深海能源土抗剪強度的理論研究

于 航，戚承志，朱守東，趙 發,王曉嬌

(北京建筑大學 北京未來城市高精尖中心與城市基礎設施建設北京市國際合作基地，北京 100044)

1 研究背景

海洋土與陸地土有很大的區別，一是承受著更大的孔隙水壓力，二是形成了與陸地土差別很大的海洋土膠結物質，簡稱水合物。水合物是21世紀的主要清潔能源。含有水合物的海洋沉積物也稱為深海能源土。在全球能源緊張的壞境下，對水合物的開采引起了重視，因此，為了保證開采的安全以及避免海底災害的發生，正確認識水合物沉積物的力學性質是十分必要的。為此國內外不少學者針對海洋土力學特性展開了研究。

Cuccovillo等[1]對能源土進行了電子顯微掃描，發現水合物廣泛地存在顆粒之間。試驗發現，深海能源土的力學性質受水合物的分布模式、含量等影響，水合物的含量和賦存狀態對于土的力學性質的影響較為明顯。賦存狀態根據飽和度的增大分為3種：填充模式、持力體模式、膠結模式[2-4]，如圖1所示。其中膠結模式對力學性質的影響最為明顯，其主要原因是水合物的膠結作用能將周圍的土顆粒膠結在一起形成一個整體骨架承載。

圖1 水合物的賦存模式[2-4]Fig.1 Occurrence mode of hydrate[2-4]

對于能源土力學性質的研究，國內外學者已進行了大量的試驗并獲得了比較可靠的規律。Hyodo等[5]進行了能源土的三軸試驗，發現隨著水合物飽和度的增加，能源土抗剪強度增加；但水合物飽和度存在臨界值，未達到臨界值時強度變化不明顯，達到臨界值之后強度變化明顯，說明水合物不同賦存模式對強度有較大影響。……