海底滑坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害研究進(jìn)展*

年廷凱 沈月強(qiáng) 鄭德鳳 雷得浴

(①大連理工大學(xué)， 海岸和近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 大連 116024， 中國) (②遼寧師范大學(xué)， 地理科學(xué)學(xué)院， 大連 116029， 中國)

0 引 言

隨著“海洋強(qiáng)國”建設(shè)和“海上絲綢之路”倡議的深入推進(jìn)，我國海洋資源開發(fā)和工程建設(shè)正快速步入深遠(yuǎn)海，同時(shí)也面臨著各類海洋地質(zhì)災(zāi)害的威脅，尤以海底滑坡最為典型。作為一種常見的海洋地質(zhì)災(zāi)害，海底滑坡是指海床巖土體或淺表層沉積物在內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下發(fā)生的局部或大范圍滑動(dòng)、長(zhǎng)距離運(yùn)移演化的災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，主要發(fā)生在大陸架坡折帶、深水大陸坡及近海三角洲地帶(Hampton et al.， 1996； Locat et al.， 2002； 孫運(yùn)寶等， 2008； 馬云， 2014； 賈永剛等， 2017)。一旦發(fā)生，往往會(huì)危害深水基礎(chǔ)設(shè)施(如海底基礎(chǔ)、油氣開采井、管纜系統(tǒng)等)的安全(Vanneste et al.，2014； 鄭德鳳等， 2021)，甚至帶來一系列鏈?zhǔn)綖?zāi)害效應(yīng)(圖 1)，從而阻礙深海能源的開發(fā)進(jìn)程(孫啟良等， 2021； 吳時(shí)國等， 2021)。以往發(fā)生的嚴(yán)重災(zāi)害事件，如：渤海淺海層發(fā)生的大規(guī)模海床滑塌事件，致使臨近的多處輸油管道被切斷(吳時(shí)國等， 2019)； “渤海灣二號(hào)”鉆井平臺(tái)因海底滑坡發(fā)生1次傾斜下沉、9次滑倒，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失(楊啟倫， 1994)； 臺(tái)灣西南海域屏東地震引發(fā)的海底滑坡，更是切斷了數(shù)條國際通訊光纜，造成我國與東南亞國家之間的通訊中斷(Hsu et al.，2008)。

圖 1 海底滑坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害示意圖(改自Vanneste et al.，2014)Fig. 1 Schematic diagram of submarine landslide chain hazard(modified from Vanneste et al.，2014)

總體上看，我國四大海域海底滑坡較為發(fā)育。位于淺水區(qū)的渤海與黃海海域，發(fā)育有黃河口海底滑坡群(楊作升等， 1994； 賈永剛等， 2000)和南黃海海底滑坡群(戴晨等， 2015)； 深水區(qū)的東海至南海海域，由北向南依次發(fā)育有沖繩海槽西部海底滑坡群(劉保華等， 2005)、臺(tái)灣西南部海底滑坡群(Hsu et al.，2008)、流花深水區(qū)海底滑坡群(年永吉等， 2014)、白云大型海底滑坡群(孫運(yùn)寶等， 2008)、瓊東南盆地海底滑坡群(王俊勤等， 2019)等。分析南海北部深水大陸坡，可見其發(fā)育有多個(gè)海底古滑坡和現(xiàn)代海底滑坡； 由于這里油氣資源豐富，是當(dāng)前開發(fā)的熱點(diǎn)，一旦發(fā)生新的滑坡，其運(yùn)動(dòng)演化過程(包括運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)移距離和影響范圍等)及其對(duì)海底結(jié)構(gòu)物的沖擊破壞將是關(guān)注的重點(diǎn)。特別地，海底滑坡在全球各海域均廣泛分布，如挪威西部海域Storegga大滑坡，文萊婆羅洲西北陸緣海底滑坡，墨西哥灣Sigsbee陡坡附近海底滑坡群，太平洋西南Hikurangi陸緣海底滑坡群，澳大利亞東部大陸邊緣海底滑坡群等(Locat et al.， 2002； 馬云， 2014)。因此，理清海底滑坡的觸發(fā)形成機(jī)制，揭示海底滑坡的運(yùn)動(dòng)演化規(guī)律，有效預(yù)測(cè)海底滑坡及其鏈?zhǔn)綖?zāi)害已變得刻不容緩。

海底滑坡是一種極具破壞力的海洋地質(zhì)災(zāi)害(李家鋼等， 2012)，由于分布海域廣、水深大、地形多樣、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、地震活動(dòng)性及水動(dòng)力條件復(fù)雜等因素，在形成環(huán)境、發(fā)育規(guī)模、發(fā)生機(jī)制、運(yùn)動(dòng)方式、堆積特征等方面與陸地滑坡差異較大(馬云， 2014； 朱超祁等， 2015)，其呈現(xiàn)出坡度緩、規(guī)模大、速度快、運(yùn)移路徑長(zhǎng)且演化過程復(fù)雜等顯著特征，加之現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取證困難與特征識(shí)別手段匱乏，造成海底滑坡的研究進(jìn)展緩慢(殷坤龍等， 2000)。但由于海底滑坡極大地影響了深海能源的安全開發(fā)和海洋地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)防控，故其研究一直方興未艾。鄭德鳳等(2021)基于文獻(xiàn)計(jì)量方法對(duì)近20年來海底滑坡的研究趨勢(shì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明海底滑坡的研究熱度呈逐年提高之勢(shì)，其研究熱點(diǎn)聚焦于觸發(fā)形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)演化過程和沖擊海底基礎(chǔ)設(shè)施等3個(gè)方面。而目前針對(duì)這3個(gè)方面的研究，主要是通過海洋工程地質(zhì)調(diào)查、數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗(yàn)等常規(guī)技術(shù)進(jìn)行； 隨著研究的不斷深入，先進(jìn)技術(shù)與常規(guī)技術(shù)的有機(jī)融合(圖 2)已成為海底滑坡精細(xì)化研究的迫切要求。

圖 2 研究技術(shù)手段Fig. 2 Research technology tools

為揭示海底斜坡的失穩(wěn)演化規(guī)律與致災(zāi)效應(yīng)，國內(nèi)外學(xué)者分別針對(duì)滑坡觸發(fā)形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)演化過程、沖擊水下設(shè)施等3個(gè)方面開展了不少研究工作。對(duì)于觸發(fā)形成機(jī)制的研究，一方面基于統(tǒng)計(jì)分析原理，定性評(píng)價(jià)不同誘發(fā)因素對(duì)海底斜坡穩(wěn)定的影響(Hance， 2003)； 另一方面，通過原位觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬技術(shù)等定量評(píng)價(jià)不同誘發(fā)因素對(duì)海底斜坡穩(wěn)定性的影響(劉敏等， 2015； 劉濤等， 2018； Chen et al.，2020； Nian et al.，2020； Wang Z H et al.，2020； Mi et al.，2021; 趙亞鵬等， 2021)，但上述兩類方法較難于定量評(píng)價(jià)多因素耦合作用對(duì)海底斜坡穩(wěn)定性的影響。相較于觸發(fā)形成機(jī)制的研究，海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的研究則相對(duì)薄弱，且存在以下問題：現(xiàn)有的原位觀測(cè)技術(shù)難以捕獲海底滑坡的長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)演化過程并獲得有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)值模擬研究缺少詳實(shí)的對(duì)比驗(yàn)證資料(余和雨等， 2019； 司少文等， 2021)； 現(xiàn)有的研究尚未明確“滑水效應(yīng)”、水侵軟化等水-土耦合作用機(jī)制對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)行為的影響； 現(xiàn)有的模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬多針對(duì)運(yùn)動(dòng)演化過程中的某一階段進(jìn)行模擬再現(xiàn)，無法反映真實(shí)的海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程(馬林偉等， 2019)。特別是海底滑坡的運(yùn)動(dòng)過程研究深度直接影響其沖擊效應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估，這是因?yàn)槟壳昂５谆聸_擊效應(yīng)的量化方案與運(yùn)動(dòng)演化過程中的滑體速度、厚度和距離等因素相關(guān)(Zakeri et al.，2008； Li et al.，2021)。因此，開展海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的深入研究，既是認(rèn)識(shí)災(zāi)害的復(fù)雜演化機(jī)理等前沿科學(xué)問題，也是優(yōu)化水下基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、制定海洋工程防災(zāi)減災(zāi)策略的基本要求，對(duì)海底滑坡學(xué)研究體系的建立和發(fā)展也具有重要意義。

