黄草坡滑坡活动特征及其对浅埋管道影响分析

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael047
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作为西气东输工程一部分的忠县-武汉输气管道穿越渝东-鄂西山区,地形高低起伏较大且地质条件复杂,滑坡、危岩体、泥石流、岩溶塌陷等地质灾害多发。管道选线及建设时绕避了大型滑坡地段,但中、小型滑坡由于不容易被发现或没有引起足够的重视,管道建设期间并没有采取避让措施。自2004年底忠武管道投入运营以来,滑坡灾害已经成为威胁最严重的地质灾害形式之一。忠武输气管道管体是一种薄壳、线状结构,一般在地表浅层敷设,易受地质灾害影响,若由于滑坡变形导致通过其中的管道发生损毁,不仅会破坏周围的环境,还影响到沿线华中地区数百万居民的正常生活,造成重大的经济损失和不良的社会影响。因此对滑坡自身的变形机制及其对浅埋管道的力学作用的研究具有重要的工程意义。   本文通过对忠武输气管道恩施段黄草坡滑坡现场工程地质调查资料、室内外岩土物理力学试验资料以及相关监测资料进行系统的分析,探讨黄草坡滑坡的成因、发育规律及变形活动特征。通过建立管道-土体的数学-力学耦合模型,计算分析了滑坡体中浅埋管道的受力状态,讨论滑坡变形对管道产生的影响。最后基于后期监测对已有的防治工程进行效果评价,并结合国内外相关研究经验,提出了相应的补充方案。主要取得如下几点认识:   (1)根据黄草坡滑坡地形地貌及物质组成结构特征,认为该滑坡为一古泥石流堆积体再改造的产物。坡体组成从上往下依次为耕植土、碎石土、灰岩基岩层,中间夹厚度不等的相对隔水粘土层及透镜体,存在上层滞水现象。堆积体产生再滑动主要是沿着上部一层粘性土层滑动,旱季,浅表层耕植土及碎石土的饱和度较低,坡体相对稳定;雨季,雨水及灌溉用水的入渗使上层滞水水位上升,在水的软化及水压的长期作用下坡体沿粘土层向下产生缓慢变形。通过稳定性计算确定该滑坡在天然状况下基本稳定,暴雨时,滑坡处于欠稳定状态,将有可能沿着上部一层粘性土层滑动产生破坏。   (2)黄草坡滑坡变形发展过程中不同部位变形发展情况各不相同,滑坡中后部(后缘次级小滑坡上)的LF1~LF3裂缝监测点及GPS监测点HCP5的发展速率比滑坡中下部大得多,该现象一方面反应了古泥石流堆积体在变形解体过程中各个区域的变形方向及速率并不一致,另一方面也说明了该滑坡属推移式滑坡且滑坡整体监测期内基本稳定,而后缘次级小滑坡则处在相对快速变形发展阶段。通过相关性计算发现裂缝宽度变化量与同期降雨量的相关性要比GPS地表位移与降雨量之间来得更紧密。降雨对裂缝变形起到的作用会滞后几天才会体现,对黄草坡滑坡体上的裂缝来说一般在发生降雨2天后会发生较明显的扩张。   (3)管体上各应变监测点在监测期内的累积应力变化都在±50MPa范围之内波动,且单次应力增量各点也比较明显,其中最大达到-17.32MPa,各监测点累积应力变化曲线大致呈“类正弦”的阶段性周期变化。   (4)通过对各项监测资料的综合分析后确定黄草坡滑坡监测期内处于蠕动变形发展阶段,并将监测期内的变形进一步划分为如下几个次级阶段:07年10月至08年4月相对稳定阶段;08年4月至08年9月缓慢变形阶段;08年9月至09年4月相对稳定阶段;09年4月至09年9月减速变形阶段;09年9月至09年10月相对稳定阶段。   (5)黄草坡滑坡中管道走向与整体滑坡及其后缘次级小滑坡滑动方向呈小角度(8°、15°)相交,按简化分类都属于管道走向与滑坡滑动方向平行,即轴向滑坡。通过计算发现:整个滑坡体范围内管道沿轴向位移及应力曲线都呈类正弦型,且全长分为三段,各段两端位移都为零,中间最大并随着滑坡整体假设变形量的增大而增大,管道的轴向应力和应变各段中间的应力和应变都为零;次级小滑坡作用下管段主要受拉应力作用,仅在中上段出现压应力,且当假设的滑坡整体变形位移越大时受压区段越大、数值也越大,无论假设的整体位移值多大管道沿程上出现最大Mises应力的位置几乎相同,整个管段出现两个极值点,且位移值越大最大应力值也越大。   (6)将理论计算值与实际监测数据进行对比后发现:①滑坡整体范围内通过理论计算得到的管体受力情况与实际监测获得的不仅在数值甚至在表现拉压状态的正负上都存在较大的差异,说明理论计算使用的简化假设模型与实际没有完全吻合且由于仅考虑轴向滑坡下的管体应力情况,而实际两者之间存在8°的交角并不能完全将体积较大滑坡对管道的地滑力横向作用影响完全忽略;②针对后缘次级小滑坡,在相同条件下通过理论计算获得的数据和实测数值都为负值,即两者在反映管体受力状态上基本一致,但理论计算所得的值要比实测值大,理论计算偏保守。   (7)当黄草坡滑坡整体出现大于5mm的位移、后缘次级小滑坡出现大于10mm的位移时,滑坡范围内通过的管体可能出现破坏,而黄草坡滑坡虽然在监测期内一直处于缓慢地蠕滑阶段,但因及时实施了防治工程,滑坡整体出现那么大的变形可能性几乎为零,管道处于安全状态。综合考虑滑坡防治获得的极大社会及经济效益,虽然后缘次级小滑坡仍然有较小的变形,但是无论是在整体的稳定性、防治工程起到的阻滑作用、利用滑坡堆积体本身岩土体的抗滑能力、后期的位移监测情况等等各方面,说明该防治工程的效果是好的。
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