21世纪是海洋的世纪,海洋经济再度成为世界经济新的增长点,海洋的国家战略地位空前提高。习总书记在党十九大报告中提出“坚持陆海统筹,建设海洋强国”的战略构想。近年来,在加快建设“海洋强国”战略的支撑下,海洋油气能源开发、海洋矿产资源勘探迅速发展;海洋水下监测系统布设、海洋人工设施建设进入快速增长阶段。但海底环境复杂,主要由工程性质非常差的粘土和粉粒砂土组成,这些土体具有液限高、压缩性大、强度低等特点,这就不可避免触发海床失稳,进而出现海床崩塌、海底滑坡、海洋泥流以及浊流等各种海洋地质灾害。海洋地质灾害的产生对海下钻井平台、海底通信光缆、海底布设的监测设备、海底试验平台、海底航道、吹填的岛礁等的安全性和稳定性造成破坏。至此,海洋灾害研究成为一项迫切的工作。而海洋泥流作为一种重要的海洋地质灾害,开展海洋泥流运动流变特性研究,可以有效的分析和预测海底斜坡破坏的危害,为海洋工程的建设与防护提供科学依据,对推动海洋科技发展具有重要的意义。本文针对海洋泥流,以土力学和流变学为理论基础,以室内试验和数值模拟为主要研究手段,对海洋泥流的流变特性展开研究。参考中国地质大学张檑、刘文渊等人设计的仪器,基于安东帕粘度计和十字板剪切仪相关原理,自制了土体旋转流变仪;对照湛江海域海洋土物化成分和结构特点,人工配制了海洋泥流试样,研究了不同粘土成分、胶结物质对海洋泥流流变特性的影响;利用ANSYS FLUENT数值模拟软件,对流变试验得到的数据进行数值模拟,分析海洋泥流运动中的速度以及压力变化规律。本文得到主要结论如下:1、在不同转速条件下,海洋泥流的转矩值随着转速的增大而增加,且呈非线性变化。对测得的转速与转矩值进行Herschel-Bulkley流变模型拟合发现,海洋泥流具有非牛顿流体特性且具有剪切稀释性。2、不同粘土矿物含量下海洋泥流的转矩值随着粘土矿物的增加而增大;某一粘土矿物含量下,随着剪切速率的增加,泥流的表观粘度快速下降直至下降趋势平缓;剪切速率不变时,泥流的表观粘度随着粘土含量的增加而增大。3、剪切速率恒定的情况下,泥流的剪切应力随着剪切时间的增加而增大,达到峰值后随着剪切时间的增加,剪切应力逐渐减小,直至趋于某个常数值;此外,泥流峰值剪切应力随着剪切速率的增大而增大,屈服时间随着剪切速率增大而缩短。4、盐晶胶结使海洋泥流整体强度增强。主要体现在微观结构变化和宏观表面特性,一方面土体中的水以及孔隙中都充满了盐溶质,土中的盐成分发生化学反应,填充在缝隙中胶结成为土的结构部分,使土体结构性增强。另一方面,因存在土孔隙中不同盐溶液的溶解度不同,溶解度低的盐类会析出、结晶、附着在土颗粒的表面形成外壳使得土颗粒强度增大。5、不同盐晶胶结含量的泥流剪切应力随剪切速率变化曲线遵循流变学规律,从Herschel-Bulkley模型拟合结果来看,盐晶胶结后的泥流剪切强度增大,屈服应力和表观粘度都显著提高;当添加盐晶胶结物含超过30%后,剪切速率变化对海洋泥流流变特性以及流变参数的变化不起主导作用,而是逐渐由盐晶胶结物占据主导地位。6、将水和含20%粘土矿物的海洋泥流数值模拟进行对比研究表明,泥流会经历从层流运动转变湍流运动的过程。层流运动状态时,会形成一个个的剪切圆面,依次向外排开,具有一定的分层特征;湍流运动状态时,不再是有规律的、规则的剪切圆面,而是彼此混合、相互扰动,形成小的漩涡。水运动整个过程遵循湍流运动状态,自由散漫。7、泥流的压力场表现出对称式特征分布,稳定的分布在遭受剪切破坏的区域范围内。水的压力场虽也表现出对称类似形,但因粘度较小,扩展所受约束性较弱,因此相对来说可以自由的漫延更远的距离。两者对比研究表明,泥流与水的速度场分布有部分相似性,但压力场分布差异较大且在运动过程中泥流承受的压力比水大很多。