為深刻認(rèn)識(shí)海底滑坡的觸發(fā)形成機(jī)制和運(yùn)動(dòng)演化過程，準(zhǔn)確評(píng)估海底滑坡對(duì)水下基礎(chǔ)設(shè)施的沖擊效應(yīng)，本文基于“滑坡形成→運(yùn)動(dòng)演化→沖擊設(shè)施”鏈?zhǔn)綖?zāi)害研究思路，圍繞海底滑坡的觸發(fā)形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)演化過程及鏈?zhǔn)綖?zāi)害效應(yīng)，全面梳理近年來國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，深入評(píng)述滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中的階段判識(shí)、水-土耦合作用及相關(guān)研究手段，提出適用于海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的流固耦合分析方法； 結(jié)合海底滑坡沖擊管線問題，系統(tǒng)分析滑坡沖擊效應(yīng)的量化評(píng)價(jià)方法。最后指出海底滑坡研究中存在的若干問題和未來的發(fā)展方向，以期為海底滑坡的深入研究提供助力。

1 海底滑坡觸發(fā)形成機(jī)制

海底滑坡的觸發(fā)形成機(jī)制研究，最早可追溯至1897年Milne出版的專著(Milne， 1897)。 文中通過對(duì)1616～1886年333次海底地震與火山活動(dòng)的深入分析，得出海底地震可能會(huì)導(dǎo)致海底斜坡失穩(wěn)這一認(rèn)知。Piror et al.(1982)系統(tǒng)總結(jié)了海底斜坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素，并進(jìn)一步解釋了成災(zāi)機(jī)理。隨著研究的逐步深入(Lee et al.，1993；Schwab et al.，1996； Locat et al.， 2002)，海底斜坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素被不斷完善，逐漸形成了以火山噴發(fā)、地震活動(dòng)、風(fēng)暴潮、天然氣水合物分解、削峭作用、孔隙氣作用、波浪流、潮汐、海平面上升、卸載作用、人類工程活動(dòng)等誘發(fā)因素構(gòu)成的單項(xiàng)或復(fù)合觸發(fā)機(jī)制。Hance(2003)對(duì)發(fā)生在世界各大海域534處海底滑坡的誘發(fā)因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，排除觸發(fā)機(jī)制不明的滑坡事件， 42%的海底滑坡事件和地震活動(dòng)與斷層作用直接相關(guān)，表明此類因素是造成海底斜坡失穩(wěn)的最主要因素； 快速沉積、水合物分解作為觸發(fā)海底斜坡失穩(wěn)的主要因素，分別占比25%和11%，其余因素如侵蝕過程、水動(dòng)力作用(波浪流、潮汐等)、底辟作用、巖漿火山等占比依次減小。上述誘發(fā)因素中地震、水合物分解、波浪流和人類工程活動(dòng)等受到了更多關(guān)注，諸多學(xué)者開展了相應(yīng)條件下的海底斜坡穩(wěn)定性分析，目前多以極限平衡法(少數(shù)為極限分析法)為主流(顧小蕓， 2000； 褚宏憲等， 2016； 霍沿東等， 2019；Zheng et al.，2019； Tan et al.，2021)，強(qiáng)度折減有限元法及大變形數(shù)值方法也顯示了較好的發(fā)展前景(劉敏等， 2015； Chen et al.，2020； Mi et al.，2021； 趙亞鵬等， 2021)，特別是考慮多種誘發(fā)因素共同作用的結(jié)果(Jiang et al.，2018)。

1.1 地震與斷層活動(dòng)

地震引發(fā)的海底滑坡已屢見不鮮，如： 1929年11月發(fā)生在紐芬蘭以南280 km處的7.2級(jí)強(qiáng)震，引發(fā)Grand Bank海底滑坡，形成體積近200 km3大型海底滑坡，并伴有海嘯災(zāi)害(Heezen et al.，1952)； 1986年11月，臺(tái)灣花蓮地震致使臺(tái)東龜山島附近海域發(fā)生海底滑坡，切斷了琉球群島與關(guān)島間的海底電纜，造成大面積斷電； 2006年12月我國臺(tái)灣西南海域的地震滑坡切斷了數(shù)十條海底光纜，造成國際通訊中斷； 此外，我國南海北部海域處于地震活動(dòng)區(qū)，海底滑坡頻發(fā)(李偉， 2013)，這是由于地震增加了海底斜坡的下滑力，同時(shí)土體內(nèi)部孔隙水壓力增大，形成流體超壓，從而降低斜坡土體的抗剪強(qiáng)度，致使海底斜坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。斷層活動(dòng)會(huì)引起板塊運(yùn)動(dòng)并觸發(fā)地震，同時(shí)導(dǎo)致海底斜坡角增大，進(jìn)一步促進(jìn)斜坡失穩(wěn)，如Moore(1992)基于印度洋東北部大斷層側(cè)壁的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)特大滑坡的發(fā)生會(huì)受到斜坡陡化的影響。因此，在進(jìn)行地震與斷層多發(fā)海域的斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)將其列為首選觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行考慮； 同時(shí)，在地震觸發(fā)海底斜坡失穩(wěn)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，除關(guān)注海底單一斜坡的穩(wěn)定性外，也需要考慮區(qū)域尺度的海底斜坡穩(wěn)定性問題(Nian et al.，2019)，這是由于地震波及范圍廣、影響范圍大，考慮區(qū)域尺度可以為深海資源開發(fā)規(guī)劃、海底設(shè)施合理布設(shè)及防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)等提供參考依據(jù)。

1.2 沉積物快速沉積

海底沉積物在正常的沉積-固結(jié)過程中，靜水壓力作用于沉積物顆粒孔隙之間； 當(dāng)進(jìn)入快速沉積狀態(tài)時(shí)，正常固結(jié)過程受阻，孔隙中的部分流體不能自由排出，形成流體超壓，造成沉積物抗剪強(qiáng)度降低。一旦孔隙水壓力達(dá)到極限值，其瞬間釋放將會(huì)導(dǎo)致海床表面出現(xiàn)塌陷、沖溝甚至是海底滑坡(Coleman et al.，1993)。Stigall et al.(2010)通過對(duì)密西西比河三角洲沉積物的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷快速沉積過程的土體，由于其內(nèi)部的流體超壓接近于上覆土層壓力，將顯著降低土體的抗剪強(qiáng)度，使斜坡處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)。同時(shí)，沉積物的沉積過程還會(huì)受到前一滑坡后壁圈定作用的影響，致使沉積速率加快，使得滑坡失穩(wěn)概率增大，這也解釋了為什么在同一陸坡區(qū)發(fā)育有多次海底滑坡，而鄰近區(qū)域卻沒有。如加那利群島的特納利夫島北側(cè)發(fā)生過5次海底滑坡，而在其鄰近區(qū)域則沒有發(fā)現(xiàn)滑坡運(yùn)動(dòng)的蹤跡(李偉， 2013)。在我國南海，由于珠江、紅河和湄公河等大型河流的匯入，為泥沙的快速沉積提供了物質(zhì)基礎(chǔ)(吳時(shí)國等， 2021)，在未來的研究中應(yīng)予以關(guān)注。

1.3 天然氣水合物分解

天然氣水合物是一種賦存于高壓低溫條件下、由氣體分子與水分子結(jié)合形成的籠狀晶體物質(zhì)(Moridis et al.，2011)。由于自身物理性質(zhì)極不穩(wěn)定，當(dāng)遇到外界的溫度與壓力條件改變時(shí)(如全球變暖、海平面變化、構(gòu)造活動(dòng)等)，或遭受外力劇烈擾動(dòng)時(shí)(水合物開采等)，極易發(fā)生分解(Bouriak et al.，2000； Weaver et al.，2000)。水合物分解會(huì)產(chǎn)生大于自身體積數(shù)倍的游離氣體，當(dāng)大量游離氣體進(jìn)入斜坡土體內(nèi)部時(shí)，會(huì)導(dǎo)致孔隙壓力上升，有效應(yīng)力減少，同時(shí)土體內(nèi)部顆粒間的黏聚力與膠結(jié)強(qiáng)度也隨之降低，進(jìn)而導(dǎo)致海底斜坡發(fā)生失穩(wěn)破壞(Jiang et al.，2018； Nian et al.，2020)。在全球各海域，由于天然氣水合物分解誘發(fā)的海底滑坡數(shù)量眾多(倪玉根等， 2013)，如挪威西部海域Storegga滑坡、巴西東北部大陸邊緣亞馬遜扇、美國阿拉斯加北部Beaufort Sea滑坡等。此外，相關(guān)證據(jù)表明我國南海神狐海域的海底滑坡，也與水合物分解密切相關(guān)(孫運(yùn)寶等， 2008； 唐常銳等， 2021)。因此，對(duì)天然氣水合物富集海域的海底斜坡，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水合物分解觸發(fā)海底滑坡問題。

