王聯(lián)朱，阿發(fā)友，廖晨曦，李 賢

1.國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司，云南昆明 650217

2.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南昆明 650093

3.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，云南昆明 650011

地質(zhì)災(zāi)害對(duì)于油氣管道的安全運(yùn)行已經(jīng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，其中滑坡是威脅管道安全運(yùn)行的主要地質(zhì)災(zāi)害之一[1-4]。2018 年3 月11 日，云南省安寧市國(guó)道G56 讀書(shū)鋪服務(wù)區(qū)提升改造工程施工過(guò)程中，因人工開(kāi)挖誘發(fā)了邊坡滑坡，嚴(yán)重危及國(guó)家管網(wǎng)輸油管道的運(yùn)營(yíng)安全。為保證管道安全運(yùn)營(yíng)，需要分析人工開(kāi)挖誘發(fā)滑坡的穩(wěn)定性，從而為滑坡防治提供可靠的依據(jù)。

誘發(fā)滑坡的因素具有多樣性，但降雨是誘發(fā)滑坡的最主要因素之一[5-6]。在參考前人研究的基礎(chǔ)上，以國(guó)家管網(wǎng)華南公司成品油管道昆明作業(yè)區(qū)CC006-23 滑坡為例，利用Geo-Studio 數(shù)值模擬軟件，考慮天然工況和降雨兩種工況，分析滑坡穩(wěn)定性；同時(shí)，分析總結(jié)滑坡應(yīng)急處置措施，并利用數(shù)值模擬方法分析研究永久性治理措施。研究成果可為滑坡防治提供依據(jù)，還可為同類(lèi)滑坡事件提供借鑒。

1 滑坡?tīng)顩r與滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

滑坡距安寧市約12 km，距昆明市約21 km，地處東經(jīng)102°33′，北緯24°57′11″，屬丘陵地區(qū)，主要由中生代地層所構(gòu)成的向斜中低山及丘陵構(gòu)成。微地貌特征呈北高南低，滑坡區(qū)高程1 900～1 925 m，相對(duì)高差25 m。自然地形坡度19°～35°。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，服務(wù)區(qū)場(chǎng)地平整開(kāi)挖邊坡垂直高度20 m，分二級(jí)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)挖，平臺(tái)馬道寬2 m，整體坡度40°，滑坡剪出口位于開(kāi)挖邊坡坡腳。開(kāi)挖邊坡地層巖性為侏羅系中統(tǒng)上祿豐群（J2）酒紅、暗棕紅色泥巖，巖層產(chǎn)狀330°∠28°，為順層邊坡，巖層傾角小于邊坡整體開(kāi)挖坡腳，巖層全～強(qiáng)風(fēng)化層厚約10～15 m，開(kāi)挖坡腳部位為中～微風(fēng)化泥巖。邊坡周邊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，尤其北側(cè)斷裂發(fā)育，造成邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育?？傊?，邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡為順層邊坡，巖層傾角小于邊坡整體開(kāi)挖坡腳，各種不利因素組合最終誘發(fā)滑坡。

開(kāi)挖邊坡誘發(fā)的滑坡長(zhǎng)約30 m，寬約100 m，滑體厚度5～10 m，體積約2.4×104m3。中石化輸油管道位于開(kāi)挖邊坡坡頂上，距離坡頂開(kāi)挖邊界約11 m，未穿越滑坡區(qū)，滑坡后緣邊界距輸油管道最近距離l m，見(jiàn)圖1。滑坡變形特征明顯，后緣裂縫延伸長(zhǎng)約45 m，寬2～10 cm，最大錯(cuò)距0.5 m，坡面裂縫發(fā)育，前緣剪出明顯，見(jiàn)圖2?；碌湫凸こ痰刭|(zhì)剖面如圖3所示。

圖1 滑坡整體位置示意

圖2 滑坡變形裂縫及后緣裂縫臨時(shí)防水措施狀況

圖3 滑坡典型工程地質(zhì)剖面

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 模型建立

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，并考慮降雨因素對(duì)該滑坡進(jìn)行分析，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件GeoStudio 中的SLOPE/W 模塊對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

