孔隙压力与地震作用对富含水合物海底边坡稳定性影响研究

徐继涛; 朱海涛; 蒋明镜; 李文昊; 张珮瑶; 李玉莹

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20250430046

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孔隙压力与地震作用对富含水合物海底边坡稳定性影响研究

“第七届防灾减灾工程会议”专题 | 更新时间：2026-01-07

- 孔隙压力与地震作用对富含水合物海底边坡稳定性影响研究
- Study on Influence of Pore Pressure and Seismic Action on Stability of Hydrate‑rich Submarine Slopes
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第6期页码：1371-1382
- 作者机构：
  
  1.天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津300350
  2.苏州科技大学土木工程学院，江苏苏州 215011
- 作者简介：
  
  朱海涛（1979—），男，教授，博士。主要从事深海水合物开采安全研究。E‑mail:htzhu@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52378524);天津市应用基础研究项目(22JCYBJC00640)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20250430046
  中图分类号： TE375
- 收稿：2025-04-30，
  
  修回：2025-10-28，
  
  纸质出版：2025-12-28
- 稿件说明：
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徐继涛,朱海涛,蒋明镜等.孔隙压力与地震作用对富含水合物海底边坡稳定性影响研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(06):1371-1382.

XU Jitao,ZHU Haitao,JIANG Mingjing,et al.Study on Influence of Pore Pressure and Seismic Action on Stability of Hydrate‑rich Submarine Slopes[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(06):1371-1382.
徐继涛,朱海涛,蒋明镜等.孔隙压力与地震作用对富含水合物海底边坡稳定性影响研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(06):1371-1382. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250430046.

XU Jitao,ZHU Haitao,JIANG Mingjing,et al.Study on Influence of Pore Pressure and Seismic Action on Stability of Hydrate‑rich Submarine Slopes[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(06):1371-1382. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250430046.

摘要

赋存于深海浅层沉积物中的天然气水合物作为新型清洁能源载体，在相态转移过程中产生部分水和大量天然气，这一相变过程不仅弱化了水合物与土颗粒之间的胶结能力，同时产生了超孔隙压力。相较于Nixon‑Grozic修正模型，通过引入气体压缩性参数和非理想气体状态方程修正后的本构模型，其超孔隙压力计算结果更符合工程实际。地震的附加作用力通过改变土体结构强度会显著影响天然气水合物赋存边坡的安全性。基于无限斜坡随机场理论，系统分析了孔隙压力变化与竖向地震作用对边坡失稳概率的正向促进效应与负向抑制效应。以中国南海第二次水合物试采矿藏为例，分别在不考虑超孔隙压力、基于Nixon‑Grozic修正模型和考虑非理想气体修正模型条件下计算海底边坡的安全系数。结果表明：随着储层中水合物分解程度的加剧，在不考虑超孔隙压力的情况下，海底边坡安全系数呈现逐渐下降趋势；而采用Nixon‑Grozic修正模型及其非理想气体修正模型进行模拟时，海底边坡安全系数均表现出先降后升的非单调变化特征，且前者计算结果始终低于后者。值得注意的是，当考虑水合物储层力学参数的空间变异性时，通过概率分析方法计算得出的边坡失效概率显著增大，这表明水合物分解过程会严重削弱边坡可靠性。

Abstract

Natural gas hydrates (NGH) existing in shallow deep-sea sediments are regarded as a novel clean energy carrier. During phase transition

NGH generates a small amount of water and a large volume of natural gas

which not only weakens the cementation between hydrates and soil particles but also generates excess pore pressure. Compared with the Nixon-Grozic modified model

a constitutive model further revised by incorporating gas compressibility parameters and a non-ideal gas equation of state produces excess pore pressure predictions that better reflect engineering practice. Additional seismic forces significantly affected the safety of hydrate-bearing slopes by altering the structural strength of the soil. Based on the infinite slope stochastic field theory

the positive promoting and negative restraining effects of pore pressure variations and vertical seismic action on slope instability probability were systematically analyzed. Using the second hydrate trial-production reservoir in the South China Sea as a case study

the safety factors of the submarine slope were calculated under three conditions: ignoring excess pore pressure

applying the Nixon-Grozic modified model

and implementing the non-ideal gas modified model. The results indicated that as hydrate dissociation in the reservoir intensified

the slope safety factor declined progressively when excess pore pressure was not considered. When the Nixon-Grozic modified model and its non-ideal gas modified model were used for simulation

the slope safety factor demonstrated a non-monotonic trend of initially decreasing and then increasing

with predictions from the Nixon-Grozic modified model consistently lower than those from the non-ideal gas modified model. Notably

when the spatial variability of the reservoir's mechanical parameters was considered

probabilistic analysis revealed a significant increase in slope failure probabilities

indicating that hydrate dissociation severely compromised slope reliability.

关键词

Keywords

references

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