1.4 水動(dòng)力觸發(fā)機(jī)制

除上述引發(fā)海底斜坡失穩(wěn)的3個(gè)主要因素外，淺海區(qū)的海底斜坡常會(huì)受到波浪、潮汐、洪水等水動(dòng)力觸發(fā)作用，特別是在河流三角洲與入海口地區(qū)，波浪通常被認(rèn)為是引起海底斜坡失穩(wěn)的主控因素(張琦等， 1992； 年廷凱等， 2016)。其原因在于：該區(qū)域沉積了大量的欠固結(jié)土體，為滑坡提供了良好的物源條件； 同時(shí)在風(fēng)暴潮等自然因素下所引發(fā)的波浪，會(huì)對(duì)海底斜坡表層的欠固結(jié)土體施加動(dòng)力荷載，隨著波浪的傳播，動(dòng)力荷載會(huì)改變土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)改變值超過土體強(qiáng)度閾值時(shí)，將引發(fā)斜坡失穩(wěn)(Prior et al., 1989; 孫永福等， 2006)。如1969年卡米爾颶風(fēng)事件，當(dāng)時(shí)颶風(fēng)侵襲密西西比河三角洲引發(fā)巨浪，導(dǎo)致大規(guī)模的海底滑坡發(fā)生，并造成3處海洋平臺(tái)損毀(Bea， 1971)。值得注意的是，與波浪對(duì)海底斜坡的觸滑機(jī)理相似，但當(dāng)洋流的方向與波浪一致時(shí)，會(huì)加劇海底斜坡失穩(wěn)的可能性，反之亦然(文峰等， 2014)。有別于上述因素的觸滑機(jī)理，潮汐對(duì)海底斜坡穩(wěn)定性的影響體現(xiàn)在潮位的變化，其一方面會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)荷載，引起斜坡土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)變化； 另一方面在潮水回落時(shí)會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)部出現(xiàn)壓力差，從而引發(fā)滲流，增大斜坡失穩(wěn)概率(常方強(qiáng)， 2009)。除上述兩類水動(dòng)力因素外，近海岸區(qū)域的洪水事件會(huì)導(dǎo)致沉積物的快速搬運(yùn)與沉積，產(chǎn)生超孔隙水壓力，進(jìn)而導(dǎo)致海底滑坡發(fā)生(Hance， 2003； 朱超祁等， 2015)。特別地，在上述水動(dòng)力觸發(fā)機(jī)制的作用過程中，常伴隨著水體對(duì)海床的侵蝕與沖刷，在反復(fù)侵蝕與沖刷的過程中可能導(dǎo)致坡腳附近原始坡形發(fā)生改變(Zheng et al.，2019)，進(jìn)而加劇了海底斜坡失穩(wěn)的可能。

1.5 人類工程活動(dòng)

除上述4個(gè)主要觸發(fā)因素外，人類工程活動(dòng)也是誘發(fā)海底滑坡的重要因素(Hance， 2003)。如沿岸的港口碼頭建設(shè)，島礁工程建設(shè)，海上風(fēng)電深基礎(chǔ)施工、油氣鉆采、海底管纜鋪設(shè)等人工擾動(dòng)，都可能觸發(fā)高靈敏度的斜坡海床土體發(fā)生失穩(wěn)，造成海底滑坡事件。

2 海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程

海底滑坡的運(yùn)動(dòng)過程，是一個(gè)涉及土力學(xué)、流體力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、泥沙動(dòng)力學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜問題，且在海底滑坡長(zhǎng)距離運(yùn)移中，受復(fù)雜的水土交換作用影響，常伴隨著滑坡體的階段性演化(Guo et al.，2021)，如圖 3所示。不同的演化階段也涉及不同學(xué)科及其交叉，這為海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程的研究增加了難度?？上驳氖?，隨著深海探測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代量測(cè)手段的快速發(fā)展，諸多學(xué)者對(duì)海底滑坡的運(yùn)動(dòng)過程形成了新的認(rèn)識(shí)； 特別是在高性能計(jì)算、物理試驗(yàn)技術(shù)和原位監(jiān)測(cè)手段快速更新的當(dāng)下，深入理解海底滑坡的運(yùn)動(dòng)演化過程及內(nèi)在機(jī)制成為可能。以下就海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中涉及的5個(gè)熱點(diǎn)問題分別進(jìn)行評(píng)述。

2.1 運(yùn)動(dòng)演化階段判識(shí)

受海洋環(huán)境與監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的限制，目前還難以直接觀測(cè)到真實(shí)海底斜坡的失穩(wěn)破壞過程及滑坡長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)演變路徑?，F(xiàn)有研究多從已知的典型滑坡入手，探究海底斜坡破壞及土體的運(yùn)移演化機(jī)制，最直接的手段是通過開展海洋工程地質(zhì)調(diào)查與地球物理探測(cè)，以獲取典型海底滑坡的形態(tài)特征、沉積物分布、土層組構(gòu)和土力學(xué)特性等，這為后續(xù)深入開展海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的階段判識(shí)與機(jī)理分析提供了可能。

由于海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的復(fù)雜性及涉及學(xué)科的寬泛性，導(dǎo)致多年來國內(nèi)外學(xué)界對(duì)海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化階段的判識(shí)存在不同的認(rèn)識(shí)和分類標(biāo)準(zhǔn)，詳見表 1。分析可見，現(xiàn)有海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化階段的判識(shí)具有以下3個(gè)特點(diǎn)：(1)分類方法依據(jù)不同原則：海底地形勘測(cè)資料分類(Dott， 1963； 寇養(yǎng)琦， 1990)，沉積學(xué)塊體搬運(yùn)理論體系分類(Weimer et al.，2007；Shanmugam et al.，2015)，海底滑坡土性或運(yùn)動(dòng)特征分類(賈永剛等， 2000； Boylan et al.，2009； Boukpeti et al.，2012； Dong， 2016； 范寧， 2019； 郭興森， 2021)和特殊工程分類(張丙坤等， 2014)等，體現(xiàn)了不同的行業(yè)特點(diǎn)； (2)各階段分類方案內(nèi)涵基本相同：涵蓋了斜坡失穩(wěn)后的初期階段(塌陷、滑動(dòng))、滑移發(fā)展階段(滑塌、碎屑流)和滑坡體漸停沉積階段(濁流、重水流)3大類； (3)海底滑坡運(yùn)動(dòng)演變過程具有階段性，但各階段滑坡體土性和運(yùn)動(dòng)特征并不清晰，缺乏相對(duì)明確的界定標(biāo)準(zhǔn)，研究成果也很有限，當(dāng)前更多關(guān)注于碎屑流到濁流的演化過程。因此，海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化階段的劃分，應(yīng)結(jié)合自身學(xué)科領(lǐng)域與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理判識(shí)，并隨著運(yùn)動(dòng)過程研究的逐漸深入而不斷更新。

表 1 海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化階段分類與命名Table 1 Classification and naming of evolutionary stages of submarine landslide movement

2.2 運(yùn)動(dòng)演化過程中土-水耦合作用

海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化的不同階段，總體上是一種自固態(tài)向流態(tài)呈階段式發(fā)展演變的海洋地質(zhì)災(zāi)害過程(圖 3)，土-水耦合作用貫穿其中。當(dāng)前受水下監(jiān)測(cè)技術(shù)和海洋環(huán)境的制約，各國學(xué)者對(duì)海底滑坡發(fā)展各階段的演變機(jī)制僅提出了比較宏觀的認(rèn)識(shí)(Boylan et al.，2009； 李家鋼等， 2012； Boukpeti et al.，2012； Dong， 2016)，即海底滑坡的運(yùn)動(dòng)演化主要源自于滑坡土體與其周圍水環(huán)境間的復(fù)雜相互作用。事實(shí)上，這種復(fù)雜的水(水環(huán)境)-土(滑坡土體)耦合作用不僅關(guān)乎上述海底滑坡的物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變、水侵軟化機(jī)制，也直接影響著海底滑坡的運(yùn)動(dòng)特征，如：滑動(dòng)速度、運(yùn)移距離、影響范圍等，因此具有重要的研究意義。

圖 3 海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程示意圖Fig. 3 Schematic diagram of the evolution of submarine landslide movement