現(xiàn)有邊坡為2 級(jí)邊坡，1 級(jí)邊坡坡率為1∶1.25，2 級(jí)邊坡坡率為1∶1.2，分級(jí)高度為1.5 m，第1 級(jí)平臺(tái)寬1m。該計(jì)算模型運(yùn)用Morh-Coulomb準(zhǔn)則，將數(shù)值模型劃分為滑床、滑體兩個(gè)部分，初始狀態(tài)下的模型只考慮自重應(yīng)力，在模型兩端設(shè)置水平方向進(jìn)行約束，模型的底部設(shè)置為靜水界面，上方的滑坡體表面為自由面，不設(shè)任何方向的約束，并且分別考慮天然工況和暴雨工況下的物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 巖土體主要物理參數(shù)

2.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)對(duì)該滑坡的調(diào)查及相關(guān)工程勘察資料，通過(guò)指定滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和分析。該計(jì)算采用了圖3典型剖面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到了自然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)（見(jiàn)圖4）和暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)（見(jiàn)圖5）。

圖4 自然工況下滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)

圖5 暴雨工況下滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)

根據(jù)GB/T 32864—2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》，在自然工況下，該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.083，屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下，該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.967，屬于不穩(wěn)定狀態(tài)。故必須對(duì)滑坡進(jìn)行治理。

3 滑坡防治措施

3.1 應(yīng)急處置

管道運(yùn)輸為陸上油氣運(yùn)輸?shù)闹匾绞街唬浒踩?、綠色、高效的優(yōu)勢(shì)是區(qū)別于其他運(yùn)輸方式的顯著特點(diǎn)，因而其成為全球最主要的油氣運(yùn)輸方式之一，各國(guó)管道的安全運(yùn)行影響著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)健康發(fā)展[7-10]。但是，近幾十年隨著全球油氣管道的迅速發(fā)展，管道事故屢見(jiàn)不鮮，特別是一些油氣泄漏、火災(zāi)爆炸等惡性事故的發(fā)生，不但造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)人身安全、自然環(huán)境也造成巨大危害[11-13]。本次滑坡事件，位于施工的密集區(qū)，緊鄰G56 高速公路，若對(duì)滑坡不加以控制，則由其造成的油氣管道破損泄漏等后果是難以想象的。因此，對(duì)滑坡進(jìn)行應(yīng)急處置勢(shì)在必行，其將為永久治理贏得時(shí)間。因此，本次滑坡應(yīng)急處置采用了以下兩種措施。

第一，滑坡應(yīng)急壓腳措施。由于服務(wù)區(qū)場(chǎng)地開(kāi)挖平整，在場(chǎng)地內(nèi)有大量未外運(yùn)的棄土，為應(yīng)急壓腳提供了充足壓腳材料?；掳l(fā)生后，管道管理處第一時(shí)間組織施工隊(duì)伍對(duì)滑坡晝夜不停地進(jìn)行壓腳施工?；缕履_荷載的增加，提高了滑坡的抗滑能力，極大地提高了滑坡穩(wěn)定性。

第二，坡頂滑坡拉裂縫處增設(shè)防水覆蓋。針對(duì)氣候的變化無(wú)常，防止極端暴雨匯水沿滑坡裂縫入滲，軟化滑帶巖土體和產(chǎn)生動(dòng)靜水壓力，對(duì)滑坡穩(wěn)定性造成不利影響，管道管理處第一時(shí)間組織施工隊(duì)對(duì)滑坡裂縫進(jìn)行防水覆蓋。

以上兩種措施及施工過(guò)程，均體現(xiàn)了滑坡應(yīng)急處置的時(shí)間緊迫性和應(yīng)急特點(diǎn)，起到了很好的應(yīng)急防治效果（見(jiàn)圖6）?；略诓扇?yīng)急壓腳措施后沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展，坡頂滑坡拉裂縫的防水覆蓋有效防止了雨水入滲，為永久防治措施的實(shí)施贏得了寶貴時(shí)間。

圖6 應(yīng)急措施施工效果

3.2 永久抗滑樁支擋

在地質(zhì)災(zāi)害治理過(guò)程中，廣泛采用抗滑樁和擋土墻等治理措施，依據(jù)治理措施適用性和滑坡特征，本次滑坡選擇抗滑樁進(jìn)行治理。采用FLAC3D的3D 軟件模擬天然和暴雨工況下抗滑樁的防治效果，并通過(guò)GeoStudio計(jì)算復(fù)核滑坡穩(wěn)定性。

