GM-4井井場填方邊坡穩定性計算分析

杜　杰　左雅婭

(1.中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽　618000；　2.四川省交通廳工程質量監督局，四川 成都　610041)

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GM-4井井場填方邊坡穩定性計算分析

杜杰1左雅婭2

(1.中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽618000；2.四川省交通廳工程質量監督局，四川 成都610041)

基于GM-4勘探井井場填方邊坡的基本特征，調查研究了邊坡在鉆井周期發生的變形破壞特征，并采用極限平衡法進行了計算、模擬和對比分析，掌握了填方邊坡隨坡度變化而呈現的穩定性變化特征，分析結果與填方邊坡宏觀變形現象均具有較高的吻合度。

油氣井，填方邊坡，坡度，穩定性，極限平衡法

1　工程概況

以典型井場——GM-4井井場填方邊坡為例，見圖1，該井設計井深5 000 m，鉆井平臺正常作業面積120 m×60 m，平臺原始地貌為山嶺重丘區，為保證有效鉆井作業平臺，在場坪過程中進行挖填處理形成典型的填方邊坡。GM-4井井場填方邊坡在中石化勘探井井場建設形成的邊坡中具有較強的代表性，該填方邊坡為井場平整過程中挖填平衡處理形成的人工填方邊坡，通過對比分析井場建設前后，尤其是后期鉆井期間邊坡穩定性情況，并采用極限平衡法分析邊坡穩定性隨地質參數變化規律，為以后研究此類井場填方邊坡的穩定性及定量評價提供了可靠依據和現實模板。

2　井場填方邊坡特征

2.1形態特征

GM-4井井場場地地形呈臺階狀分布，場地地貌單元屬于構造剝蝕堆積類型，自西向東地勢逐漸降低。為保證井場挖填平衡，設計井場標高495.5 m，挖填界線基本沿井場長軸方向，如圖2

所示，其中，井場挖方區面積3 688 m2，填方區面積3 512 m2，最大挖方高差7.8 m，最大填方高度7.5 m，填方區集中分布井架基礎01荷載、泵房及發電房區基礎荷載，而直接影響填方邊坡穩定性的是縱貫井場長軸方向的主車道車輛荷載及柴油機泵房荷載[1]。

該填方邊坡采取1∶1.0坡度進行放坡，按照4.0 m一級進行放坡，每4.0 m高度設置1.0 m平臺(一級馬道)一處，填方邊坡填料選取應以大骨料為主，具體以井場挖方區爆破石方填料為主，其邊坡具體物質組成特征見2.2。

2.2邊坡物質組成特征

井場填方邊坡所涉及到的巖土體類型主要有填土及下覆基巖，填土質量要求如下：1)填料選取——填土中粗顆粒物質以井場挖方區爆破石方填料為主；2)填土應分層填筑，分層碾壓，保證92%的壓實度；3)填方邊坡一級馬道以下填料以塊碎石土為主，以上以角礫土為主，邊坡形態及巖土體物質組成見圖3。

填土①：角礫土，呈土黃色，干～稍濕，母巖成分主要為砂泥巖，角礫含量在5%～10%左右，呈次棱角狀，粒徑為0.5 cm～2 cm之間，整體結構呈中等密實狀，現場試驗結果表明，該土層Cu=26.1，ρd=2.1 g/cm3，壓實度λ=0.92。填土②：碎石角礫土，呈棕黃色，稍濕，母巖成分主要為砂泥巖，塊碎石含量在40%～60%左右，粒徑在2.0 cm～15 cm之間，粘土充填其間，整體結構呈密實狀，現場試驗結果表明，該土層Cu=23.2，ρd=2.23 g/cm3，壓實度λ=0.90。基巖(Kch)③：為海湖相沉積成因的褐紅色～棕紅色泥巖和泥質粉砂巖互層，礦物以泥質礦物為主，泥質構造，層狀結構，巖質軟～較軟巖，具有失水開裂崩解和遇水軟化的特征；該層風化裂隙發育，夾有泥巖薄層，產狀近于水平，傾角小于4°。

3　填方邊坡極限平衡穩定性計算

極限平衡法是規范推薦的邊坡穩定性分析計算方法，采用加拿大公司開發的Geo-studio系列軟件中的SLOPE/W模塊，進行穩定性分析計算。其中M-P法為邊坡規范推薦的嚴格解法，因此，穩定性分析以M-P法計算結果為主[2]。油氣井井場填方邊坡上覆均布荷載值為80 kPa，坡線荷載采取換算土柱進行模型計算，換算土柱高度為3.5 m，計算參數取值以力學試驗為基礎，具體見表1。

