港口與海洋工程地質-學習報告

港口與海洋工程地質目錄1.海洋工程地質概述 .海洋工程地質概述1.1學科定義：海洋工程地質學，是研究海洋沉積物與工程建設有關的地質問題的科學，其研究方法是海洋地質與工程地質等技術科學相結合的方法。海洋工程地質基礎理論，是闡明海洋沉積物物理與力學性質的形成、發(fā)展變化的規(guī)律。因為從工程的角度來看，海底主要的地質要素是沉積物。這些沉積物強度較低，直接影響建筑物的安全穩(wěn)定和使用壽命，所以對海洋沉積物工程特性的研究，就自然成為基礎理論研究課題，也是海洋工程地質學最基本、最重要的一項任務。只有依據(jù)本學科正確的基礎理論，才能很好地計算海洋工程建筑地基的強度和變形，評價地基的穩(wěn)定性，研究特定海區(qū)的工程地質問題并作為各種海洋工程建筑實踐的指導。1.2學科方向分類：海洋工程地質學形成后，不斷向縱深發(fā)展，主要理論方向為海洋土質學、海洋工程地質動力學、專門海洋工程地質學及區(qū)域海洋工程地質學。(一)海洋土質學；主要指沉積物在形成及成巖過程中強度的發(fā)展，在海底廣泛分布的海底沉積物的物質組成和性質的變化，創(chuàng)立海底沉積物的分類，不同成巖階段工程地質評價酌確定，沉積物性質有效分析方法和研究。(二)海洋工程她質動力學：主要問題是在研究大防架時，要探索外生作用和內(nèi)生作用的規(guī)律性，并以此預測人類工程經(jīng)濟活動的結果，這對于海洋工程建筑物的安全穩(wěn)定有很大作用和密切相關?！?三)專門海洋量程地質學：這方面的重要問題即是海洋工程地質勘察的綜合方法和技術的建立。主要是野外進行沉積物工程特性測定的技術方法，如裁荷試驗、十字板試驗、靜力觸探，標準貫入試驗等。(四)區(qū)絨海洋工程地質學；實質上就是通過海底綜合工程地質調查，查清各海域工程地質條件，總結各海域沉積物形成、分布規(guī)律、物質組成和工程特性、評價其建筑的工程地質條件并預測可能發(fā)生的問題。1.3海洋工程地質十大特性：高靈敏度高觸變性高蠕變性高孔隙比高液化性高含水性低透水性變異性低承壓性2.關于海洋工程地質研究2.1研究內(nèi)容：海洋工程地質的主要任務是查明測區(qū)內(nèi)水探及海底地形．地貌類型，地層層序(一般是100m以內(nèi))、地質結構、構造，查明各工程地質單元的物理力學性質、成因．時代、厚度、埋深與分布范圍，查明區(qū)內(nèi)海底滑坡、塌陷、泥流、軟弱土層、強層氣、埋藏古河道及其它潛在災害地質因素．在上述調查研究的基礎上，綜合分析研究海洋地質、地球物理和海底土工程力學性質，進行工程地質分區(qū)與評價．其最主要的成果是工程地質圖、災害因素分布圖和文字報告．2.2研究方向：海洋工程地質的目的是查清調查區(qū)內(nèi)海底工程地質條件及其變化規(guī)律，查明區(qū)內(nèi)潛在的地質災害因素，為海洋工程建設服務，為海洋開發(fā)和海洋環(huán)境保護提供基礎資料，同時也為海洋科學研究積累資料。2.3研究手段、方法：為達到上述目的，目前國內(nèi)常用的海洋工程地質調查方法是：以高分辨率的地球物理調查和底質取樣為基礎的地質—地球場理綜合調查方法。其主要手段有：測量定位、回聲測深、旁側聲納掃描．淺層地層剖面測量．高分辨率單道地震測量、高頻多道數(shù)字地震測量、底質取樣和工程地質鉆探以及工程地質測試。