以往研究中，學(xué)者們聚焦海底滑坡從碎屑流(泥流)階段向濁流階段演變過程中的水-土耦合作用(Felix et al.， 2006； Talling et al.，2007; 操應(yīng)長(zhǎng)等， 2017)，主要是考慮這兩個(gè)階段滑坡往往運(yùn)移路徑長(zhǎng)，更容易沖擊到海底管線等水下基礎(chǔ)設(shè)施并造成嚴(yán)重破壞，其他階段關(guān)注較少。Felix et al.(2006)系統(tǒng)總結(jié)了上述演變過程中涉及的6種水-土耦合作用模式，列于表 2。分析可見，碎屑流(泥流)向濁流轉(zhuǎn)化的內(nèi)在機(jī)理可歸納為兩個(gè)方面：一是宏觀層面上，海底滑坡端部產(chǎn)生“滑水效應(yīng)”，主要是由于滑坡體密度與水相近，滑坡體端部將在動(dòng)水阻力的作用下抬升，周圍水層擠入滑坡體與海床之間，于是在滑坡體前緣底部形成了薄層潤(rùn)滑的“水墊”； 二是細(xì)觀層面上，海底滑坡與水環(huán)境接觸界面的質(zhì)量輸運(yùn)作用，由于海底滑坡體與水環(huán)境密度間存在差異，致使滑坡土體與水環(huán)境接觸界面處發(fā)生質(zhì)量傳遞，即土顆粒受水流剪切而脫離滑坡體進(jìn)入水中； 對(duì)于堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)黏土質(zhì)滑坡，除了滑體外圍界面處的水土交換外，滑移塊體裂解形成若干小塊體，海水?dāng)D入裂縫、微裂紋加速了水土界面交換導(dǎo)致小塊體進(jìn)一步開裂以及水侵軟化，最終形成碎屑流或泥流(李家鋼等， 2012)。

表 2 碎屑流(泥流)—濁流階段土水相互作用模式(Felix et al.， 2006)Table 2 Debris flow(mud flow)-turbidity flow phase soil-water interaction model(Felix et al.， 2006)

受深海復(fù)雜多變的惡劣環(huán)境和當(dāng)前監(jiān)測(cè)手段的限制，海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程中土-水耦合作用的研究，多以水槽模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬為主。對(duì)于模型試驗(yàn)，學(xué)者們大多采用水槽實(shí)驗(yàn)來探究滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中的水-土耦合作用。如Mohrig et al. (1998)利用玻璃水槽、采用重力投料的方式模擬了海底滑坡的運(yùn)動(dòng)軌跡，試驗(yàn)中輔以外置攝像頭記錄流滑體的速度和厚度變化，通過布設(shè)虹吸管監(jiān)測(cè)水環(huán)境濃度的改變，觀測(cè)到“滑水效應(yīng)”及其對(duì)海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程的影響； Mohrig et al.(2003)進(jìn)一步采用聲像探測(cè)技術(shù)，對(duì)海底碎屑流向濁流的轉(zhuǎn)變過程開展了深入的試驗(yàn)研究，發(fā)展了碎屑流端部流體對(duì)沉積層的侵蝕率框架。Ilstad et al. (2004a)在前人研究基礎(chǔ)上，開展了不同砂與黏土配比下的海底泥流試驗(yàn)，并利用高速相機(jī)進(jìn)行顆粒追蹤分析，獲取了海底泥流的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。Lee et al. (2018)通過水下土柱坍塌試驗(yàn)，觀察到水與顆粒相互作用形成的渦旋，并通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在顆粒柱坍塌后期，形成的渦旋會(huì)對(duì)滑體前端的運(yùn)動(dòng)造成較大影響。Fan et al. (2020)利用研制的水槽試驗(yàn)系統(tǒng)，基于相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，對(duì)滑坡土體與環(huán)境水界面處的質(zhì)量輸運(yùn)過程進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究，提出了土-水界面質(zhì)量輸運(yùn)通量預(yù)測(cè)模型，為量化滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中的水-土耦合作用效應(yīng)提供了新思路。

為彌補(bǔ)上述試驗(yàn)在模擬尺度、精度方面的不足，學(xué)者們將滑坡土體視為流態(tài)化物質(zhì)，采用流體動(dòng)力學(xué)方法模擬土-水間的耦合作用。如采用多相流模型(Lee et al.，2018；Si et al.，2018；Yu et al.，2018)，成功再現(xiàn)了水下土柱的坍塌過程，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)一步分析了土-水耦合作用對(duì)滑體運(yùn)動(dòng)性態(tài)的影響。Liu et al. (2020)通過Fluent軟件內(nèi)置的多相流模塊，模擬了滑體運(yùn)動(dòng)過程中的滑水現(xiàn)象。Zhao et al. (2021)采用CFD方法模擬了海底滑坡的運(yùn)動(dòng)演化過程，由于上覆水體的剪切作用，導(dǎo)致開爾文-亥姆霍茲(KH)渦出現(xiàn)，并隨著滑體速度的增加使得相鄰兩個(gè)KH渦融合成具有更大湍流動(dòng)能的混合渦，進(jìn)一步加劇了滑體與水體間的能量交換，最終導(dǎo)致滑體前端湍流的出現(xiàn)。盡管以上方法很好地模擬了海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中的滑水現(xiàn)象及環(huán)境水對(duì)滑體上表面的侵蝕效應(yīng)，但仍無法模擬環(huán)境水侵入土體內(nèi)部引起的滑體崩解現(xiàn)象。

2.3 運(yùn)動(dòng)演化過程的數(shù)值模擬研究

海底斜坡失穩(wěn)后滑坡體的運(yùn)動(dòng)演化過程及計(jì)算方法問題，目前進(jìn)展則不盡人意，這嚴(yán)重影響了滑坡體運(yùn)動(dòng)速度、影響范圍和滑移距離等的求解(李家鋼等， 2012)，也影響到滑坡沖擊力的準(zhǔn)確評(píng)估。因此，海底滑坡運(yùn)動(dòng)學(xué)和形態(tài)學(xué)特征的科學(xué)預(yù)測(cè)已成為當(dāng)今國際上的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題。

實(shí)際上海底斜坡失穩(wěn)后，有的只發(fā)生有限變形的滑動(dòng)和滑塌，而有的逐漸崩解演變?yōu)榱鲃?dòng)，目前還很難有一種模型或理論能夠表征海底滑坡的完整發(fā)展運(yùn)移過程。對(duì)于前者，主要采用大變形有限元法(LDFE)求解海底滑坡前期的土體變形運(yùn)動(dòng)情況(Wang et al.，2013)，或考慮滑體的應(yīng)變軟化特性模擬海底滑坡軟弱層中剪切帶的發(fā)生、擴(kuò)展、滑動(dòng)破壞以及停止過程(Zhang et al.，2019b)，以上研究屬于土力學(xué)范疇； 但對(duì)于滑坡中后期，土體演變?yōu)樗樾剂骰蚰嗔鲿r(shí)則不再適用，此時(shí)滑坡體流動(dòng)速度相對(duì)較快，流動(dòng)沉積物保持不排水狀態(tài)，呈流態(tài)特性，可視為一種塑性非牛頓流體，如剪切應(yīng)力與應(yīng)變率服從Herschel-Bulkley(H-B)流變關(guān)系。主流的數(shù)值模擬方法包括有限差分法(FDM)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)、光滑粒子動(dòng)力學(xué)(SPH)、物質(zhì)點(diǎn)法(MPM)、耦合歐拉-拉格朗日法(CEL)等，如Imran et al. (2001)開發(fā)了具有顯式有限差分格式的一維數(shù)值分析軟件BING，內(nèi)置Bingham、H-B和雙線性流變模型，成功實(shí)現(xiàn)了海底滑坡滑動(dòng)距離、滑層厚度和滑動(dòng)速度的預(yù)測(cè)； Gauer et al. (2005)基于CFD方法，采用Bingham流變模型，反演了世界上已知規(guī)模最大的Storegga海底滑坡的運(yùn)動(dòng)過程，并通過實(shí)測(cè)滑坡沉積剖面進(jìn)行了比較驗(yàn)證； 國內(nèi)學(xué)者解秋紅等(2016)也基于CFD方法，對(duì)蘇門答臘島西北海域的大型海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程開展了模擬分析，獲得了與實(shí)際相近的沉積形態(tài)和滑動(dòng)距離； 陶言祺(2015)采用SPH深度積分法，模擬了在不同水深、坡度、接觸摩擦系數(shù)和侵蝕率工況下三維海底滑坡的運(yùn)動(dòng)情況，認(rèn)為坡度和接觸摩擦系數(shù)對(duì)滑動(dòng)距離和滑動(dòng)速度影響顯著； Dong et al. (2017a)采用MPM方法分析了海底滑坡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并與LDFE法進(jìn)行了對(duì)比研究；Stoecklin et al. (2021)利用CEL方法模擬了瑞士盧塞恩湖的St Niklausen滑坡失穩(wěn)過程，并深入分析了不同強(qiáng)度參數(shù)、地層條件與水體對(duì)滑坡體運(yùn)動(dòng)演化過程的影響。

