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滑坡是斜坡破坏型式中分布最广、危害最严重的地质灾害之一。最近几十年,滑坡在全世界范围内造成了大量的人员伤亡和经济损失。随着西气东输等管道工程的建设,管线穿越大范围山区的情况越来越多,与管道相关的滑坡地质灾害日益引起广泛的关注。各种抗滑结构已经广泛应用到滑坡防治工程的实践,但由于滑坡抗滑结构的布置方式的不同以及岩土体结构、物理力学性质的改变会直接影响抗滑工程的抗滑效果。因此,开展滑坡防治后效果评价是当前管道工程地质领域研究的热点和关键课题之一,具有重要的理论意义和工程实践价值。
本文依托中国石油天然气股份有限公司管道华中输气分公司项目“忠武输气管道顺溪Ⅰ号滑坡治理勘察与设计”。论文在详细分析滑坡工程地质条件和坡体结构的基础上,构建滑坡地质模型。采用刚体极限平衡方法和数值模拟方法,对滑坡稳定性进行分析计算;开展滑坡防治方案论证,并利用数值模拟方法及监测资料对治理工程开展效果评价研究。本文的研究成果可为山区管道地质灾害评价与防治提供借鉴与参考。
论文的取得的主要成果如下:
(1)选择忠武输气管道穿越区忠县顺溪Ⅰ号滑坡为研究对象,在系统搜集滑坡工程地质资料、环境地质资料基础上;开展了野外地质调查及勘探,查明了滑坡体结构,构建了滑坡地质力学模型。
(2)采集岩土体试验样本,进行室内试验、分析和参数反演分析,获取不同岩土层物理力学参数。确定不同类型的计算工况,采用刚体极限平衡法,开展了滑坡稳定性计算及推力计算研究。
(3)依据推力计算结果,进行滑坡防治方案的比选研究,确定最终滑坡治理方案。根据顺溪Ⅰ号滑坡的特点,同时考虑以保护管道安全为目标的滑坡治理的原则,在工程投资概算、施工条件等技术经济指标综合比较的基础上,在满足安全的前提下,选择了以预应力格构锚索和排水方案为主的方案作为顺溪Ⅰ号滑坡的综合治理方案。对预应力格构锚索方案进行了详细设计。
(4)分别构建了顺溪Ⅰ号滑坡治理前和治理后的数值计算模型,采用Flac3D软件,根据强度折减法的原理,计算滑坡的稳定性系数。顺溪Ⅰ号滑坡在治理前的整体稳定性系数为0.988,经过格构锚为主的方案进行工程治理后,滑坡的整体稳定性系数提高到了1.398,大于规范所要求的安全系数。因此,该滑坡的防治效果是显著的。
(5)采用Flac3D软件,利用数值模拟计算得到支护前和支护后的滑坡位移场和应力场的变化规律,以及管道的位移场和应力场的变化规律。对比治理前后的滑坡总位移等值线云图可知,经过治理加固后,滑坡整体位移量有所减小,尤其是滑坡前缘的威胁得到了有效控制。经过削方和格构锚等工程治理后,管道的受力特征得到了较明显的改善。
(6)采用多种监测手段对顺溪Ⅰ号滑坡开展了详细的监测工作。根据长期的监测成果可知,地表位移监测各监测点的平面、高程位移均比较小,滑坡在治理后总体上处于稳定状态。从累计位移量来看,位于滑坡前缘的SX-5点的累积总位移量偏大(34mm),这一结果与数值模拟的最大位移量产生的部位是一致的,量值也比较接近,表明数值计算结果与实际监测成果能较好地吻合。
(7)锚索计监测结果表明锚索预应力值有所增加,可能是由于近期连降暴雨引起坡体重量增加,导致锚固力增大,但该处地表位移监测显示滑坡变形不明显,说明滑坡还比较稳定,格构锚索的防治效果较好。