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随着我国经济的快速发展,油气能源凸显重要,管道输送作为一种高效、低耗的运输方式,其应用日益广泛。我国是一个多山的国家,地质灾害众多,而我国油气资源多处于中西部地区,因此,油气管道在铺设过程中不可避免的常需穿越滑坡、崩塌等地质灾害易发区,如何对管道穿越危岩崩塌区进行风险评价,对管道的安全运营显得十分重要。
危岩是否会失稳破坏,失稳后是否会对输气管道造成损害,损害程度的大小,是危岩治理决策前应首先明确的问题。对于危岩崩塌灾害作用下管道的风险评价,前人是在对危岩崩塌调查的基础上,先进行危岩崩塌灾害风险区划,然后通过定性方法评价危岩崩塌灾害作用下管道的风险。这种方法主观性因素较大,而危岩大小形状各异,悬空高度相差很大,管道的埋深、土体性质在不同的地方也各不相同,难以得到准确的结论,这使治理决策缺少依据,一定程度上造成了治理的盲目性。
本论文主要完成的工作包括:首先结合忠武输气管道工程沿线危岩体特征,分析危岩体破坏模式、计算荷载、稳定性计算方法,建立基于可靠性理论的危岩破坏概率模型进行危岩危险性评价。而后分析危岩崩塌灾害危害特征及管道自身性质,选取管道易损性评价指标,确定评价指标值的分布函数,建立管道易损性评价模型并进行管道易损性评价;最后对忠武管道沿线的典型危岩体危险性及其作用下管道易损性进行定量化分析,对典型危岩体影响范围内管道的风险进行评价,同时对管道破坏后损失评价的计算方法进行初步研究。研究主要获得如下几点认识:
1)基于Monte-carlo法危岩破坏概率只考虑抗剪强度参数c,()的变异性对危岩稳定性分析的灵敏性,而没有考虑裂隙水压力等其他影响因素变异性对危岩稳定性的影响,所以计算存在不足;
2)基于可靠性理论的危岩破坏概率模型可以考虑抗剪强度参数c,()、稳定性计算方法、裂隙水压力、裂隙深度等参数的变异性对危岩稳定性的影响,,所以基于可靠性理论的危岩破坏概率模型进行危险性分析时能很好的反映危岩体的实际状态,计算结果也更加精确;
3)通过对忠武输气管道沿线典型危岩体进行破坏概率计算及分析,得出:
①影响滑移式危岩破坏概率大小的最主要因素是后缘裂隙水压力和结构面内聚力大小,特别是裂隙水压力越大(均值越大),变化幅度越大(方差越大),结构面内聚力迅速减小,破坏概率也就越大;
②影响倾倒式危岩破坏概率的主要因素是后缘的裂隙深度、后缘裂隙充水高度h和结构面抗拉强度,而倾倒式危岩后缘裂隙深度扩展,在降雨情况下,后缘裂隙充水高度会增加,结构面抗剪强度也会降低,所以会导致破坏概率一步增大;
③影响坠落式危岩破坏概率的主要因素是后缘裂隙深度及结构面抗剪强度;
4)基于可靠性理论的管道易损性评价模型很好的考虑了各个评价指标值的变异性对管道易损性的影响,用失效概率来衡量危岩崩塌灾害作用下管道的易损性的大小,能直观的表示出危岩崩塌危害程度的大小;
5)通过对忠武管道在危岩崩塌易发区的管道易损性评价,管道在服役期间遭受危岩崩塌灾害时,管道的失效概率达到46.41%,表明管道受到崩塌落石冲击是极易破坏的;
6)通过对A危岩治理治理前后的风险度进行比较分析得出
①在钢筋混凝土拱未修建时,管道遭受崩塌落石冲击时,失效概率达到42.07%,而钢筋混凝土拱施工完成后,失效概率为9.18%,失效概率大幅减小,说明管道的地表保护措施,如钢筋混凝土拱、沙袋盖压等措施能很好的起到抵抗危岩冲击破坏;
②对管道做被动的地表保护措施时,风险值为4.51%,而如果直接对危岩体进行治理时,风险值为0.81%,表明危岩崩塌灾害易发区管道的防治工程对危岩进行主动防护比被动防护效果更好。