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1、第23卷第1期海岸工程2004年3月文章编号:1002-3682(2004)01-0063-10海底斜坡土体失稳的研究进展胡光海,刘忠臣,孙永福,张效龙(国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061)摘要:根据国内外最新的文献,综述了海底斜坡失稳研究核心问题的进展情况。这些进展主要包括海底斜坡土体失稳的定性和定量研究,以及海底斜坡土体失稳后演变趋势的定性和定量研究。关键词:土体失稳;演变趋势;定性研究;定量研究;海底滑坡中图分类号:P737文献标识码:A早在19世纪后期,人们就已经注意到了海底斜坡不稳定性的存在。1897年Milne列举了1616-1886年间由于地震、火
2、山爆发等引起的333次海底斜坡失稳事件,其中[1]电缆多次遭破坏。随着海底用途的不断增加和破坏事件的发生,人们逐渐意识到加强海底斜坡稳定性研究的重要性。最初对特定海区进行海底不稳定性系统研究的是20世纪70年代初以美国地质调查局为主会同其他部门和大学在密西西比河水下三角洲进[2]行的研究。该研究计划的导因是1969年卡米尔飓风(HurricaneCamille)所诱发的水下土体滑动造成南70通道3座钢平台破坏,其中B平台翻倒并沿斜坡向下滑出30m,[3,4]造成1亿多美元的损失,引起了人们极大的关注。人们迄今尚未能直接观察到海底斜坡土体失稳过程,主要原因是:海底斜坡土体发生
3、破坏的确切位置和时间很难预测;人们较难接近海底,尤其是在恶劣的海况下就更加如此。因此,对海底斜坡土体不稳定性研究绝大多数是事后的,借助于声学、地质学和水文学调查手段记录下的变化地形形态和海底沉积物结构,结合陆上斜坡土体失稳研究的经验知识进行判识。如在高分辨率的浅层剖面仪记录上,可以分辨出挠动的海底面、旋转或完整的滑动块体、沉积物重力流的沉积体等;旁侧声纳图象可以象航空图片一样,直观揭示海底斜坡地形的变化。近几十年来,由于声学探测技术的提高,人们对海底斜坡失稳土体地形范围和特征的认识不断深入,逐渐开展了水下斜坡土体失稳过程的定性和定量模式分析。这种分析收稿日期:2003-11
4、-25作者简介:胡光海(1970-),男,工程师,主要从事海洋测绘与海洋工程地质方面研究。(责任编辑:杜素兰)64海岸工程第1期可分为2个连续性的过程:土体稳定性模式分析;土体破坏后演变趋势模式分析。水下斜坡土体失稳过程的定性和定量研究将有助于理解土体发生破坏、搬运的外部环境和土质条件因素,预测其可能发生的部位以及演变趋势。1海底斜坡土体稳定性研究1.1定性研究近年来,随着海上定位技术和高分辨率地球物理勘探技术的发展,特别是多波束测深技术和数据处理技术的运用使人们对海底的认识比以往更详细更深入。通过分析新技术提供的数据,人们已经辨认出各种各样的海底斜坡和沉积不稳定的海底微地
5、貌特[5,6]征,并把它们解释为塌陷洼地、滑坡陡槛、环状张性裂隙、海底滑坡堆积体等。[7,8]促使海底斜坡土体失稳的机理是比较复杂的。Prior和Coleman(1982)总结了引[9]起斜坡失稳的各种主要因素,并建立了概念性的过程框图(图1)。这些触发因素主要是重力作用、削峭作用、地震和火山作用、风暴潮、沉积物固结状态、孔隙气作用、天然水[6]合物分解作用、潮位变化和渗透作用。重力对海底斜坡土体的影响主要有:为海底土体顺坡向下运动及其破坏提供了一种动力;土体在其自重和上覆土层的压力下固结;由于致密物质快速沉积压覆在松软土层上可能产生压缩和挤压而引起不均匀的受力状态。由于重
6、力作用引起土体内的应力等于或超过其抗剪强度时,就会产生不稳定性。与这种不稳定性相关的移动通常是迅速的,从几分钟到几天的时间内就会发生巨大的移动。破坏后土体还可能继续发生移动,一直到物质完全到达稳定状态。另一方面,在恒定上覆土层压力下,粘性土体可能发生蠕动。在低应力比下,应变速度会随时间变化而递减。图1导致海底斜坡不稳定性产生的因素和在高应力比下,应变可能会过程的相互关系(引自Prior和Coleman,1982)快速发生累积,并导致破坏。因此,蠕变速度是变化的,这取决于应力水平和环境[10]条件。第23卷胡光海,等:海底斜坡土体失稳的研究进展65大洋岩石圈俯冲到大陆岩石圈的
7、大陆边缘处,由于翘曲和断裂构造活动可以导致斜坡倾角增加。Moore(1977)在印度洋东北部海沟的侧壁上发现了特大滑坡,其中海底沉积物受到斜坡陡化的影响。同时,这些地区的地震活动活跃,地震对海底斜坡的稳定性有重要影响。地震使水平和垂直方向的应力增大,使沉积物中的孔隙水压力发生变化,沉积物强度也就发生变化。在地震和海底斜坡不稳定性之间存在线性关系已被广泛[9]接受。然而,Boulanger(2000)的工作却表明地震作用可能增大海底沉积物的强度。在地震过程中沉积物的孔隙水如果能及时排除,沉积物强度增大。这也许能解释地