上述數(shù)值方法，大多假定滑坡體為單相連續(xù)介質(zhì)，忽略了海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程中海水與滑坡體間的水-土耦合交換作用、水侵軟化特性及土性參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，也未考慮運(yùn)動(dòng)滑坡體對(duì)底部的侵蝕現(xiàn)象，難以還原海底滑坡在水環(huán)境影響下的真實(shí)演進(jìn)過程，使得當(dāng)前基于連續(xù)介質(zhì)理論的數(shù)值方法在海底滑坡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方面不夠可靠，難以在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。而近些年興起的基于非連續(xù)介質(zhì)理論的離散單元法(DEM)，為實(shí)現(xiàn)海底滑坡演變過程模擬提供了富有前景的數(shù)值分析工具。該方法從顆粒尺度對(duì)土體進(jìn)行建模，可以反映真實(shí)土顆粒之間的相互作用，顆粒單元的運(yùn)動(dòng)滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律，即顆粒單元之間允許發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)、滾動(dòng)以及分離； 離散元不依賴于宏觀連續(xù)介質(zhì)假設(shè)和本構(gòu)關(guān)系，它不僅在模擬土體的非連續(xù)變形和大變形流動(dòng)方面具有優(yōu)勢(shì)，更重要的是離散元法可以從顆粒尺度認(rèn)識(shí)土體發(fā)生非連續(xù)變形與流動(dòng)的細(xì)觀機(jī)理(周健等， 2010；Shire et al.，2013)。

采用離散元法對(duì)海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬時(shí)，需耦合其他數(shù)值方法(如CFD方法)，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境與土顆粒的相互作用，為海底滑坡演變過程中水-土耦合作用研究提供了可能性。關(guān)于DEM與CFD耦合方法及其應(yīng)用，不少學(xué)者率先做了研究(El Shamy et al.，2005； 周健等， 2010；Zhao et al.， 2013； 彭愷然等， 2021)，代表性工作是將CFD-DEM耦合方法應(yīng)用于滲流和固結(jié)等巖土工程經(jīng)典問題，亦或模擬水庫滑坡、滑坡堵江的運(yùn)動(dòng)及其涌浪過程(周健等， 2010；Zhao et al.，2016； Nian et al.，2021)； 景路等(2019)用CFD-DEM耦合方法模擬了顆粒堆積體的水下坍落過程，對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了簡(jiǎn)化分析； Jiang et al. (2015， 2018)改進(jìn)了CFD-DEM耦合數(shù)值程序，實(shí)現(xiàn)了海底斜坡在水合物分解和地震荷載下的失穩(wěn)破壞過程模擬，盡管只模擬了海底滑坡的觸發(fā)啟動(dòng)階段，但為該方法應(yīng)用于海底滑坡的水下全過程模擬提供了重要參考。

為進(jìn)一步發(fā)展CFD-DEM耦合方法，并應(yīng)用于海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的模擬，筆者將JKR-Cohesion模型引入CFD-DEM的理論框架中，探究海底黏性滑坡體的運(yùn)動(dòng)過程、演變機(jī)理及黏性特征對(duì)其運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響，對(duì)不同初始條件(黏聚能密度、初始速度)下滑坡運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬，分析不同工況下海底滑坡的運(yùn)動(dòng)學(xué)和形態(tài)學(xué)特征，結(jié)果如圖 4所示(俯視圖)。對(duì)不同工況依次編號(hào)i～v，其中(i)～(iii)代表相同初速度、黏聚能密度依次增大各工況，(iii)～(v)代表黏聚能密度不變、初速度依次增大工況。結(jié)合圖 4a和圖4b中工況(i)～(iii)分析可知，隨著黏聚力增大，滑坡體運(yùn)移距離變小、側(cè)向擴(kuò)展收窄，且滑坡體兩側(cè)的頸縮現(xiàn)象逐漸消失，滑體平均速度降低； 通過對(duì)工況(iii)～(v)分析可知，隨著滑體初始速度增大，運(yùn)移距離呈增長(zhǎng)之勢(shì)，滑坡體的前端顆粒逐漸向兩側(cè)擴(kuò)散?？傮w來說，改進(jìn)的CFD-DEM耦合模型能夠較好地模擬海底黏性滑坡體的中小尺度運(yùn)動(dòng)演化行為，具有很好的開發(fā)前景和潛在的應(yīng)用價(jià)值。

圖 4 海底黏性滑坡體運(yùn)動(dòng)演化過程(俯視圖)Fig. 4 The evolution process of submarine cohesive landslide movementa. 滑坡體運(yùn)動(dòng)形態(tài)演變； b. 滑坡體運(yùn)動(dòng)速度演進(jìn)

目前CFD-DEM耦合數(shù)值方法仍處于發(fā)展階段，尤其是在海洋巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害模擬領(lǐng)域還很少報(bào)道，采用CFD-DEM流固耦合方法對(duì)海底滑坡開展大尺度的運(yùn)動(dòng)演變?nèi)^程模擬仍屬空白。未來基于高性能計(jì)算技術(shù)，考慮滑坡運(yùn)動(dòng)演化不同階段的水-土耦合作用(水土界面交換作用、水侵軟化效應(yīng))和土性參數(shù)動(dòng)態(tài)變化特性，發(fā)展海底滑坡運(yùn)動(dòng)演變?nèi)^程的CFD-DEM流固耦合數(shù)值分析方法，將為海底滑坡運(yùn)動(dòng)行為預(yù)測(cè)及災(zāi)害評(píng)估提供重要的科學(xué)工具。

2.4 運(yùn)動(dòng)演化過程的模型試驗(yàn)研究

物理模型試驗(yàn)仍是海底滑坡運(yùn)動(dòng)演變過程研究及數(shù)值計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證的有效手段，國內(nèi)外針對(duì)海底滑坡現(xiàn)象已開展了一些物理實(shí)驗(yàn)探索(Mohrig et al.，1998； 范寧， 2019)，總體上可分為常規(guī)重力模型試驗(yàn)、離心機(jī)模擬試驗(yàn)以及旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)。

常規(guī)重力模型試驗(yàn)多數(shù)以水槽試驗(yàn)為主，除了前述研究之外，Vendeville et al.(2003)采用高孔隙度砂土、黏土及黏性硅聚合物模擬滑坡土層，考察孔隙壓力與斜坡角度等觸發(fā)條件對(duì)海底滑坡的影響機(jī)制，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)流體壓力可以有效觸發(fā)海底滑坡； Ilstad et al. (2004b)基于水槽試驗(yàn)，探討了滑坡模擬材料對(duì)海底流滑體運(yùn)動(dòng)特征的影響，模擬結(jié)果表明黏粒含量高的流滑體更容易產(chǎn)生滑水效應(yīng)。水槽試驗(yàn)雖能直觀反映海底滑坡的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，但易受到試驗(yàn)設(shè)備尺寸的限制，較難反映海底滑坡的長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)演化過程。

與常規(guī)重力模型試驗(yàn)相比，海底滑坡的離心模擬試驗(yàn)可通過改變?cè)袘?yīng)力場(chǎng)以減小試驗(yàn)設(shè)備尺寸帶來的缺陷，但由于試驗(yàn)成本高、方案設(shè)計(jì)難度大，已有研究成果還不多。在無黏性土海底滑坡的離心機(jī)試驗(yàn)方面，Coulter et al.(2003)采用離心振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了地震作用下海底砂質(zhì)土斜坡的動(dòng)力響應(yīng)，Takahashi et al. (2020)開展了地震誘發(fā)海底砂土層滑坡的離心振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超孔隙水壓力累積增長(zhǎng)和液化初期均發(fā)生于斜坡底部，而Zhang et al.(2019a)則重點(diǎn)研究了海底砂土層滑坡的靜態(tài)液化問題。有關(guān)黏土質(zhì)海底滑坡的離心模擬試驗(yàn)，目前研究較少，如Gue et al. (2010)研究了碎屑流海底滑坡體的加載觸發(fā)和量測(cè)問題，Acosta et al. (2017)模擬了海底碎屑流產(chǎn)生的滑水現(xiàn)象。

上述兩類試驗(yàn)都較難再現(xiàn)海底滑坡在低視摩擦角下的長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)演化過程，而旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)可通過水槽的不斷旋轉(zhuǎn)，引起槽內(nèi)水下滑體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)低視摩擦角下滑體的遠(yuǎn)距離滑移，且試驗(yàn)操作難度較小，一般通過調(diào)節(jié)水槽轉(zhuǎn)速與槽內(nèi)土體組成即可完成不同條件下海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化規(guī)律的研究(Wang et al.，2018a； 鄧檢良等， 2019)。如Deng et al. (2018)基于旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)，再現(xiàn)了水下泥石流的低摩擦角運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，滑體沖擊海床所產(chǎn)生的動(dòng)水壓力可能是造成滑體發(fā)生低摩擦角運(yùn)動(dòng)的原因。進(jìn)一步，鄧檢良等(2020)通過改進(jìn)試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)中滑體底部動(dòng)水壓力的量測(cè)，并揭示了動(dòng)水壓力對(duì)海底滑坡運(yùn)動(dòng)性態(tài)的影響。Wang et al. (2018a)通過調(diào)節(jié)水槽轉(zhuǎn)速來研究不同速度條件下海底滑坡的運(yùn)動(dòng)行為，在試驗(yàn)中觀測(cè)到滑體由碎屑流向濁流的演化過程，并提出了不同演化階段轉(zhuǎn)變的臨界速度。通過上述研究可以看出，旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)在研究低視摩擦角下海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程方面具有優(yōu)勢(shì)，但卻較難再現(xiàn)復(fù)雜地形下的海底滑坡運(yùn)動(dòng)，且試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行中所產(chǎn)生的震動(dòng)可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。因此，該試驗(yàn)方法未來仍有較大的改進(jìn)空間，是一種具有潛力的模型試驗(yàn)方法。

