海底斜坡稳定性

　　海底斜坡稳定性，顾名思义，即海洋底部斜坡的稳定性。受风暴潮、海底地震等不确定因素影响，易发生失稳破坏，产生较大的海洋地质灾害问题。

　　释义

　　海底斜坡稳定性，顾名思义，即海洋底部斜坡的稳定性。受风暴潮、海底地震等不确定因素影响，易发生失稳破坏，产生较大的海洋地质灾害问题。

　　海底斜坡失稳机理

　　促使海底斜坡失稳的机理比较复杂，总结引起海底斜坡破坏的触发因素主要有：重力作用、风暴潮、海底火山和地震、沉积物快速沉积、天然气水合物分解作用、陆架冰川活动等。其中，动荷载如波浪、风暴潮、地震等的作用主要产生超孔隙压力，降低土体抗剪强度；风暴潮引起的大风浪和欠固结沉积物的快速沉积通常是引起河口三角洲海底失稳的主要因素。加拿大J　Locat教授[3]在2000年第八届国际滑坡会议上结合欧洲COSTA计划，基于海底滑坡现场实验研究认为，海底滑坡的触发因素主要与海洋环流动力因素有关，而地震并不一定是海底滑坡的最主要触发因素。2

　　海底斜坡稳定性分析方法

　　海底斜坡稳定性的目前常规分析方法可归为极限平衡法、数值分析法和概率法3种。

　　（1）极限平衡法　其理论要点是作用在土体上的剪切应力等于土体的抗剪强度时土体将发生破坏。其优点是模型简单方便，用的最普遍，但在很大程度上依赖于对土体性质的精确了解，不能计算出斜坡土体内应力应变、超孔隙水压对土体强度的影响。

　　（2）数值分析法　主要是采用本构模型为基础，能反映应变—应力的发展过程，有助于认识斜坡失稳的机理。目前较成熟的数值分析软件有加拿大不列颠哥伦比亚大学开发的FLAC和美国普林斯顿大学研发的DYNAFLOW，前者主要用于模拟地震作用下水下建筑物基础的稳定性，而后者可以利用三维地震资料分析海底斜坡稳定性的三维特征。

　　（3）概率法　斜坡稳定性分析中有许多不确定的因素，传统的安全系数法无法反映岩土参数的不确定性，而概率法采用均值和标准偏差值来表示土体性质，从而形成基于可靠度理论的边坡稳定性分析方法，主要包括一次二阶矩法（FORM）和蒙特卡罗法（Monte　Carlo）对边坡的可靠度指标或失效概率进行估算。

　　海底斜坡破坏后的演变趋势

　　根据斜坡破坏变形的方式，海底斜坡失稳类型分为蠕变、岩崩/碎屑崩落、平移滑坡、碎屑流和泥流5种。其中，最普遍的类型是失稳岩石和沉积物的块体滑动；迄今发现最大的海底滑坡体是发生在挪威海域的Storegga滑坡，面积为9万km2，体积为3　000km3。

　　斜坡失稳迹象的识别空间量测是斜坡稳定性分析的关键。Solheim和Berg通过高分辨率地震勘探和高精度水深测量资料，得出从地震剖面上滑坡尾部存在的犁式断层、海底斜坡陡壁出现杂乱的沉积物反射、在滑坡后壁存在旋转块体、坍塌等特征来识别海底滑坡，在天然气发育区滑移面通常与天然气水合物稳定带底界相对应，滑坡体下方的地震BSR反射特征模糊或缺失。胡光海等将海底土体失稳过程分蠕动、滑动和流动3类，并探讨了它们在声学地层剖面上的识别特征：蠕动为连续不规则波状反射结构；滑动是张性裂隙、内部结构完整的滑体以及伴有负载形成的地形；流动中的沉积物出现线形纹理和平行层理非常清晰的中断，并被没有内部结构的声学透明物质充填。

　　关于海底斜坡失稳后演变趋势的定量研究，Locat和Lee运用流体力学方法对比分析不同沉积物流变数学模型后，提出Bingham流、Her－schel－Bulkley流和双线性流3种具有代表性的流变数学模型。Norem和Schieldrop等利用一个黏塑性模型模拟海底碎屑流，取得较好效果。

　　近年来，随着高精度高分辨率地球物理调查技术手段和计算机技术的快速发展，海底斜坡稳定性调查取得了一些丰富的成果。Lee等在一项由美国地质调查局资助的项目中采用了高精度多波束测深技术，获得了较准确的海底声呐反射图，查明了海底地形特征、沉积物分布规律和滑坡空间分布范围，并应用较新的GIS技术对海底浅层滑坡带进行了区域分析；Haflidason等利用地质柱状取样及12口浅钻资料解释了Storegga滑坡经历了3期历史演化阶段，得出地质调查成果对估算滑坡规模和斜坡发展演化具有重要意义；胡光海根据东海陆坡实测高精度的多波束水深地形资料构建了高分辨率的海底三维数字地形模型，研究区共发现了102处海底滑坡，指出发育了崩塌型、旋转型和平移型滑坡3种类型。

　　海底斜坡稳定性分析

　　海底斜坡稳定性分析应包括以下内容：

　　（1）海底滑坡带分布情况、形态、地貌特征、土工特性。

　　（2）影响斜坡稳定性因素的分析。

　　（3）海底斜坡稳定性分析方法主要采用总应力极限平衡法进行海底边坡稳定性计算，同时考虑重力、地震力和波浪产生的底压作用。具体包括：建立研究区斜坡有限元模型、滑移模式，确定模型计算的基础资料，如海底地形参数、地层结构参数、土体强度参数等指标，潮流底应力分析，确立用总应力极限平衡分析法进行海底边坡稳定性计算，采用GEO—SLOPE滑坡分析软件进行斜坡可靠度计算、模拟大风浪和地震力作用下斜坡稳定性数值分析。

　　（4）通过综合对比分析及模拟计算研究，确定海底斜坡失稳区空间量测、斜坡失效概率、斜坡失稳影响因素的敏感性和斜坡失稳机理，从而探讨海底斜坡的发展演化趋势。

　　本词条内容贡献者为:

　　张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院