港口与海洋工程地质-学习报告

港口与海洋工程地质目录1.海洋工程地质概述 .海洋工程地质概述1.1学科定义：海洋工程地质学，是研究海洋沉积物与工程建设有关的地质问题的科学，其研究方法是海洋地质与工程地质等技术科学相结合的方法。海洋工程地质基础理论，是阐明海洋沉积物物理与力学性质的形成、发展变化的规律。因为从工程的角度来看，海底主要的地质要素是沉积物。这些沉积物强度较低，直接影响建筑物的安全稳定和使用寿命，所以对海洋沉积物工程特性的研究，就自然成为基础理论研究课题，也是海洋工程地质学最基本、最重要的一项任务。只有依据本学科正确的基础理论，才能很好地计算海洋工程建筑地基的强度和变形，评价地基的稳定性，研究特定海区的工程地质问题并作为各种海洋工程建筑实践的指导。1.2学科方向分类：海洋工程地质学形成后，不断向纵深发展，主要理论方向为海洋土质学、海洋工程地质动力学、专门海洋工程地质学及区域海洋工程地质学。(一)海洋土质学；主要指沉积物在形成及成岩过程中强度的发展，在海底广泛分布的海底沉积物的物质组成和性质的变化，创立海底沉积物的分类，不同成岩阶段工程地质评价酌确定，沉积物性质有效分析方法和研究。(二)海洋工程她质动力学：主要问题是在研究大防架时，要探索外生作用和内生作用的规律性，并以此预测人类工程经济活动的结果，这对于海洋工程建筑物的安全稳定有很大作用和密切相关。·(三)专门海洋量程地质学：这方面的重要问题即是海洋工程地质勘察的综合方法和技术的建立。主要是野外进行沉积物工程特性测定的技术方法，如裁荷试验、十字板试验、静力触探，标准贯入试验等。(四)区绒海洋工程地质学；实质上就是通过海底综合工程地质调查，查清各海域工程地质条件，总结各海域沉积物形成、分布规律、物质组成和工程特性、评价其建筑的工程地质条件并预测可能发生的问题。1.3海洋工程地质十大特性：高灵敏度高触变性高蠕变性高孔隙比高液化性高含水性低透水性变异性低承压性2.关于海洋工程地质研究2.1研究内容：海洋工程地质的主要任务是查明测区内水探及海底地形．地貌类型，地层层序(一般是100m以内)、地质结构、构造，查明各工程地质单元的物理力学性质、成因．时代、厚度、埋深与分布范围，查明区内海底滑坡、塌陷、泥流、软弱土层、强层气、埋藏古河道及其它潜在灾害地质因素．在上述调查研究的基础上，综合分析研究海洋地质、地球物理和海底土工程力学性质，进行工程地质分区与评价．其最主要的成果是工程地质图、灾害因素分布图和文字报告．2.2研究方向：海洋工程地质的目的是查清调查区内海底工程地质条件及其变化规律，查明区内潜在的地质灾害因素，为海洋工程建设服务，为海洋开发和海洋环境保护提供基础资料，同时也为海洋科学研究积累资料。2.3研究手段、方法：为达到上述目的，目前国内常用的海洋工程地质调查方法是：以高分辨率的地球物理调查和底质取样为基础的地质—地球场理综合调查方法。其主要手段有：测量定位、回声测深、旁侧声纳扫描．浅层地层剖面测量．高分辨率单道地震测量、高频多道数字地震测量、底质取样和工程地质钻探以及工程地质测试。2.4部分研究现状：目前地质学家和岩土工程学家在深海区工程方面所面临的挑战，通过对墨西哥湾和M∅re＆V∅ring盆地的地质灾害和土层的构成特点的讨论，提出了严重影响油田开发工程的多种海洋地质灾害，它们是：(1)由盐类上升集聚而形成具有高低不平的高陡边坡(2)海底断层；(3)勘探在300一60(k11深度的高压区；(4)气体水合物，或冰状的气水混合物(通常是甲烷气体)；(5)第四纪滑坡；(6)海底侵蚀；(7)软土和特殊土层沉积物。认为深海区的工程地质勘探是岩土工程师和地质学家所面临的最后“领域”之一，在远离大陆的深海恶劣环境下，地质与岩土工程研究的相互配合比以往显得更为必要，其结论是：(1)在项目开发之前需要对海底滑坡、气体水合作用、超压分布区和软土(如淤泥土)慎重评价，它们对一个基础或锚固系统可能造成严重不良影响。(2)为正确确定基础承载力，特别对漂浮结构物的锚固系统的土体参数，需要通过取样、现场测试和室内试验综合确定。(3)取样和室内试验、地质和地震资料与岩土工程性质的关系、制图技术以及滑坡分析方法均需要进一步改进。2.5存在的问题：2.5.1海底工程灾害因素：(一)海底地壳变动主要是指由于地球本身的原因而产生的地壳变动。海洋及邻近陆域中地壳应力的积聚和释放会产生地震、断裂，使沉积物突然滑动或错裂及引起海啸，特别是浅层和表层断裂更加剧海底斜坡的不稳定性，直接影响海底工程设施的安全。(二)沉积动力因素造成的海底变动是指由于地质外营力作用引起的海底变动，特别是海岸带，在各种因素的动力平衡不断作用下，形成不同类型又不断变化的动力地貌，其不断的变化与再造型，使海岸地质环境处在不断变化之中，既产生新的灾害，构成对海底工程的直接威胁，又塑建新的海底地貌，形成适宜于海底工程的场所。