表1　計算綜合參數表

GM-4井填方邊坡在暴雨工況下可能存在局部失穩，局部不穩定搜索以安全系數1.00為判別標準。搜索結果表明(見圖4)：在整個鉆井周期中，填方邊坡并未整體發生滑動，但坡體變形加劇，其穩定性系數為1.002，基本處于極限平衡狀態；前緣臨空坡體表面出現鼓脹變形，邊坡坡頂后緣3.5 m(柴油機泵房位置)出現拉張裂縫。結果顯示，填方邊坡存在不穩定塊體，其位置與宏觀地質現象基本吻合。在其他條件不變的情況下，如選取1∶0.75坡度進行填方邊坡放坡則會出現Ks=0.858的失穩塊體，而選取1∶1.5坡度進行放坡則出現Ks=1.267的較高穩定系數值，按該坡度進行放坡處理邊坡可以滿足井場邊坡的穩定性要求。本次穩定性計算同時選取1∶0.5，1∶0.75，1∶1.0及1∶1.5四種坡度填方邊坡作為對比計算模型，以暴雨工況進行計算分析，對比不同坡度條件下填方邊坡的穩定性變化情況。按照C值變化幅度2.5 kPa進行穩定性計算[3]，C值起始計算假設值為4.0 kPa～6.0 kPa，見表2。

計算結果表明，隨著C值的變化(0 kPa～10 kPa)，不同坡度邊坡穩定性系數Ks變化范圍在0.323～0.427，可見C值的變化對不同坡度邊坡穩定性影響均較大，平均每2.5 kPa對穩定性系數Ks的貢獻度為0.235，如圖5所示的趨勢圖中耦合公式；而針對特定C值情況下，不同坡度邊坡的穩定性變化情況較大，表現在邊坡坡度從i=1∶0.5到i=1∶1.5，Ks值變化范圍在0.613～0.725，可見邊坡坡度對穩定性的影響十分明顯。

表2　邊坡穩定性隨C值變化計算表(φ=31°～36°)

基于此,以GM-4井為例，在西南山區井場高填邊坡設計過程中，在合理放坡的基礎上，通過對坡面采取噴播植草/拱形護坡+土工格柵兩種工藝進行邊坡防護[4](見圖6)，現場應用效果良好。

4　結語

1)受井場荷載及自身重力作用，油氣井井場填方邊坡坡體內力發生變化，邊坡穩定性主要受邊坡坡度、抗剪強度C值的影響較大。2)極限平衡穩定性計算結果表明，填方邊坡按1∶1.0坡度進行放坡處理，邊坡處于極限平衡狀態，同宏觀地質現象相吻合，尤其是其邊坡出現的側向鼓脹變形與實際模擬變形網絡圖有較高的吻合度。3)通過合理放坡降低邊坡坡面應力破壞，同時配套噴播植草/拱形護坡+土工格柵加筋處理等技術措施，可以極大降低高填方邊坡的處理難度和防護費用。

[1]SY/T 5972—2009，鉆機基礎選型[S].

[2]GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術規范[S].

[3]柴波,殷坤龍,汪洋,等.基于影響因素分布模型的滑坡穩定性敏感分析[J].巖土力學,2007,28(12):2624-2628.

[4]陳祖煜.土質邊坡穩定分析——原理、方法、程序[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

The calculation and analysis on GM-4 well field embankment slope stability

Du Jie1Zuo Yaya2

(1.SinopecSouthwestOilandGasBranchPetroleumEngineeringTechnologyInstitute,Deyang618000,China;2.SichuanTransportDepartmentEngineeringQualitySupervisionBureau,Chengdu610041,China)

Based on the basis characteristics of GM-4 exploration site embankment slope, this paper investigated and researched the deformation and failure characteristics of slope in drilling well cycle, and made calculation, simulation and comparison analysis using limit equilibrium method, mastered the stability change characteristics of embankment slope with slope change, the analysis results and embankment slope macroscopic deformation phenomena both had good agreement.

oil and gas well, embankment slope, slope, stability, limit equilibrium method

1009-6825(2016)19-0064-02

2016-04-25

杜杰(1986- )，男，工程師

TU413.62

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