黄河水下三角洲埕北海域地面沉降分析与控沉对策研究

论文摘要

埕北海域位于黄河水下三角洲东北部,该海域蕴藏着丰富的油气资源,是胜利油田开发的主力区块。但是地面沉降导致的沿岸地面水准点失效,使水深资料出现错误,从而使多个平台导管架标高设计与实际水深不符,产生了巨大经济损失同时也引发了一系列次生灾害。因而对黄河水下三角洲地面沉降研究,预测其最终沉降量,沉降速率等,预防和减少地面沉降带来灾害地质现象,为防止海洋工程灾害提供工程设计需要的重要参数,这是海洋地质和海洋工程领域迫切需要解决的问题。本文将收集到的埕北地区工程地质勘探报告、井场调查报告以及平台间海底管线和电缆路由调查报告等资料,对该区的沉降情况进行定量和定性的分析。本文通过收集的钻孔资料以及前人发表的黄河水下三角洲海底沉积物物理力学数据,对研究区的沉积物分布,沉积物工程地质性质进行系统的研究;通过对调查资料中的土工试验成果表以及压缩曲线分析,采用分层总和法计算最终沉降量,采用太沙基固结理论计算和Plaxis软件模拟沉降随时间的变化关系;通过实测数据以及其它方法验证定性分析得出的结果,最后分析引起地面沉降的因素,并提出地面沉降的控制措施和建议。根据分析结果,对埕北海域的地面沉降情况进行了总结:1)研究区埋深30m以浅地层为第四纪全新世三角洲沉积和浅海相沉积地层,其结构是粉土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土和粉砂。第一层粉土经后期海洋水动力改造,表层土不断粗化密实,其强度明显提高,压缩性降低。第二三层是淤泥质粉质粘土和粉质粘土,分布不均匀,局部地区有缺失。土质均匀性差,属高压缩性软弱土层,其前期固结压力小于上覆有效自重压力,为黄河水下三角洲快速沉积的欠固结土,沉积物的自然固结沉降现象存在;2)研究区海域沉降量的变化范围0.389～0.729m,这不仅和土体的压缩性相关,也与土层厚度有关。沉降速率在2.10～2.97cm/a变化,与实测结果相吻合,表明该海域的地面沉降现象存在;3)使用Plaxis软件模拟固结分析可以得出,随着埋深的增加,土体沉降量总体上均呈线性减少,而且递减的趋势快;4)土体的物理力学性质是地面沉降的内因,同时波浪和潮流的作用是地面沉降的外因。在此基础上,对黄河水下三角洲发生地面沉降的诱导因子以及地面沉降所产生的影响进行相应的分析,为黄河三角洲防灾减灾、土地利用、河口河道治理以及三角洲地面沉降的观测与监测等方面的研究提供理论与实践指导,具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0.前言
• 1.研究意义、现状与内容
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国内外地面沉降现状
• 1.2.2 国内外地面沉降研究现状
• 1.2.3 黄河三角洲地面沉降研究现状
• 1.3 问题的提出以及研究主要内容与目标
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 研究的主要内容和目标
• 2.研究区域概况
• 2.1 研究区地理位置
• 2.2 研究区地质构造背景
• 2.3 研究区地形地貌特征
• 2.4 研究区海洋水文
• 2.4.1 风
• 2.4.2 海浪
• 2.4.3 海流
• 3.研究区的工程地质特征
• 3.1 研究区地层地史
• 3.2 研究区沉积物平面分布特征
• 3.3 研究区沉积物垂向分布的岩土工程特征
• 3.4 小结
• 4.研究区地面沉降的计算分析——基于太沙基理论沉降分析
• 4.1 计算原理
• 4.1.1 最终沉降量的计算原理
• 4.1.2 固结理论
• 4.2 分层计算结果
• 4.2.1 研究区土层的固结状态
• 4.2.2 分层计算结果
• 4.2.3 考虑研究区域海相沉积地层的地面沉降
• 4.3 计算结果的验证
• 4.3.1 不同计算方法验证最终沉降量结果
• 4.3.2 实测结果资料验证沉降速率结果
• 4.4 引起地面沉降的影响因素分析
• 4.4.1 内因对地面沉降的影响
• 4.4.2 外因对地面沉降的影响
• 4.5 小结
• 5.研究区地面沉降的计算分析——基于PLAXIS软件沉降分析
• 5.1 Plaxis软件在研究区的应用
• 5.1.1 软件原理分析
• 5.1.2 Plaxis数值计算基本步骤
• 5.1.3 Plaxis软件的应用
• 5.2 数值计算结果分析
• 5.3 波浪作用下研究区土体的沉降情况
• 5.3.1 波浪荷载产生的动水压力分析
• 5.3.2 数值计算结果分析
• 5.4 小结
• 6.研究区地面沉降控制对策与建议
• 6.1 地面沉降监测方法的研究
• 6.2 地面沉降模型理论的研究
• 6.2.1 土力模型
• 6.2.2 生命旋回模型
• 6.3 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 存在问题和展望
• 参考文献
• 致谢