元壩氣田邊坡穩(wěn)定性評價

劉善華石桃源

(1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000; 2.酉陽縣土家族苗族自治縣礦產(chǎn)資源開發(fā)辦公室，重慶 409800)

元壩氣田邊坡穩(wěn)定性評價

劉善華1石桃源2

(1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000; 2.酉陽縣土家族苗族自治縣礦產(chǎn)資源開發(fā)辦公室，重慶 409800)

運用基于強度折減法的ANSYS軟件分析了元壩10-3井道路邊坡，得出在1∶0.3自然放坡條件下安全系數(shù)為2.6，經(jīng)過一年的檢驗證實了邊坡的穩(wěn)定性，得出該方法是一種定量判定邊坡穩(wěn)定性的快捷可行的方法。

邊坡，穩(wěn)定性評價，強度折減法

0 引言

元壩氣田地處四川廣元、南充及巴中市境內(nèi)，屬于典型的山區(qū)地貌，受地形影響顯著，井場選址困難，幾乎都要涉及到邊坡支擋問題，邊坡是元壩地區(qū)工程建設(shè)中最常見的工程形式。

鑒于邊坡問題是元壩氣田井場建設(shè)遇到的主要地質(zhì)災(zāi)害問題，針對該工程問題的防治尤為關(guān)鍵，“防”即邊坡穩(wěn)定性分析，找出一套針對現(xiàn)場的簡捷快速的穩(wěn)定性分析方法必要而迫切;“治”即邊坡支擋措施，根據(jù)穩(wěn)定性分析成果結(jié)合邊坡治理等級選擇合理而經(jīng)濟(jì)的支擋措施無疑會降低工程造價，節(jié)約成本，因此本文針對元壩氣田進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價研究。

1 邊坡穩(wěn)定性評價方法

在元壩工區(qū)，井場/道路平整過程中通常采取挖填平衡處理技術(shù)，在挖填平衡過程中必然形成挖/填方邊坡，并對原來自然邊坡形成破壞，判定邊坡的變形破壞模式以及提前判定邊坡的穩(wěn)定性情況，是邊坡治理必須要解決的問題。

邊坡是否穩(wěn)定取決于邊坡下滑推力Pi=Pi-1ψ+Kf·Ti-R1i大小及邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=抗滑力/下滑力［1］，準(zhǔn)確求取邊坡下滑推力從而獲得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)是治理邊坡是否安全和經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。

目前國內(nèi)邊坡穩(wěn)定性分析的方法很多，大致可以分為兩類:定性分析和定量分析方法，定量分析方法主要包括極限平衡分析法和數(shù)值分析等方法。極限平衡法是規(guī)范推薦的滑坡穩(wěn)定性分析計算方法，由于其具有模型簡單、計算公式簡單等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，很多數(shù)值分析也開始應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析，如有限元強度折減法等。有限元法計算軟件很多，但是基于強度折減法［2］計算邊坡的穩(wěn)定性問題，主要使用ANSYS軟件來模擬。

2 元壩氣田邊坡穩(wěn)定性分析

對于像邊坡這樣縱向很長的實體，計算模型可以簡化為平面應(yīng)變問題。假定邊坡所承受的外力不隨Z軸變化，位移和應(yīng)變都發(fā)生在自身平面內(nèi)。對于邊坡變形和穩(wěn)定性分析，這種平面假設(shè)是合理的。實測經(jīng)驗表明，邊坡的影響范圍在2倍坡高范圍［3］。因此本文計算區(qū)域為邊坡體橫向延伸2倍坡高，縱向延伸3倍坡高。兩側(cè)邊界水平位移為0，下側(cè)邊界豎向位移為0。

元壩10-3井道路邊坡為高度6 m的粉質(zhì)粘土邊坡(見圖1)，開挖坡比為1∶0.3，由于沒有道路的勘察資料，類比井場的勘察資料結(jié)合巖土工程勘察手冊，確定該粉質(zhì)粘土邊坡的密度為2 000 kg/m3，彈性模量為5 MPa，內(nèi)聚力為40 kPa，內(nèi)摩擦角為17.1°，泊松比為0.36。

根據(jù)邊坡的規(guī)模，考慮邊坡的影響范圍，建立有限元分析模型(見圖2)，邊坡高度為6 m，邊坡上下邊緣的橫向長度為15 m，縱向延伸長度為15 m。兩側(cè)邊界水平位移為0，下側(cè)邊界豎向位移為0。

圖1 元壩10-3井場道路邊坡

圖2 元壩10-3井場粉質(zhì)粘土邊坡有限元分析模型

模型建立好以后，對所建立的模型賦予參數(shù)，根據(jù)類比所得到的邊坡參數(shù)賦給有限元模型。進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計算時，采用強度折減法來實現(xiàn)。首先選取初始折減系數(shù)F，然后對邊坡土體材料強度系數(shù)進(jìn)行折減，折減后內(nèi)聚力以及摩擦角見表1。

強度折減系數(shù)F=1.4時，邊坡的水平位移和塑性應(yīng)變云圖如圖3，圖4所示。

表1 強度折減后的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力值

圖3 F=1.4時邊坡水平位移云圖

圖4 F=1.4時邊坡塑性應(yīng)變云圖

強度折減系數(shù)F=1.8和F=2.2時，邊坡的水平位移和塑性應(yīng)變區(qū)進(jìn)一步增大;強度折減系數(shù)F=2.6時，邊坡的水平位移和塑性應(yīng)變云圖如圖5，圖6所示。

圖5 F=2.6時邊坡水平位移云圖

圖6 F=2.6時邊坡塑性應(yīng)變云圖

從圖6可以看出，當(dāng)F=2.6時，塑性變形區(qū)已經(jīng)從坡底貫通到坡頂，說明此時邊坡已經(jīng)破壞，而此時邊坡的強度折減系數(shù)就是邊坡的臨界安全系數(shù)。

3 結(jié)語

元壩10-3井場邊坡采取1∶0.3的放坡系數(shù)，在不采取任何支護(hù)措施的情況下，邊坡是安全的，工程完工超過一年沒有出現(xiàn)邊坡變形破壞，因此，基于強度折減法的ANSYS軟件能夠直觀且較為可靠模擬邊坡的實際情況，計算出邊坡的安全系數(shù)，能夠較為快捷的判定邊坡的穩(wěn)定性。

［1］ 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理、方法、程序［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.

［2］ 趙尚毅，鄭穎人.用有限元強度折減法求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)［J］.巖土工程學(xué)報，2002，24(3):343-346.

［3］ 曹興松，周德培.邊坡開挖影響范圍和潛在滑面的研究［J］.巖土力學(xué)與工程學(xué)報，2004，23(17):2882-2886.

The evaluation of slope stability in Yuanba gas field

Liu Shanhua1Shi Taoyuan2

(1．Engineering Technology Institute of Southwest Branch，SINOPEC，Deyang 618000，China; 2．Mining Resources Development Office of Miao Nationality Autonomous County in Youyang County，Chongqing 409800，China)

In this paper，by using ANSYSsoftware based on strength reductionmethod analyzes the road slope ofwell Yuanba 10-3，and gain the safety factor of2.6 in the 1∶0.3 natural slope conditions.The slope is stable formore than a year，concluded that themethod is a kind of quantitative and feasible analysis of slope stabilitymethod.

slope，stability evaluation，strength reduction method

TU413.62

A

1009-6825(2015)29-0056-02

2015-08-05

劉善華(1980-)，男，高級工程師; 石桃源(1980-)，男，工程師