Grozic超孔壓模型。通過典型海底滑坡案例,對修正的孔壓模型進行驗證與比較。(3)根據(jù)修正的Grozic超孔壓模型,計算水合物不同分解程度下的超孔壓力數(shù)值。結(jié)合有限元強度折減法,對水合物層大范圍分解情況下海底斜坡穩(wěn)定性進行數(shù)值模擬和評價,對方案中是否考慮超孔壓的計算結(jié)果進行比較,從而得出在能源土斜坡穩(wěn)定性分析中,考慮超孔壓的必要性。(4)根據(jù)產(chǎn)氣量推算單一豎井開采所引起的水合物分解范圍,并與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較,從而保證后續(xù)模擬方案的準確性。針對單一豎井開采的不同階段,水平井水平段不同長度的條件及豎井個數(shù)不同的條件分別制定模擬方案,考慮超孔壓力、土體強度參數(shù)軟化、地應(yīng)力平衡等因素,對不同開采工況下海底能源土斜坡穩(wěn)定性進行數(shù)值模擬和評價。
【圖文】：

圖 2.1 Mohr-Coulomb 屈服條件圖 2.2 Mohr-Coulomb 屈服面oulomb 屈服條件能夠較好的描述巖土體材料的破壞行可，在巖土工程領(lǐng)域比如經(jīng)典的擋土墻土壓力問題、

圖 2.2 Mohr-Coulomb 屈服面ulomb 屈服條件能夠較好的描述巖土體材料的破壞行可，在巖土工程領(lǐng)域比如經(jīng)典的擋土墻土壓力問題定性問題被廣泛應(yīng)用。算中，采用關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)流動法則，取決于剪脹采用關(guān)聯(lián)流動法則，，當二者不相等時采用非關(guān)聯(lián)流法則的算例[28]進行分析，表明：對于巖土材料，當采的變形將與實際變形相差較大，且會出現(xiàn)過大的剪法時剪脹現(xiàn)象可以得到一定程度的減弱。另外，平面摩擦角的一半時數(shù)值計算結(jié)果較為精確�；� ABAQUS 軟件采用有限元強度折減法求解海底ohr-Coulomb 屈服準則和非關(guān)聯(lián)流動法則進行穩(wěn)定性擦角的 1/2。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P744.4

【參考文獻】

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本文編號：2632325