天然氣管道山體滑坡研究
——以川北地區(qū)XB 管線為例

許亞輝

西南油氣田分公司川西北氣礦 四川 廣元 628000

1 地質(zhì)環(huán)境概述

滑坡區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候垂直變化大，暴雨、洪澇等經(jīng)常發(fā)生。滑坡出露巖性主要為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組上段(J3p1)的砂巖、泥巖不等厚互層為主[1]，第四系分布于滑坡區(qū)斜坡地表及溝谷地帶。地質(zhì)構(gòu)造是具地臺型特征，褶皺開闊平緩，延伸方向受呂梁期構(gòu)造線控制，呈北東東—南西西向，斷裂極不發(fā)育，僅偶見很小的逆斷層，無大的斷裂經(jīng)過，巖層產(chǎn)狀212°∠18°，為外傾順向坡；滑坡區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)為修房筑路和開墾田地形成的階梯狀低矮邊坡，原始地形地貌條件發(fā)生了一定變化。

2 災(zāi)害體的基本特征

2.1 滑坡形態(tài)及邊界特征

XB 管道滑坡呈南～北向展布，平面上形態(tài)呈“舌”狀，滑體變形特征顯著。滑體前部高程約745m，后部高程約798m，相對高差約53m，主滑方向212°。從滑坡體前緣至后緣，整體地形上前部稍緩，坡度15°，中后部略陡，坡度19°?；聟^(qū)現(xiàn)狀地表為林地和耕地，表層為覆蓋有薄層松散堆積物，局部基巖裸露；滑坡后緣為滑動(dòng)形成的寬50～60cm，深2～3m 張拉裂縫；滑坡后緣以外為自然緩傾的林地，由于降雨地表水進(jìn)入裂隙，無法及時(shí)排泄，形成靜水壓力，導(dǎo)致了滑坡。

2.2 滑帶、滑床特征

XB 管道滑坡的滑帶位于砂泥巖軟硬接觸帶位置泥巖中，滑帶埋深4.5～5.8m；滑床為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組下段(J3p1)砂巖、泥巖不等厚互層，滑床頂面埋深約5.0～6.0m，近似呈直線型，滑床坡度18°～20°；砂泥巖交界層面及巖石節(jié)理裂隙較為發(fā)育，地下水有排泄活動(dòng)。

2.3 地下水特征

滑坡區(qū)含水層主要為第四系松散堆積層及基巖裂隙中，無統(tǒng)一的穩(wěn)定靜止水位，受大氣降水、基巖裂隙水補(bǔ)給，排泄于溝谷或滲入補(bǔ)給基巖裂隙水，滑坡區(qū)地下水埋深較深，鉆探揭示未見穩(wěn)定地下水位。

2.4 滑坡的變形特征

滑坡區(qū)發(fā)生大規(guī)?；瑒?dòng)變形，在平面上形成逐級向后推移的變形破壞特征；滑坡整體變形破壞強(qiáng)烈，原地面大部分變形破壞，滑坡整體在水的作用下，沿前部切坡形成的臨空面產(chǎn)生滑動(dòng)變形，后部巖土體依次滑動(dòng)變形破壞，屬于牽引式滑動(dòng)特征。

3 滑坡的影響因素

3.1 水的作用

滑坡區(qū)強(qiáng)風(fēng)化泥巖網(wǎng)狀節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙間鈣質(zhì)充填，地下水的滲流一方面侵蝕溶解部分鈣質(zhì)膠結(jié)物，致使泥巖網(wǎng)狀裂隙進(jìn)一步發(fā)展；另一方面，鈣質(zhì)膠結(jié)物的流失，導(dǎo)致泥巖形成網(wǎng)狀架空，降低了泥巖的物理力學(xué)性質(zhì)，成為了滑坡發(fā)動(dòng)的隱患因素。

3.2 人類工程活動(dòng)

滑坡區(qū)前緣受人為切坡影響，在滑坡前部形成了較陡臨空面且未進(jìn)行有效支擋，滑坡下部最先失穩(wěn)，形成滑坡有利的地形條件，為滑坡發(fā)生的重要因素之一。

3.3 地形地貌

XB 管道滑坡位于構(gòu)造侵蝕地形斜坡下部，地形整體上北高南低，滑坡相對高差約53m 左右，前部稍緩，斜坡中后部略陡，整體地形坡度約19°?；虑熬壌嬖?～5m高的較陡臨空面且滑坡左側(cè)存在高陡臨空面。

3.4 地層巖性及構(gòu)造

滑坡區(qū)第四系覆蓋層較薄，基巖為蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖互層，順向坡，前緣支擋不足容易產(chǎn)生順向坡滑動(dòng)。

