浅层气是一种典型的海洋地质灾害,在我国的黄海、渤海、东海以及南海等海域均有广泛的分布,在世界海洋环境中以及内陆地区也均有广泛的分布。浅层气是海洋工程施工以及海洋油气资源勘探开采过程中一个巨大的安全隐患,浅层气喷发会对海洋石油钻井平台,海底光缆以及输油管线等造成严重的破坏。现阶段对于浅层气的研究主要集中在成因、探测、以及赋存形态等方面,受限于试验条件以及试验手段等的限制,对于浅层气在沉积物中的运移行为等方面的研究相对较少。当前我国在大规模的开发利用海洋资源,弄清楚浅层气在海床中的运移行为,对于减少浅层气对海洋工程的安全风险具有重大的经济价值以及科研价值。本文以富浅层气砂质海床的气侵流化为研究背景,以无粘结力的石英材料为研究对象,对GDS应力路径三轴试验系统进行改装,增加注气功能,模拟海底沉积物中点源气的喷发过程,同时借助高精度的工业CT对不同试验阶段进行扫描,通过控制孔压和初始有效围压,开展海底砂质沉积物中浅层气侵入规律以及运移行为的研究工作,主要内容如下:1.采用无粘结力的砂质材料,控制孔压和初始有效围压,初始注气压力与孔隙水压相同,逐级增加注气压力并维持一段时间,记录试验过程中注入气体的体积、压力以及流出孔隙水的体积、压力随时间的变化,研究气体的侵入行为。2.通过改变试样的粒径分布以及有效围压,研究气体的侵入行为与试样粒径以及有效围压之间的关系。结果表明在粗颗粒的石英砂试样中,注气压力在达到毛细管进入压力时气体侵入试样内,气体主要是通过驱替毛细管通道内的孔隙水的方式侵入试样内部;在细颗粒的硅微粉试样中,气体在压力还没有达到毛细管进入压力时就进入试样内,气体主要是通过在试样内部形成裂缝管道的方式侵入入试样内部。通过不同有效围压下硅微粉试样的注气试验发现,气体侵入硅微粉试样的压力值随着有效围压的增大而逐渐增大,这一现象与现有的研究结果一致。3.为研究气体侵入行为的细观模式,采用高精度工业CT对不同注气阶段的试样进行扫描,并对扫描的试样进行三维重构,提取出不同扫描阶段试样的内部孔隙,研究气体侵入行为的细观模式,对比不同阶段试样的孔隙发展。结果表明:气体的侵入行为与室内三轴注气试验的结果一致,即在粗颗粒石英砂试样中,气体的主要侵入方式为毛细管侵入,在细颗粒硅微粉试样中,气体的主要侵入方式为劈裂侵入。随着注气压力的增长,砂土颗粒内并没有明显的裂缝出现,说明气体主要是通过颗粒之间的毛细管通道进行运移;在细颗粒的硅微粉试样中,裂缝的厚度以及范围随着注气压力的增长在试样内逐渐扩展,直至整个试样完全裂开,说明气体主要是通过裂缝进行运移,裂缝以气体注入点为中心,斜向上扩展,提取的裂缝在试样内部呈“碗状”。图48表10参110。