2.5 斜坡海床變形運(yùn)動(dòng)的原位監(jiān)測(cè)技術(shù)

海底滑坡的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以海洋地質(zhì)調(diào)查與物理勘探技術(shù)為主，以此獲取海底地形地貌與沉積物物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而分析海底滑坡的成因機(jī)理與運(yùn)動(dòng)演化過程。但上述方式僅適用于已發(fā)生的滑坡，且對(duì)海底滑坡速率的估計(jì)與成因機(jī)理的判斷通常是粗略的(賈永剛等， 2017)，因此需要結(jié)合原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，來獲取滑坡啟動(dòng)前后海床土體的變形運(yùn)動(dòng)特征，以深入理解海底滑坡的運(yùn)動(dòng)演化過程。這類原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要以孔壓監(jiān)測(cè)和海床變形監(jiān)測(cè)為主。

海底沉積物的孔壓變化是驅(qū)動(dòng)斜坡海床失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵因素，這方面的監(jiān)測(cè)研究已取得了諸多成果(Sultan et al.，2010； Vanneste et al.，2014； 劉濤等， 2015)。Sultan et al. (2009)利用法國海洋開發(fā)研究院研發(fā)的孔壓監(jiān)測(cè)裝置(Piezometer)對(duì)蘇門答臘島水下三角洲震后孔壓的變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推斷土體內(nèi)部超孔隙壓力的產(chǎn)生可能與地震引發(fā)的上覆沉積物變形相關(guān)。Stegmann et al. (2012)利用Piezometer對(duì)法國尼斯水下斜坡進(jìn)行了長(zhǎng)期的孔壓監(jiān)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上引入其他監(jiān)測(cè)裝置(如水下傾斜儀、孔隙流體取樣器)形成監(jiān)測(cè)陣列，完成了對(duì)斜坡土體的內(nèi)部孔壓、變形等參數(shù)的觀測(cè)。季春生等(2021)為實(shí)現(xiàn)深海內(nèi)波與海底邊界層參數(shù)(如壓力、溫度、濁度、水體流速等)的協(xié)同觀測(cè)，自主研發(fā)了深海海底邊界層原位觀測(cè)系統(tǒng)——ABBLOS，并通過該設(shè)備完成了神狐海域的海底邊界層觀測(cè)，分析了內(nèi)波與邊界層參數(shù)對(duì)沉積物搬運(yùn)過程的影響。

斜坡海床的變形監(jiān)測(cè)是反映海床失穩(wěn)的最直觀指標(biāo)，一方面可為滑坡前期失穩(wěn)過程的研究提供可靠依據(jù)(如滑動(dòng)速度、滑動(dòng)模式、滑移距離等)； 另一方面可為海洋油氣資源開采所引發(fā)的海床失穩(wěn)問題提供有效預(yù)警(賈永剛等， 2017)。對(duì)于前者，Prior et al. (1989)早在20世紀(jì)80年代中美聯(lián)合海洋地質(zhì)調(diào)查中，根據(jù)海床位移監(jiān)測(cè)裝置所記錄海床傾角與加速度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了失穩(wěn)斜坡在風(fēng)暴潮期間的復(fù)滑現(xiàn)象； Wallace et al. (2016)利用高精度壓力計(jì)成功捕捉到由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引發(fā)的海床慢速滑移事件； Wang Z H et al. (2018， 2020)通過SLM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)到黃河水下三角洲區(qū)域海底滑坡的變形過程，并結(jié)合水槽試驗(yàn)，深入探究了波浪作用對(duì)海底滑坡觸發(fā)機(jī)制及運(yùn)動(dòng)演化過程的影響。對(duì)于后者，一般以水合物開采過程中海床沉降變化作為判斷海床失穩(wěn)的重要依據(jù)(Saito et al.，2006)。

以上分析可以看出，海底原位監(jiān)測(cè)技術(shù)是探究海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化機(jī)制的極為重要的一環(huán)，但受限于監(jiān)測(cè)設(shè)備的高昂成本和低回收率，目前在海底滑坡的調(diào)查研究中并不多見，未來亟需開發(fā)低成本、自供電、高精度的原位監(jiān)測(cè)裝備，并輔以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析手段，實(shí)現(xiàn)海底滑坡的全天候智能化監(jiān)測(cè)。此外，當(dāng)前海底滑坡的原位觀測(cè)多為單點(diǎn)觀測(cè)，這對(duì)于大面積、大尺度運(yùn)移特性的海底滑坡而言具有局限性，未來需進(jìn)一步開展多設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)觀測(cè)，形成大區(qū)域的海洋觀測(cè)網(wǎng)，為海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程研究提供技術(shù)支持。

3 海底滑坡沖擊水下設(shè)施

海底滑坡作為一種破壞力極強(qiáng)的海洋地質(zhì)災(zāi)害，其巨大的沖擊力常會(huì)造成水下基礎(chǔ)設(shè)施破壞，甚至引發(fā)災(zāi)難性海嘯(圖 1)，導(dǎo)致近岸設(shè)施的損毀以及人員傷亡(賈永剛等， 2017； 馬林偉等， 2019)，形成一個(gè)更大規(guī)模的鏈?zhǔn)綖?zāi)害。近年來，國內(nèi)外學(xué)者主要聚焦于海底滑坡沖擊水下管纜系統(tǒng)(含油氣管道、海底光纜、電纜等)的研究，究其原因：一方面是由于海底管纜布設(shè)的地形地貌復(fù)雜、空間范圍較大，且缺少充分的錨固措施，極易在具有長(zhǎng)距離運(yùn)移特征、較高運(yùn)動(dòng)速度的海底滑坡沖擊下發(fā)生破壞； 另一方面，海底管線作為海洋電力輸送與油氣開發(fā)的“生命線”，當(dāng)被海底滑坡沖擊切斷時(shí)，將造成電力通訊設(shè)備的中斷與油氣泄漏等難以估量的損失(Piper et al.，1999； Hsu et al.，2008； 范寧， 2019)。隨著國內(nèi)外學(xué)者對(duì)海底滑坡沖擊管線研究的不斷深入，已初步形成了系統(tǒng)性理論框架，且已經(jīng)開始關(guān)注海底滑坡沖擊其他水下基礎(chǔ)設(shè)施問題，但尚未有關(guān)于鏈?zhǔn)綖?zāi)害方面的研究報(bào)道。

3.1 滑坡沖擊管線的數(shù)值模擬研究

滑坡沖擊管線的數(shù)值模擬研究不受空間的限制，且可獲取計(jì)算域內(nèi)的全部變量信息，因而逐漸受到眾多研究者的青睞。目前，模擬海底滑坡沖擊管線問題常用的數(shù)值方法有：有限元法(FEM)、粒子有限元法(PFEM)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法(CFD)以及物質(zhì)點(diǎn)法(MPM)等。在滑坡沖擊管線的FEM模擬中，一般將管線受到的沖擊力視為均布荷載，通過考慮不同的沖擊荷載、沖擊寬度、滑體性質(zhì)及管線材料等來評(píng)估滑坡沖擊作用下管道的安全性(Yuan et al.，2012； Chatzidakis et al.，2019； Qian et al.，2020； Fu et al.，2021)。PFEM方法是一種模擬海底滑坡沖擊管線行為的新興方法，其在FEM基礎(chǔ)上發(fā)展而來，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)FEM方法模擬大變形巖土體運(yùn)動(dòng)的困難，Zhang et al. (2019)采用該方法模擬了斜坡失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)至沖擊管線的全過程。CFD方法是模擬海底滑坡沖擊管線問題的經(jīng)典方法，多集中于解決海底滑坡在流滑階段對(duì)管線的沖擊行為，眾多學(xué)者采用CFD方法模擬海底滑坡對(duì)管線的沖擊作用，并考慮不同初始速度、滑體厚度及管線埋深等復(fù)雜工況，從而豐富和發(fā)展了滑坡沖擊下管線受力的預(yù)測(cè)模型(Zakeri et al.，2009； Liu et al.，2015； Nian et al.，2018； Fan et al.，2021)； 在此基礎(chǔ)上，范寧等(2019)、Guo et al. (2019)利用CFD方法對(duì)海底管線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了可有效降低滑坡沖擊效應(yīng)的管線優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為深海能源的安全輸送提供了助力。MPM方法區(qū)別于以上3種方法，是一種無網(wǎng)格方法，在模擬自由表面問題上具有較大優(yōu)勢(shì)，Dong et al. (2017b)采用該方法模擬了滑坡運(yùn)動(dòng)初期的管土相互作用問題，完善了混合土力學(xué)-流體動(dòng)力學(xué)的管線沖擊評(píng)價(jià)公式。