4 變形破壞機(jī)制

4.1 成因機(jī)制分析

XB 管道滑坡構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙發(fā)育，利于地表水下滲，原始坡體地下水主要沿砂泥巖交界面及砂巖下部泥巖層中的網(wǎng)狀裂隙排泄。在遇持續(xù)強(qiáng)降雨作用下，雨水的持續(xù)下滲可軟化滑帶土，降低滑面的物理力學(xué)參數(shù)，當(dāng)?shù)叵滤荒苎嘏判菇孛婕皶r(shí)排出時(shí)，后部基巖裂隙充水，前部地下水排泄面以上原始斜坡體在高水頭壓力作用下產(chǎn)生浮托作用，形成水墊效應(yīng)，從而導(dǎo)致滑動(dòng)面摩阻力降低使坡體臨近極限平衡狀態(tài)。

4.2 變形破壞模式

一方面坡體孔隙充水，產(chǎn)生靜水壓力與浮托力，另一方面飽和地下水長期浸泡泥化軟化滑帶土，使滑坡體抗剪強(qiáng)度迅速降低，在源于巖土體自重而產(chǎn)生的下滑力作用下，迅速向未被剪斷的凸起體集中從而使其破壞。當(dāng)滑體前部巖土體失穩(wěn)后，導(dǎo)致其后方巖土體失去支撐而跟隨前方巖土體滑動(dòng)。

5 滑坡穩(wěn)定性分析評價(jià)

5.1 計(jì)算模型及工況

為了保障油氣管線運(yùn)行安全和治理方案優(yōu)選，制定管線保護(hù)方案及部分危巖體清理，滑坡穩(wěn)定性分析評價(jià)考慮天然工況和降雨工況，因勘查區(qū)屬于Ⅵ度地震區(qū)，滑坡可能受地震影響小，不考慮地震工況。分析計(jì)算的荷載主要有滑坡自重(含自然狀態(tài)水位)、暴雨。分自重+ 地下水和自重+ 暴雨+ 地下水兩種工況分析，通過勘察鉆探分析，初步確定滑帶和剪出口位置，滑體正以近似直線型滑動(dòng)。對滑坡各個(gè)剖面分別進(jìn)行不同工況的穩(wěn)定性分析。

5.2 計(jì)算方法

穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式見式（1）～式（7）。

根據(jù)勘察結(jié)論，建立滑坡推力計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 滑坡推力計(jì)算模型

其中，下滑力（Ti）、抗滑力（Ri）和傳遞系數(shù)（φ）的計(jì)算公式分別見式（9）、（10）和（11）。

5.2.3 荷載組合

不同工況下Ri、Ti的計(jì)算式見式（12）～（16）。

（1）工況一：自重（考慮勘查時(shí)地下水位的影響）；

（2）工況二：自重+ 暴雨（考慮暴雨地下水水位的影響）。

5.3 滑坡穩(wěn)定性、推力計(jì)算與結(jié)果評述

5.3.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

充分考慮在役天然氣管道安全風(fēng)險(xiǎn)及滑坡的危害性，在推力計(jì)算中設(shè)計(jì)安全系數(shù)按照下面兩個(gè)工況計(jì)算分析；工況一（自重+ 地下水）：采用Ks=1.20；工況二（自重+暴雨+ 地下水）：采用Ks=1.05。滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

XB 管道滑坡在天然工況下，各坡面的穩(wěn)定系數(shù)為1.289～1.368，按照滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級屬穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，各坡面的穩(wěn)定系數(shù)為1.003～1.014，按照滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級屬欠穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，滑坡體在天然狀態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)場滑移狀態(tài)監(jiān)測情況基本吻合。

表2 為滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級。

表2 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級

6 治理對策

天然氣管道周邊山體滑坡通常采用山體滑坡治理和管線遷改繞開滑坡區(qū)域的方式，通過該災(zāi)害體特征、變形破壞模式分析，施工技術(shù)難度、施工條件、經(jīng)濟(jì)效益比較，開挖驗(yàn)證管線受應(yīng)力情況。該管道位于鄉(xiāng)村公路外側(cè)，滑坡體前緣剪出口在公路上方，公路外側(cè)基巖穩(wěn)定，無變形特征，管線深埋在公路外側(cè)基巖內(nèi)，無應(yīng)力集中現(xiàn)象。治理對策主要考慮在滑坡體中下部設(shè)防，采取“抗滑樁+ 裂縫夯填+ 坡面清方清?！本C合治理方案。

7 結(jié)論

（1）XB 管道滑坡是受人為切坡的影響，在持續(xù)強(qiáng)降雨作用下，由靜水壓力、動(dòng)水壓力誘發(fā)的基巖順層滑坡。

（2）滑帶位置泥巖網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，裂隙間鈣質(zhì)填充，在地下水作用下，部分鈣質(zhì)膠結(jié)物流失，形成泥巖網(wǎng)狀空洞，有利于地下水排泄，在遇連續(xù)強(qiáng)降雨作用下，前部排泄不暢，容易形成較大靜水壓力，導(dǎo)致泥巖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞，沿破碎帶產(chǎn)生滑移。

（3）采取“抗滑樁+ 裂縫夯填+ 坡面清方清危”綜合治理后，滑坡體未出現(xiàn)滑坡位移，有效排除了地質(zhì)災(zāi)害的威脅，保障了天然氣管線的正常運(yùn)行及道路安全。