2.5.2存在的问题及意义作为海洋工程地质学来说，与海洋沉积学、海洋地质学及海洋工程学等分科的关系尤为密切。加强海洋工程地质学的研究，有助于了解海洋沉积物的来源、固结过程和沉积历史，有助于了解海底沉积物及岩石的工程性质，有利于对各海域的沉积物进行对比研究，便于划分沉积环境，便于掌握沉积物在空间的分布、变异规律及对海底稳定的预测等。由于海水动力作用和海底地基软弱，给海洋工程建筑物造成很大的困难和威胁。为保证建筑物的经济合理与安全稳定，必须进行海洋工程地质学的研究。国内外许多海洋工程建筑物的事故，给人们深刻的教训。事实已说明，对海洋工程地质学的研究，具有重大的理论价值与实际意义。根据海洋工程地质学学科的进展和国内外研究现状，应着重研究解决几个重大的海洋工程地质课题，即：海洋工程地质学的基础理论和理论方向、海洋沉积物的微结构与物性的关系、海岸带及河口三角洲海洋工程地质、大陆架工程地质、深海工程地质及海洋工程地质勘察的技术方法等问题。1理论研究不够。譬如美国是海洋工程地质研究工作特别活跃的国家之一研究的规模和内容都处于世界领先地位海洋工程地质调查的海域已扩大到世界各大洋积累了不少实际资料但在大陆架及深海工程地质的研究中许多精力和代价的耗费只不过是重复近岸的经验而已，许多基本理论计算(强度及变形)仍沿用陆地土力学的计算理论，不能得出满意的结果。2．海洋工程地质研究，大部分只涉及到海底上层数米范围内。对水域来说，大部分是在30米水深范围内，对大陆架、大陆坡及深海取得的成果不多。3．研究海洋底土物理力学性质多从地质学的角度或从地球物理学的观点进行，以海洋工程地质学的要求来检验其成果，往往不十分合用。4．对与海洋沉积过程有密切关系的应力一应变参数综合研究的不够，特别是对应力应变基本机理研究的不够。5．对海洋底土的显微结构研究的不够。由于海水的长期作用及高压低温条件对海洋底土显微结构有重大的影响。3.学科发展前景3.1我国必须面对的需解决问题：1．全面系统地整理海洋工程地质调查研究的成果，进行综合分析。在解决海域性问题上，需上升具有普遍意义的理论。加强土力学在海洋环境中应用的计算理论方面的研究。2．在对我国海岸带综合地质调查的基础上，进行工程地质分类，以满足港湾建设、工农业建设及国防建设的需要。3．对我国大陆架泼水区(面积居世界第一位)应进行海洋底土成因分类。这种成因分类可与相似地区进行推断类比，这样可节省大量勘探工作量，对预测工程地质条件具有运要意义。4．加强海洋底土基本性质的研究。包括海洋底土成因类型及沉积层结构与构造特征的研究；海洋底土矿物成分与微观结构的研究，海洋底土基本物理化学指标的研究。5．加强海洋底土的力学特性和工程地基稳定性与变形的研究。包括不同应力条件下应力应变与时间关系的研究，海洋底土各向异性的研究；海洋底土的抗剪强度与孔隙压力的研究；海洋工程地基破坏的形式与特点、强度与稳定的研究以及海洋工程地基变形的计算研究。6．动荷作用下海洋底土的特性与海洋工程地基计算方法和计算理论的研究。包括砂土液化与变形的研究；粕性土的变形与强度特性的研究以及考虑海浪压力、海流水平推力作用下地基计算理论的研究。7．海洋工程结构物与底土的相互作用的研究以及海底基础处理方法及其理论的研究。8．大力加强海洋工程地质调查手段、装备和仪器的研制。包括水声勘探、水下钻探、识查船、潜艇、海中无入自控装置和裁人作业的水下装备，海洋水下居住实验室和各种海底地下基地以及取样仪器，现场和室内试验仪器等。在海洋工程地质调查、试验及资料整理过程中，要大力采用先进的现代化的应用科学技术。21世纪中,海洋油气开发领域的水深将越来越大,人类对海洋资源的开发还将扩展到深海矿物。此外,陆地上各种废物向海洋排出,尤其是核废料向深海的排出,将使深海环境保护问题提到日程上。核废料需要长期处于隔离的空间,应该避开地震的高发区和断层密集的地区,应设在没有很多海洋资源的地区。需要了解海底沉积物和废料间的热力学相互作用,其中包括对海底土热传导性能强度、孔隙水、离子运移、孔隙水压力反应以及数百度的温度变化对土性的影响等的了解。这一方面表明海洋工程地质调查的主要领域为深水,服务对象将扩大;另一方面也面临更多学科互相渗透的综合性和复杂性。有些问题甚至要在国际间进行合作。多学科、多部门、多国家的合作迹象在本世纪末已有显露,它将会成为国际上21世纪的发展趋势。而这种合作都是强强联合,因此想要进入这种领域,必须靠自身发展的基础。尽管我国的海洋工程地质工作自80年代以来得到了比较迅速的发展,但是与国际水平相比,还有一定差距。尤其是在原位土工试验方面,没有自己的设备;还没有一个完整的海洋工程地质调查的独立单位;按海域积累的资料亦还未形成数据库。调查海域主要在大陆架区域,还未跨入深水领域。因此建议在21世纪初先从加强原位土工试验、建立完整的独立队伍和形成数据库方面着手,真正达到国际水平和加入深水调查的行列。参考文献：郑继民中国海洋工程地质研究工程地质学报中国学术期刊电子出版社1994-2010