3.2.1 FLAC3D模型生成

通過(guò)FLAC3D 數(shù)值模擬，建立了治理前以及治理后自然工況和暴雨工況下的模型，對(duì)抗滑樁的治理效果進(jìn)行分析研究，通過(guò)監(jiān)測(cè)坡體和樁頂位移情況，分析抗滑樁防治效果。由于采用動(dòng)力運(yùn)算，可以真實(shí)模擬滑坡的滑動(dòng)特征。本滑坡的模型建立主要分為四個(gè)部分，第一個(gè)部分為采用Mohr-Coulomb 彈塑性模型所構(gòu)成的巖土體；第二個(gè)部分為采用各向同性彈性模型所組成的抗滑樁和抗滑樁擋墻部分，材料采用C30混凝土，并且對(duì)巖土體進(jìn)行部分開(kāi)挖，從而有效地與巖土體結(jié)合，起到更好的搭接效果；第三部分為空模型本構(gòu)關(guān)系，在原有巖土體模型上進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，從而保證抗滑樁的嵌入深度；第四部分為結(jié)構(gòu)單元部分，在FLAC3D中采用了pile結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了布設(shè)。

結(jié)合滑坡典型工程地質(zhì)剖面圖，模型的幾何尺寸：長(zhǎng)40 m、寬19.5 m、高38 m，抗滑樁長(zhǎng)14 m，擋板高度7 m、厚度為0.5 m。依據(jù)各材料特征或結(jié)構(gòu)網(wǎng)格大小要適中的原則，最終設(shè)定該模型為23 660個(gè)網(wǎng)格、26 774個(gè)節(jié)點(diǎn)，幾何模型見(jiàn)圖7。

圖7 FLAC3D完整模型

3.2.2 選取參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值，確定模型的各個(gè)材料參數(shù)，自然工況下的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2，暴雨工況下的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表3?？够瑯杜c混凝土擋板的接觸面以及混凝土擋板與板后土體接觸面均采用C30混凝土的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)抗滑樁和擋土板均相同。

表2 自然工況下的物理力學(xué)參數(shù)

表3 暴雨工況下的物理力學(xué)參數(shù)

3.2.3 兩種工況下的邊坡穩(wěn)定性分析

針對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)治理前以及治理后自然工況和暴雨工況下的坡體位移、樁頂位移進(jìn)行分析研究。

圖8 和圖9 分別為抗滑樁治理后天然工況和暴雨工況下水平向位移云圖，從云圖可以看出，水平向位移最大位置為抗滑樁樁頂位置，其中自然工況下的水平方向樁頂位移為-2.346 693×10-2m，暴雨工況下的樁頂水平方向位移為-3.459 82 ×10-2m。而治理后管道附近坡體位移很小，天然工況下為-1.795038×10-2m，暴雨工況下為-1.862967×10-2m。可以看出，抗滑樁對(duì)滑坡防治效果明顯。

圖8 治理后自然工況下水平方向位移云圖/m

圖9 治理后暴雨工況下水平方向位移云圖/m

3.2.4 治理后滑坡穩(wěn)定性分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證防治效果，采用GeoStudio 中的SLOPE/W 模塊進(jìn)行抗滑樁支擋后的穩(wěn)定性分析。圖10 和圖11 分別為抗滑樁治理后滑坡在天然工況和暴雨工況下的穩(wěn)定性?？梢钥闯?，抗滑樁治理后自然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)可以達(dá)到1.357，而暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.252，滑坡抗滑樁治理后處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿(mǎn)足該滑坡治理的安全系數(shù)要求，治理效果得到進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖10 治理后自然工況下穩(wěn)定性

圖11 治理后暴雨工況穩(wěn)定性

4 結(jié)論

本文以國(guó)家管網(wǎng)華南公司成品油管道昆明作業(yè)區(qū)CC006-23 滑坡為研究對(duì)象，結(jié)合滑坡野外調(diào)查和室內(nèi)外試驗(yàn)工作的情況，對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，總結(jié)應(yīng)急處置措施及重要性，并利用數(shù)值模擬方法分析研究永久性治理措施，得出如下主要結(jié)論。

1）該滑坡屬于典型的人工開(kāi)挖誘發(fā)滑坡，在自然工況下，該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)該滑坡必須進(jìn)行治理。

2）針對(duì)油氣管道泄漏等可能造成的嚴(yán)重后果，采取了滑坡壓腳等應(yīng)急處置措施，效果明顯，為管道安全和滑坡永久處置贏得了寶貴時(shí)間。

3）依據(jù)治理措施適用性和滑坡特征，滑坡永久治理采用抗滑樁支擋，防治效果明顯，為輸油管道提供了安全保障。