3.2 滑坡沖擊管線的模型試驗(yàn)研究

海底滑坡沖擊管線的物理試驗(yàn)?zāi)M多以水槽試驗(yàn)與離心模型試驗(yàn)為主。近年來，許多學(xué)者通過改進(jìn)原有水槽試驗(yàn)裝置，成功實(shí)現(xiàn)了海底滑坡對(duì)管線沖擊效應(yīng)的量化研究，并建立了預(yù)測(cè)管線受力的計(jì)算公式。如王立忠等(2008)利用流滑海床模型槽與PVC管，模擬慢速滑動(dòng)泥流對(duì)管線沖擊，并結(jié)合數(shù)值手段進(jìn)一步分析了管線受力與埋深間的關(guān)系；Zakeri et al. (2008)以上部重力投料的方式來模擬海底碎屑流對(duì)管線沖擊作用，并通過水槽中管線兩側(cè)的傳感器對(duì)其受力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以獲取海底滑坡沖擊管線過程中的受力變化； Haza et al. (2013)采用與Zakeri不同的投料方式，對(duì)滑坡沖擊管線問題開展試驗(yàn)研究，結(jié)果表明泥漿內(nèi)部高嶺土含量對(duì)泥漿的運(yùn)動(dòng)特性及沖擊強(qiáng)弱起主要作用。

在海底滑坡沖擊管線的離心試驗(yàn)研究中，以滑坡初始滑塌變形階段的管土相互作用研究為主。如Zakeri et al. (2012)通過離心試驗(yàn)?zāi)M了觸發(fā)啟動(dòng)階段滑坡體對(duì)靜止管線的沖擊作用，并提出了相應(yīng)的滑坡法向作用力預(yù)測(cè)模型； 與前者的管土作用形式不同，Sahdi et al. (2014)采用管線以水平方向主動(dòng)壓入靜止滑坡體的方式來間接獲取滑坡對(duì)管線的沖擊過程，完善了基于土力學(xué)與流體力學(xué)框架下的管線受力評(píng)價(jià)模型； Wang Z T et al. (2020)在Sahdi試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過研發(fā)的新型測(cè)力裝置，開展了滑坡體以不同角度沖擊管線的離心試驗(yàn)研究。

海底滑坡沖擊管線的旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)方面，可利用水槽旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)滑體在空間上的長(zhǎng)距離運(yùn)移。Wang et al. (2018b)通過控制旋轉(zhuǎn)水槽的轉(zhuǎn)速與試驗(yàn)土體組分配比，模擬不同工況下滑體對(duì)管線的沖擊作用，并提出了沖擊力的經(jīng)驗(yàn)公式。模型試驗(yàn)雖可直觀地反映海底滑坡對(duì)管線的沖擊效應(yīng)，但受實(shí)驗(yàn)室空間和試驗(yàn)成本的限制，往往不比數(shù)值模擬具有優(yōu)勢(shì)。

3.3 海底滑坡沖擊其他水下設(shè)施

除對(duì)管線的沖擊作用外，海底滑坡還會(huì)沖擊毀壞防沉板、海洋樁基等水下結(jié)構(gòu)物，目前已有學(xué)者對(duì)此開展了初步研究。如Dong et al. (2020)采用物質(zhì)點(diǎn)法，將防沉板簡(jiǎn)化剛性體，分析了不同工況下海底滑坡沖擊固定式防沉板的動(dòng)力過程，并基于模擬結(jié)果提出了滑坡沖擊力預(yù)測(cè)方程。李東黎等(2019)、馮斌等(2019)利用自制的海底滑坡模型試驗(yàn)槽，模擬了不同黏度、初速度與坡度條件下滑坡對(duì)海洋樁基的沖擊，并基于試驗(yàn)結(jié)果得到了沖擊作用下樁身彎矩的分布規(guī)律，獲取了管樁阻力系數(shù)與雷諾數(shù)間的擬合公式，為海洋樁基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)提供了參考。隨后，Li et al. (2021)采用CFD方法模擬了海底滑坡對(duì)海洋樁基的沖擊作用，并分析了滑坡體厚度、運(yùn)動(dòng)速度對(duì)滑坡沖擊力大小的影響機(jī)制。隨著海洋能源開發(fā)的加快，未來將面臨更多、更復(fù)雜的海底滑坡沖擊水下設(shè)施等鏈?zhǔn)綖?zāi)害問題，這方面的研究將不斷深入。

4 存在問題以及進(jìn)一步研究方向

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、原位監(jiān)測(cè)、理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬等不同方法，對(duì)海底滑坡的觸發(fā)形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)演化過程和沖擊水下基礎(chǔ)設(shè)施這三個(gè)方面進(jìn)行了深入研究，取得了豐富的成果。通過全面梳理和系統(tǒng)總結(jié)海底滑坡的相關(guān)研究，指出當(dāng)前存在的主要問題及未來的發(fā)展方向。

4.1 海底滑坡的復(fù)合多重觸發(fā)機(jī)制問題

當(dāng)前的研究主要聚焦地震、水合物分解、波浪流等單一因素觸發(fā)海底滑坡問題，且對(duì)于宏觀觸發(fā)機(jī)制和細(xì)觀響應(yīng)機(jī)理研究仍不充分，需進(jìn)一步深入探索。值得注意的是，海底滑坡的形成通常是由多種誘發(fā)因素共同作用的結(jié)果，如我國南海的白云滑坡(群)就是在地震、水合物分解、快速沉積等耦合因素作用下發(fā)生多期次滑動(dòng)，以單一誘發(fā)因素研究海底滑坡問題，較難反映真實(shí)情況下海底滑坡的復(fù)合觸發(fā)(形成)機(jī)制。因此，在未來的研究中可通過室內(nèi)離心試驗(yàn)和多場(chǎng)多相耦合數(shù)值模擬，探索多因素作用下海底滑坡的復(fù)合觸發(fā)機(jī)制或復(fù)合多重觸發(fā)機(jī)制，以建立復(fù)雜環(huán)境下海底斜坡的失穩(wěn)評(píng)價(jià)體系并揭示滑坡的深層次形成演化機(jī)制。

4.2 海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中水-土耦合作用機(jī)制問題

水-土耦合作用貫穿于整個(gè)海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化歷程。在滑坡發(fā)生前，這種相互作用主要體現(xiàn)在斜坡土體內(nèi)部的孔隙水壓力變化對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響，這方面研究已相對(duì)成熟，形成了諸多研究成果。在滑坡發(fā)生(斜坡失穩(wěn))后，這種相互作用逐漸向滑坡體外部擴(kuò)展，體現(xiàn)在滑坡體外圍水-土界面的物質(zhì)交換、前端滑水、水侵軟化、塊體解離作用等，但在運(yùn)動(dòng)演化的不同階段(圖 3)，其水-土耦合作用機(jī)制應(yīng)有所不同，甚至極其復(fù)雜多變。對(duì)于此類水-土耦合作用機(jī)制問題，多以水槽試驗(yàn)或利用連續(xù)介質(zhì)數(shù)值方法再現(xiàn)土-水界面間的物質(zhì)交換與“滑水”效應(yīng)，但都難以量化因環(huán)境水侵入引起的滑坡體內(nèi)部的變形破裂行為，這與實(shí)際情況存在較大出入。因此，應(yīng)著重發(fā)展土-水界面監(jiān)測(cè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)土水界面物質(zhì)交換與前端滑水現(xiàn)象的定量化分析，并以此提出相應(yīng)的理論公式或經(jīng)驗(yàn)性預(yù)測(cè)模型。鑒于目前的試驗(yàn)技術(shù)仍較難實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程中滑坡體的內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)與取樣分析，可優(yōu)先開發(fā)基于連續(xù)-離散的水-土耦合數(shù)值方法，實(shí)現(xiàn)由環(huán)境水侵入導(dǎo)致的滑體變形破裂過程的模擬，從而深刻揭示海底滑坡運(yùn)動(dòng)過程中的水-土耦合作用機(jī)制問題。