2.4部分研究現(xiàn)狀：目前地質學家和巖土工程學家在深海區(qū)工程方面所面臨的挑戰(zhàn)，通過對墨西哥灣和M?re＆V?ring盆地的地質災害和土層的構成特點的討論，提出了嚴重影響油田開發(fā)工程的多種海洋地質災害，它們是：(1)由鹽類上升集聚而形成具有高低不平的高陡邊坡(2)海底斷層；(3)勘探在300一60(k11深度的高壓區(qū)；(4)氣體水合物，或冰狀的氣水混合物(通常是甲烷氣體)；(5)第四紀滑坡；(6)海底侵蝕；(7)軟土和特殊土層沉積物。認為深海區(qū)的工程地質勘探是巖土工程師和地質學家所面臨的最后“領域”之一，在遠離大陸的深海惡劣環(huán)境下，地質與巖土工程研究的相互配合比以往顯得更為必要，其結論是：(1)在項目開發(fā)之前需要對海底滑坡、氣體水合作用、超壓分布區(qū)和軟土(如淤泥土)慎重評價，它們對一個基礎或錨固系統(tǒng)可能造成嚴重不良影響。(2)為正確確定基礎承載力，特別對漂浮結構物的錨固系統(tǒng)的土體參數(shù)，需要通過取樣、現(xiàn)場測試和室內(nèi)試驗綜合確定。(3)取樣和室內(nèi)試驗、地質和地震資料與巖土工程性質的關系、制圖技術以及滑坡分析方法均需要進一步改進。2.5存在的問題：2.5.1海底工程災害因素：(一)海底地殼變動主要是指由于地球本身的原因而產(chǎn)生的地殼變動。海洋及鄰近陸域中地殼應力的積聚和釋放會產(chǎn)生地震、斷裂，使沉積物突然滑動或錯裂及引起海嘯，特別是淺層和表層斷裂更加劇海底斜坡的不穩(wěn)定性，直接影響海底工程設施的安全。(二)沉積動力因素造成的海底變動是指由于地質外營力作用引起的海底變動，特別是海岸帶，在各種因素的動力平衡不斷作用下，形成不同類型又不斷變化的動力地貌，其不斷的變化與再造型，使海岸地質環(huán)境處在不斷變化之中，既產(chǎn)生新的災害，構成對海底工程的直接威脅，又塑建新的海底地貌，形成適宜于海底工程的場所。2.5.2存在的問題及意義作為海洋工程地質學來說，與海洋沉積學、海洋地質學及海洋工程學等分科的關系尤為密切。加強海洋工程地質學的研究，有助于了解海洋沉積物的來源、固結過程和沉積歷史，有助于了解海底沉積物及巖石的工程性質，有利于對各海域的沉積物進行對比研究，便于劃分沉積環(huán)境，便于掌握沉積物在空間的分布、變異規(guī)律及對海底穩(wěn)定的預測等。由于海水動力作用和海底地基軟弱，給海洋工程建筑物造成很大的困難和威脅。為保證建筑物的經(jīng)濟合理與安全穩(wěn)定，必須進行海洋工程地質學的研究。國內(nèi)外許多海洋工程建筑物的事故，給人們深刻的教訓。事實已說明，對海洋工程地質學的研究，具有重大的理論價值與實際意義。根據(jù)海洋工程地質學學科的進展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，應著重研究解決幾個重大的海洋工程地質課題，即：海洋工程地質學的基礎理論和理論方向、海洋沉積物的微結構與物性的關系、海岸帶及河口三角洲海洋工程地質、大陸架工程地質、深海工程地質及海洋工程地質勘察的技術方法等問題。1理論研究不夠。譬如美國是海洋工程地質研究工作特別活躍的國家之一研究的規(guī)模和內(nèi)容都處于世界領先地位海洋工程地質調查的海域已擴大到世界各大洋積累了不少實際資料但在大陸架及深海工程地質的研究中許多精力和代價的耗費只不過是重復近岸的經(jīng)驗而已，許多基本理論計算(強度及變形)仍沿用陸地土力學的計算理論，不能得出滿意的結果。2．海洋工程地質研究，大部分只涉及到海底上層數(shù)米范圍內(nèi)。對水域來說，大部分是在30米水深范圍內(nèi)，對大陸架、大陸坡及深海取得的成果不多。3．研究海洋底土物理力學性質多從地質學的角度或從地球物理學的觀點進行，以海洋工程地質學的要求來檢驗其成果，往往不十分合用。