基于液化渗流模式的黄河三角洲海底塌陷凹坑形成过程研究

现代黄河水下三角洲广泛发育着规模较大的塌陷凹坑，严重危害着海底管线、电缆安全。目前对其研究主要集中在形貌特征调查、定性描述与分类，而对其形成机理及过程鲜有关注。本课题从海洋土力学角度出发，通过室内试验、理论分析及数值模拟等研究方法，研究波浪作用下现代黄河三角洲海底塌陷凹坑的形成过程。主要研究内容：波浪作用下层状结构海床土性质变化过程；波浪作用下海床土体内气体运移过程研究；基于总应力变化的海床渗流失稳研究；基于气体-水-固体颗粒耦合作用的海床渗流侵蚀与流体运移过程研究；黄河水下三角洲海床塌陷凹坑形成过程评价。课题根据黄河三角洲沉积环境及水动力条件探究海底塌陷凹坑形成机理，把瞬态孔隙水压力、残余孔隙水压力及波浪压力的联合作用作为海床渗流的动力；考虑气体对海底塌陷凹坑的影响，并设法解决气体在土体内的运移过程。研究成果将为黄河水下三角洲海洋工程设计、建设及海底地质灾害评价、预防提供技术支持。

针对塌陷凹坑等海底灾害地貌，基于海洋土力学的理论框架，采用室内试验、理论分析和数值计算的方法，建立了波浪作用下黄河水下三角洲海床失稳的物理机制，并给出了相应的评价方法。指出超孔隙水压力是海床不稳定的决定性因素，总结了波浪作用下海床瞬态孔隙水压力和残余孔隙水压力的产生机制并建议了相应的计算方法。针对冲刷、液化、剪切破坏三种海床不稳定形式，给出了适用于黄河水下三角洲的判别准则和相应的参数取值。建立了液化渗流模式的黄河三角洲海底塌陷凹坑成因机制与评价方法。研究成果对认知黄河三角洲地区塌陷凹坑等海底地质灾害成因演进机制具有重要的科学意义，并可对此区域的海洋工程设计施工提供可靠的技术支持。