不排水条件下可燃冰分解对海底边坡稳定性的影响

近年来,可燃冰受到学界的广泛关注:一方面,可燃冰可以作为潜在的新型能源;另一方面,海底边坡中可燃冰的分解是引发海底地质灾害的重要原因.可燃冰分解将产生大量甲烷气体,当含可燃冰土层位于两个透水性较差的土层中间时,孔隙水和气体将无法与外界发生交换,可燃冰的分解过程可以看作不排水(气)过程.此时,沉积物中孔压升高,有效应力减小,抗剪强度下降,当含可燃冰土层位于边坡坡底附近时,边坡将更易沿可燃冰土层发生滑动破坏.因此,可燃冰分解将对海底边坡的不排水开挖造成不利影响.本文基于理想气体状态方程和摩尔库伦模型,提出了一种在任意应力状态下可燃冰分解的数值模拟方法,并在有限差分软件FLAC3D中实现该方法,进而从土单元层面将数值模拟结果和理论推导结果进行了对比,两者基本吻合.最后,本文利用该方法分析了可燃冰分解对海底边坡稳定性的影响,模拟了可燃冰不分解条件下直接进行不排水开挖、以及可燃冰分解后再进行不排水开挖.模拟结果显示,可燃冰分解会导致海底边坡在不排水开挖时发生失稳.