4.3 海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的多尺度模擬方法

小比尺水槽試驗(yàn)是模擬海底滑坡演化過程的常見方法，雖然可以模擬水下滑體的運(yùn)動(dòng)，但受限于試驗(yàn)場(chǎng)地，無法再現(xiàn)長(zhǎng)距離的運(yùn)動(dòng)演化場(chǎng)景，與真實(shí)海底滑坡運(yùn)動(dòng)存在差距； 與水槽試驗(yàn)相比，鼓式離心試驗(yàn)與旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)?zāi)軌驍[脫試驗(yàn)場(chǎng)地的限制，可作為較大尺度海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程研究的重要手段，但受試驗(yàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的限制，仍無法獲取滿意的結(jié)果。為破解海底滑坡全過程運(yùn)動(dòng)演化模擬難題，尤其是再現(xiàn)滑坡形成→塊體運(yùn)動(dòng)→碎屑流(泥流)這一跨尺度問題，揭示其轉(zhuǎn)化的臨界條件與宏細(xì)觀機(jī)制，仍需發(fā)展多尺度的數(shù)值方法。在數(shù)值模擬方法方面，對(duì)于較大尺度的海底滑坡運(yùn)動(dòng)模擬，可采用CFD方法，但該方法將滑坡運(yùn)動(dòng)視為單一的流態(tài)運(yùn)動(dòng)，難以考慮滑坡運(yùn)動(dòng)過程中的微細(xì)觀演化問題。而相較于前者，LDFE、PFEM與MPM等方法，雖然考慮了滑坡體的土力學(xué)特性，再現(xiàn)了斜坡體由失穩(wěn)至漸進(jìn)式滑動(dòng)破壞的演變過程，但計(jì)算成本較高，多用于中小尺度下滑坡體早期的失穩(wěn)變形模擬。值得注意的是，上述數(shù)值方法皆屬于宏觀層面上的滑體運(yùn)動(dòng)模擬，忽略了微細(xì)觀層面上滑體內(nèi)部顆粒的變形特征。因此，在未來的數(shù)值模擬研究中，應(yīng)考慮滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中的宏-細(xì)-微觀互聯(lián)效應(yīng)，發(fā)展多尺度的耦合數(shù)值計(jì)算方法，如CFD-DEM、SPH-DDA、LBM-DEM等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的精細(xì)化模擬。此外，為提高多尺度耦合算法的計(jì)算效率，可通過引入并行計(jì)算架構(gòu)或GPU加速技術(shù)來解決這一大規(guī)模計(jì)算問題。

4.4 海底滑坡沖擊水下設(shè)施及鏈?zhǔn)綖?zāi)害問題

由于海底滑坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害是一個(gè)涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的復(fù)雜科學(xué)難題，故對(duì)于此類難題多采用“斷鏈”的形式展開研究，即對(duì)海底滑坡地質(zhì)災(zāi)害鏈中的觸發(fā)形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)演化過程、沖擊水下設(shè)施3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行獨(dú)立分析。雖然在上述各個(gè)環(huán)節(jié)中已取得了諸多進(jìn)展，但不同環(huán)節(jié)間關(guān)聯(lián)性較差，尤其是對(duì)于海底滑坡沖擊水下設(shè)施的分析，現(xiàn)有研究多分析不同工況下碎屑流體對(duì)水下設(shè)施的直接沖擊作用，忽略了海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程中任一階段或物理狀態(tài)對(duì)沖擊效應(yīng)的影響以及水下設(shè)施災(zāi)變級(jí)聯(lián)效應(yīng)(如管道破壞油氣泄露、海洋污染等)，因此未來應(yīng)開展鏈?zhǔn)綖?zāi)害的全過程(滑坡形成→運(yùn)動(dòng)演化→沖擊設(shè)施→級(jí)聯(lián)效應(yīng))研究，發(fā)展大規(guī)模高性能計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)。此外，目前海底滑坡沖擊效應(yīng)的研究仍聚焦于管線問題，對(duì)其他水下設(shè)施(如海底隧道、海底核設(shè)施、水下數(shù)據(jù)中心等)沖擊效應(yīng)的研究則相對(duì)薄弱，建議未來跟進(jìn)其他水下設(shè)施的沖擊效應(yīng)研究，并提出相應(yīng)的沖擊力評(píng)價(jià)公式； 在此基礎(chǔ)上，開發(fā)減阻設(shè)計(jì)方案和防護(hù)技術(shù)，為水下基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)營提供保障。

4.5 海底滑坡啟動(dòng)及運(yùn)動(dòng)演化過程的原位監(jiān)測(cè)技術(shù)

受限于海底滑坡發(fā)生的不確定性和水下監(jiān)測(cè)的高昂成本，目前對(duì)其運(yùn)動(dòng)過程的研究仍以地球物理勘探技術(shù)追蹤滑后的運(yùn)動(dòng)痕跡和堆積特征為主，而對(duì)海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)仍屬空白。因此，亟需發(fā)展可長(zhǎng)期服役、多參數(shù)協(xié)同觀測(cè)的海底滑坡原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并輔以全海深淺表層沉積物不排水剪切強(qiáng)度的多探頭智能施測(cè)技術(shù)(谷忠德等， 2021)，以實(shí)現(xiàn)海床沉積物各項(xiàng)指標(biāo)的長(zhǎng)期觀測(cè)； 考慮到單點(diǎn)觀測(cè)的局限性，未來還應(yīng)推進(jìn)多設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)觀測(cè)，并發(fā)展深海水聲通信技術(shù)，以形成區(qū)域性的海底觀測(cè)網(wǎng)，搭建滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，為海底滑坡運(yùn)動(dòng)學(xué)與形態(tài)學(xué)特征監(jiān)測(cè)以及精準(zhǔn)預(yù)測(cè)預(yù)警提供技術(shù)支持。此外，受海底原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與海洋觀測(cè)網(wǎng)有效監(jiān)測(cè)范圍的限制，可充分利用機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)融合技術(shù)等先進(jìn)手段對(duì)已獲取的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)海域海底滑坡的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)結(jié)果為導(dǎo)向，可有針對(duì)性地開展目標(biāo)區(qū)域的長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)論與建議

以海底滑坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害為研究線索，回顧并總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于海底滑坡的觸發(fā)形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)演化過程和沖擊水下基礎(chǔ)設(shè)施研究所取得的相關(guān)進(jìn)展，得出以下結(jié)論與建議：

(1)海底斜坡的失穩(wěn)是由地震、快速沉積、水合物分解、波浪流、人類工程活動(dòng)等誘發(fā)因素中的一種或多種耦聯(lián)引起，因此建立多因素作用下海底滑坡的復(fù)合多重觸發(fā)機(jī)制及斜坡失穩(wěn)評(píng)價(jià)方法，是未來海底滑坡研究中的重要內(nèi)容。

(2)目前對(duì)水-土耦合作用機(jī)制的研究，仍以模擬或觀測(cè)水-土界面變化為主，缺少對(duì)水-土界面通量交換的定量化分析，未來應(yīng)著手發(fā)展相應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段與數(shù)值模擬技術(shù)。

(3)海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程的數(shù)值分析，仍以模擬滑坡運(yùn)動(dòng)過程中的某一演化階段為主。耦合不同數(shù)值方法，構(gòu)建海底滑坡運(yùn)動(dòng)演化全過程的數(shù)值模擬方法，將是未來重點(diǎn)發(fā)展方向。

(4)鼓式離心模擬試驗(yàn)可打破空間限制，還原真實(shí)應(yīng)力條件下海底滑坡的長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)演化過程，但由于昂貴的試驗(yàn)成本和復(fù)雜的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，目前研究仍很少。而旋轉(zhuǎn)水槽試驗(yàn)，由于可再現(xiàn)低坡度下的海底滑坡長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)，且操作難度較低，在未來研究中應(yīng)予以重視。

(5)當(dāng)前海底滑坡的監(jiān)測(cè)仍以孔壓監(jiān)測(cè)及海床微小變形監(jiān)測(cè)為主，而斜坡失穩(wěn)后的滑坡大變形運(yùn)動(dòng)過程監(jiān)測(cè)仍屬空白。未來可發(fā)展海底滑坡全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以獲取海底滑坡的真實(shí)運(yùn)動(dòng)演化過程。

(6)海底滑坡沖擊水下設(shè)施研究，當(dāng)前仍以滑坡沖擊管線為主，采用斷鏈方式，未考慮滑坡運(yùn)動(dòng)演化過程對(duì)沖擊作用的影響，也未涉及水下設(shè)施災(zāi)變后的級(jí)聯(lián)效應(yīng)。未來可發(fā)展鏈?zhǔn)綖?zāi)害全過程模擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)。