4．對與海洋沉積過程有密切關系的應力一應變參數(shù)綜合研究的不夠，特別是對應力應變基本機理研究的不夠。5．對海洋底土的顯微結構研究的不夠。由于海水的長期作用及高壓低溫條件對海洋底土顯微結構有重大的影響。3.學科發(fā)展前景3.1我國必須面對的需解決問題：1．全面系統(tǒng)地整理海洋工程地質調查研究的成果，進行綜合分析。在解決海域性問題上，需上升具有普遍意義的理論。加強土力學在海洋環(huán)境中應用的計算理論方面的研究。2．在對我國海岸帶綜合地質調查的基礎上，進行工程地質分類，以滿足港灣建設、工農(nóng)業(yè)建設及國防建設的需要。3．對我國大陸架潑水區(qū)(面積居世界第一位)應進行海洋底土成因分類。這種成因分類可與相似地區(qū)進行推斷類比，這樣可節(jié)省大量勘探工作量，對預測工程地質條件具有運要意義。4．加強海洋底土基本性質的研究。包括海洋底土成因類型及沉積層結構與構造特征的研究；海洋底土礦物成分與微觀結構的研究，海洋底土基本物理化學指標的研究。5．加強海洋底土的力學特性和工程地基穩(wěn)定性與變形的研究。包括不同應力條件下應力應變與時間關系的研究，海洋底土各向異性的研究；海洋底土的抗剪強度與孔隙壓力的研究；海洋工程地基破壞的形式與特點、強度與穩(wěn)定的研究以及海洋工程地基變形的計算研究。6．動荷作用下海洋底土的特性與海洋工程地基計算方法和計算理論的研究。包括砂土液化與變形的研究；粕性土的變形與強度特性的研究以及考慮海浪壓力、海流水平推力作用下地基計算理論的研究。7．海洋工程結構物與底土的相互作用的研究以及海底基礎處理方法及其理論的研究。8．大力加強海洋工程地質調查手段、裝備和儀器的研制。包括水聲勘探、水下鉆探、識查船、潛艇、海中無入自控裝置和裁人作業(yè)的水下裝備，海洋水下居住實驗室和各種海底地下基地以及取樣儀器，現(xiàn)場和室內(nèi)試驗儀器等。在海洋工程地質調查、試驗及資料整理過程中，要大力采用先進的現(xiàn)代化的應用科學技術。21世紀中,海洋油氣開發(fā)領域的水深將越來越大,人類對海洋資源的開發(fā)還將擴展到深海礦物。此外,陸地上各種廢物向海洋排出,尤其是核廢料向深海的排出,將使深海環(huán)境保護問題提到日程上。核廢料需要長期處于隔離的空間,應該避開地震的高發(fā)區(qū)和斷層密集的地區(qū),應設在沒有很多海洋資源的地區(qū)。需要了解海底沉積物和廢料間的熱力學相互作用,其中包括對海底土熱傳導性能強度、孔隙水、離子運移、孔隙水壓力反應以及數(shù)百度的溫度變化對土性的影響等的了解。這一方面表明海洋工程地質調查的主要領域為深水,服務對象將擴大;另一方面也面臨更多學科互相滲透的綜合性和復雜性。有些問題甚至要在國際間進行合作。多學科、多部門、多國家的合作跡象在本世紀末已有顯露,它將會成為國際上21世紀的發(fā)展趨勢。而這種合作都是強強聯(lián)合,因此想要進入這種領域,必須靠自身發(fā)展的基礎。盡管我國的海洋工程地質工作自80年代以來得到了比較迅速的發(fā)展,但是與國際水平相比,還有一定差距。尤其是在原位土工試驗方面,沒有自己的設備;還沒有一個完整的海洋工程地質調查的獨立單位;按海域積累的資料亦還未形成數(shù)據(jù)庫。調查海域主要在大陸架區(qū)域,還未跨入深水領域。因此建議在21世紀初先從加強原位土工試驗、建立完整的獨立隊伍和形成數(shù)據(jù)庫方面著手,真正達到國際水平和加入深水調查的行列。參考文獻：鄭繼民中國海洋工程地質研究工程地質學報中國學術期刊電子出版社1994-2010