一种波浪作用下硬壳层塌块下陷深度预测方法
1.涉及领域
2.本发明涉及海洋工程领域，具体是一种预测波浪作用下硬壳层塌块下陷深度的方法。
技术背景
3.硬壳层是在海底表面地层中发育的一种地质结构，其强度要比下部地层的高。在遇到极端海况时，如风暴潮、台风等，波浪作用较强，此时硬壳层下部地层因强度较低，出现软化或液化，而硬壳层强度较高，不易液化。此时，下部土体强度降低，支撑力下降，在自重和波浪荷载作用下，容易出现撕裂，形成塌块，塌块则进一步在波浪荷载作用下出现下陷。明确此下陷深度，对于分析其对海洋工程的影响，明确海底地层演化结构等都具有重要意义。迄今为止，尚未见到有关方法对于下陷深度进行确定。
技术实现要素：
4.本发明所要解决的主要技术问题是提出一种波浪作用下硬壳层塌块下陷深度预测方法，具有流程性强和结果可靠的优点。
5.为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种波浪作用下硬壳层塌块下陷深度预测方法，包括如下步骤：
6.(1)确定硬壳层的厚度z1，水深d；
7.(2)确定硬壳层土体的不排水抗剪强度cu；
8.(3)确定硬壳层的重度γ1和下部软弱土体的重度γ2；
9.(4)确定硬壳层下部软弱土体的粘聚力c；
10.(5)确定极端海况时硬壳层处的波浪参数，包括波高h、波长l；
11.(6)确定波浪对硬壳层产生的压力极值p0：
[0012][0013]
其中，γw为海水重度，取10.25kn/m3；
[0014]
(7)确定塌块范围内的波浪平均压力p1：
[0015][0016]
其中，b为塌块边长，为待求参数；
[0017]
(8)确定塌块边长b；
[0018]
求解方程，确定塌块边长b，p1b＝4z1cu，取结果中的较小者；
[0019]
(9)确定硬壳层塌块的自重g；
[0020]
g＝b2z1γ1[0021]
(10)确定硬壳层塌块在波浪作用下的下陷深度h：
[0022]
求解方程，确定下陷深度h，
[0023]
(b2+4bh)c+γ2b2h＝b2p1+g
[0024]
在一较佳实施例中：步骤1中在硬壳层处进行钻探，利用钻探结果确定硬壳层的厚度z1；在硬壳层处利用水深测量工具，对水深进行测量，确定硬壳层处的水深d。
[0025]
在一较佳实施例中：步骤2利用硬壳层钻探取出的原状土样，运回实验室进行微型十字板剪切试验，确定硬壳层土体的不排水抗剪强度cu。
[0026]
在一较佳实施例中：步骤3中利用硬壳层和下部软弱土体钻探取出的原状土样，运回实验室进行密度试验，分别测试出密度后，分别乘以重力加速度，得到硬壳层的重度γ1和下部软弱土体的重度γ2。
[0027]
在一较佳实施例中：步骤4中利用下部软弱土体取出的原状土样，运回实验室进行直剪试验，测试出其粘聚力c。
[0028]
在一较佳实施例中：步骤5中根据实测资料或理论推算，确定硬壳层处在极端海况时的波浪参数，包括波高h、波长l。
[0029]
本发明的工作原理是，当波浪作用在硬壳层上时，由于硬壳层强度较高，不易液化，下部软弱土体强度较低，容易出现液化，一旦液化后，上部硬壳层土体下部失去支撑，进而出现塌块。利用力学平衡原理，求解出塌块的尺寸。然后计算塌块受到的波浪压力和塌块自重，两者力使得塌块下陷，而塌块底部土体的支持力、浮力阻止塌块下陷，进一步根据力学平衡方法，得到塌块的下陷深度。因此具有流程性强和结果可靠的优点。
具体实施方式
[0030]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032]
本实施例提供了一种波浪作用下硬壳层塌块下陷深度预测方法，包括如下步骤：
[0033]
(1)确定硬壳层的厚度z1，水深d。
[0034]
在硬壳层处进行钻探，利用钻探结果确定硬壳层的厚度z1；在硬壳层处利用水深测量工具，对水深进行测量，确定硬壳层处的水深d。
[0035]
(2)确定硬壳层土体的不排水抗剪强度cu。
[0036]
利用硬壳层钻探取出的原状土样，运回实验室进行微型十字板剪切试验，确定硬壳层土体的不排水抗剪强度cu。
[0037]
(3)确定硬壳层的重度γ1和下部软弱土体的重度γ2。
[0038]
利用硬壳层和下部软弱土体钻探取出的原状土样，运回实验室进行密度试验，分别测试出密度后，分别乘以重力加速度，得到硬壳层的重度γ1和下部软弱土体的重度γ2。
[0039]
(4)确定硬壳层下部软弱土体的粘聚力c。
[0040]
利用下部软弱土体取出的原状土样，运回实验室进行直剪试验，测试出其粘聚力c。
[0041]
(5)确定极端海况时硬壳层处的波浪参数，包括波高h、波长l。
[0042]
根据实测资料或理论推算，确定硬壳层处在极端海况时的波浪参数，包括波高h、波长l。
[0043]
(6)确定波浪对硬壳层产生的压力极值p0。
[0044][0045]
其中，γw为海水重度，取10.25kn/m3。
[0046]
(7)确定塌块范围内的波浪平均压力p1。
[0047][0048]
其中，b为塌块边长，为待求参数。
[0049]
(8)确定塌块边长b。
[0050]
求解方程，确定塌块边长b，p1b＝4z1cu，取结果中的较小者。
[0051]
(9)确定硬壳层塌块的自重g。
[0052]
g＝b2z1γ1[0053]
(10)确定硬壳层塌块在波浪作用下的下陷深度h。
[0054]
求解方程，确定下陷深度h，
[0055]
(b2+4bh)c+γ2b2h＝b2p1+g
[0056]
实施案例
[0057]
我国某海域海床表面发育有硬壳层，且该区域石油管线众多，为了评估硬壳层塌块对石油管线的影响，事先需明确塌块在波浪作用下的下陷深度，采用本发明的方法进行预测。
[0058]
在硬壳层处进行钻探，利用钻探结果确定硬壳层的厚度z1为0.66m；在硬壳层处利用水深测量工具，对水深进行测量，确定硬壳层处的水深d为11.2m。利用硬壳层钻探取出的原状土样，运回实验室进行微型十字板剪切试验，确定硬壳层土体的不排水抗剪强度cu为26.1kpa。利用硬壳层和下部软弱土体钻探取出的原状土样，运回实验室进行密度试验，分别测试出密度后，分别乘以重力加速度，得到硬壳层的重度γ1为19.3kn/m3和下部软弱土体的重度γ2为16.1kn/m3。利用下部软弱土体取出的原状土样，运回实验室进行直剪试验，测试出其粘聚力c为13.6kpa。根据理论推算，确定硬壳层处在极端海况时的波浪参数，其中波高h为4.3m、波长l为51.7m。确定波浪对硬壳层产生的压力极值p0为10.6kpa。确定塌块范围内的波浪平均压力p1为10.6-0.2b。进一步，求得塌块边长b为7.6m。确定硬壳层塌块的自重g为733.1kn。最后，求解方程，确定硬壳层塌块在波浪作用下的下陷深度h为0.35m。
[0059]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。