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摘要:
深海沉积物土工力学特性是研发深海海底作业装备的依据。利用现有的深海土工力学原位测量数据和取样分析的成果，采用回归分析方法，得到了沉积物物化组成等参数与抗剪强度的相关关系。研究表明：深海沉积物以粉质土、有机黏土为主，具有高含水率、大孔隙比、低密度等特征；随着埋藏深度的增加，深海沉积物的含水率和孔隙比逐渐减少，湿密度与抗剪强度则呈增大趋势；物理参数与抗剪强度之间有较好的相关关系，含水率、密度及孔隙比与抗剪强度的相关性明显，其中，密度与抗剪强度成正比，而含水率、孔隙比与抗剪强度成反比；以含水率、密度和孔隙比为自变量的多变量回归分析方程能更好地表达沉积物物理特性与抗剪强度的相关关系。
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关键词:
- 深海沉积物 /
- 物理参数 /
- 回归分析；抗剪强度；影响因素
Abstract:Based on the existing in-situ measurement data and the results of sampling analysis, the correlation between sediment physicochemical composition and shear strength was identified by using regression analysis method. The results show that the deep-sea sediments are mainly composed of silty soil and organic clay, which are the characterized by high water content, large pore ratio and low density. In addition, the water content and pore ratio of deep-sea sediment gradually decrease with the increase of burial depth, while the wet density and shear strength increase. There is a good correlation between physical parameters and shear strength, water content, density, pore ratio and shear strength. The correlation of shear strength is obvious, in which the density is proportional to the shear strength, while the water content and pore ratio are inversely proportional to the shear strength; th multivariable regression analysis equation with water content, density and pore ratio as independent variables can better express the correlation between physical properties of sediment and shear strength.
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表 1 深海沉积物的物理力学性质
Table 1. Physical and mechanical properties of deep sea sediments
采样位置 沉积物类型 水深/m 含水率/% 湿密度/（g·cm−3） 孔隙比 抗剪强度/kPa 范围 平均值 范围 平均值 范围 平均值 范围 平均值 西太平洋马里纳海沟南部[14] 有机黏土 6 471 182.7～329.9 225.20 1.19～1.29 1.26 4.7～7.6 5.45 2.0～8.0 5.52 大洋多金属结核矿区东区东部丘陵[11] 淡黄色粉土质土 1 734 251.3～270.0 260.65 1.22～1.25 1.23 6.7～7.3 7.00 4.8～6.5 5.65 大洋多金属结核矿区东区东部海岭裂谷[11] 淡黄色粉土质土、
灰黑色粉土质土1 737 243.3～2720. 257.65 1.21～1.27 1.24 6.6～7.4 7.00 5.3～6.3 5.50 大洋多金属结核矿区东区东部海山丘陵[11] 淡黄色粉土质土、
褐色粉土质土1 779 248.0～257.0 252.50 1.22～1.25 1.23 6.6～6.9 6.75 4.0～13.0 8.50 大洋多金属结核矿区东区南部丘陵[11] 淡黄色粉土质土、
褐色粉土质土1 820 230.0～257.0 243.50 1.20～1.25 1.22 6.1～7.1 6.60 4.2～7.1 5.65 大洋多金属结核矿区西区北部丘陵[11] 浅棕色粉土质土、
褐色粉土质土2 356 243.0～250.0 246.50 1.23～1.26 1.25 6.4～6.6 6.50 4.9～6.4 5.65 大洋多金属结核矿区西区中部丘陵[11] 棕褐色粉土质土、浅棕色粉土质土、褐色粉土质 2 395 265.0～271.0 268.00 1.21～1.27 1.25 6.9～7.3 7.10 5.1～5.4 5.25 大洋多金属结核矿区西区南部丘陵[11] 浅棕色粉土质土、
褐色粉土质土2 464 233.7～250.0 245.85 1.22～1.25 1.23 6.3～7.0 6.65 5.1～5.5 5.30 
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表 2 抗剪强度随取样深度、天然含水率、密度、孔隙比而变化的预估计算方程
Table 2. Prediction equation of shear strength with sampling depth, natural water content, density and void ratio
站位 取样区域 单因子线性拟合关系式 1 西太平洋马里亚纳海沟南部 τ=2.52+0.1h τ=14.66−0.04ω τ=−64.566+56.159ρ τ=14.471−1.582e 2 大洋多金属结核矿区东区东部丘陵 τ=4.015+0.046h τ=136.83−23.584ω τ=−366.073+148.364ρ τ=45.755−20.614e 3 大洋多金属结核矿区东区东部海岭裂谷 τ=4.045+0.4h τ=17.926−0.48ω τ=−47.396+4.321ρ τ=17.012−1.643e 4 大洋多金属结核矿区东区东部海山丘陵 τ=3.857+0.114h τ=130.302−0.485ω τ=−350.857+29.286ρ τ=120.333−16.667e 5 大洋多金属结核矿区东区南部丘陵 τ=0.774+0.144h τ=61.292−0.226ω τ=−83.525+7.25ρ τ=51.894−6.871e 6 大洋多金属结核矿区西区北部丘陵 τ=4.026+0.046h τ=40.831−0.143ω τ=−138.514+11.643ρ τ=38.86−5.115e 7 大洋多金属结核矿区西区中部丘陵 τ=4.189+0.033h τ=10.219−0.019ω τ=−9.338+1.192ρ τ=9.679−0.625e 8 大洋多金属结核矿区西区南部丘陵 τ=4.192+0.034h τ=6.193−0.003ω τ=−6.9+ρ τ=6.193−0.119e
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