天然气管道山体滑坡研究——以川北地区XB 管线为例

许亚辉

西南油气田分公司川西北气矿 四川 广元 628000

1 地质环境概述

滑坡区属亚热带季风气候，气候垂直变化大，暴雨、洪涝等经常发生。滑坡出露岩性主要为侏罗系上统蓬莱镇组上段(J3p1)的砂岩、泥岩不等厚互层为主[1]，第四系分布于滑坡区斜坡地表及沟谷地带。地质构造是具地台型特征，褶皱开阔平缓，延伸方向受吕梁期构造线控制，呈北东东—南西西向，断裂极不发育，仅偶见很小的逆断层，无大的断裂经过，岩层产状212°∠18°，为外倾顺向坡；滑坡区内人类工程活动为修房筑路和开垦田地形成的阶梯状低矮边坡，原始地形地貌条件发生了一定变化。

2 灾害体的基本特征

2.1 滑坡形态及边界特征

XB 管道滑坡呈南～北向展布，平面上形态呈“舌”状，滑体变形特征显著。滑体前部高程约745m，后部高程约798m，相对高差约53m，主滑方向212°。从滑坡体前缘至后缘，整体地形上前部稍缓，坡度15°，中后部略陡，坡度19°。滑坡区现状地表为林地和耕地，表层为覆盖有薄层松散堆积物，局部基岩裸露；滑坡后缘为滑动形成的宽50～60cm，深2～3m 张拉裂缝；滑坡后缘以外为自然缓倾的林地，由于降雨地表水进入裂隙，无法及时排泄，形成静水压力，导致了滑坡。

2.2 滑带、滑床特征

XB 管道滑坡的滑带位于砂泥岩软硬接触带位置泥岩中，滑带埋深4.5～5.8m；滑床为侏罗系上统蓬莱镇组下段(J3p1)砂岩、泥岩不等厚互层，滑床顶面埋深约5.0～6.0m，近似呈直线型，滑床坡度18°～20°；砂泥岩交界层面及岩石节理裂隙较为发育，地下水有排泄活动。

2.3 地下水特征

滑坡区含水层主要为第四系松散堆积层及基岩裂隙中，无统一的稳定静止水位，受大气降水、基岩裂隙水补给，排泄于沟谷或渗入补给基岩裂隙水，滑坡区地下水埋深较深，钻探揭示未见稳定地下水位。

2.4 滑坡的变形特征

滑坡区发生大规模滑动变形，在平面上形成逐级向后推移的变形破坏特征；滑坡整体变形破坏强烈，原地面大部分变形破坏，滑坡整体在水的作用下，沿前部切坡形成的临空面产生滑动变形，后部岩土体依次滑动变形破坏，属于牵引式滑动特征。

3 滑坡的影响因素

3.1 水的作用

滑坡区强风化泥岩网状节理裂隙发育，裂隙间钙质充填，地下水的渗流一方面侵蚀溶解部分钙质胶结物，致使泥岩网状裂隙进一步发展；另一方面，钙质胶结物的流失，导致泥岩形成网状架空，降低了泥岩的物理力学性质，成为了滑坡发动的隐患因素。

3.2 人类工程活动

滑坡区前缘受人为切坡影响，在滑坡前部形成了较陡临空面且未进行有效支挡，滑坡下部最先失稳，形成滑坡有利的地形条件，为滑坡发生的重要因素之一。

3.3 地形地貌

XB 管道滑坡位于构造侵蚀地形斜坡下部，地形整体上北高南低，滑坡相对高差约53m 左右，前部稍缓，斜坡中后部略陡，整体地形坡度约19°。滑坡前缘存在4～5m高的较陡临空面且滑坡左侧存在高陡临空面。

3.4 地层岩性及构造

滑坡区第四系覆盖层较薄，基岩为蓬莱镇组砂泥岩互层，顺向坡，前缘支挡不足容易产生顺向坡滑动。

4 变形破坏机制

4.1 成因机制分析

XB 管道滑坡构造裂隙及风化裂隙发育，利于地表水下渗，原始坡体地下水主要沿砂泥岩交界面及砂岩下部泥岩层中的网状裂隙排泄。在遇持续强降雨作用下，雨水的持续下渗可软化滑带土，降低滑面的物理力学参数，当地下水不能沿排泄截面及时排出时，后部基岩裂隙充水，前部地下水排泄面以上原始斜坡体在高水头压力作用下产生浮托作用，形成水垫效应，从而导致滑动面摩阻力降低使坡体临近极限平衡状态。

4.2 变形破坏模式

一方面坡体孔隙充水，产生静水压力与浮托力，另一方面饱和地下水长期浸泡泥化软化滑带土，使滑坡体抗剪强度迅速降低，在源于岩土体自重而产生的下滑力作用下，迅速向未被剪断的凸起体集中从而使其破坏。当滑体前部岩土体失稳后，导致其后方岩土体失去支撑而跟随前方岩土体滑动。

5 滑坡稳定性分析评价

5.1 计算模型及工况

为了保障油气管线运行安全和治理方案优选，制定管线保护方案及部分危岩体清理，滑坡稳定性分析评价考虑天然工况和降雨工况，因勘查区属于Ⅵ度地震区，滑坡可能受地震影响小，不考虑地震工况。分析计算的荷载主要有滑坡自重(含自然状态水位)、暴雨。分自重+ 地下水和自重+ 暴雨+ 地下水两种工况分析，通过勘察钻探分析，初步确定滑带和剪出口位置，滑体正以近似直线型滑动。对滑坡各个剖面分别进行不同工况的稳定性分析。

5.2 计算方法

稳定系数计算公式见式（1）～式（7）。

根据勘察结论，建立滑坡推力计算模型进行验算，结果如图1 所示。

图1 滑坡推力计算模型

其中，下滑力（Ti）、抗滑力（Ri）和传递系数（φ）的计算公式分别见式（9）、（10）和（11）。

5.2.3 荷载组合

不同工况下Ri、Ti的计算式见式（12）～（16）。

（1）工况一：自重（考虑勘查时地下水位的影响）；

（2）工况二：自重+ 暴雨（考虑暴雨地下水水位的影响）。

5.3 滑坡稳定性、推力计算与结果评述

5.3.1 滑坡稳定性计算

充分考虑在役天然气管道安全风险及滑坡的危害性，在推力计算中设计安全系数按照下面两个工况计算分析；工况一（自重+ 地下水）：采用Ks=1.20；工况二（自重+暴雨+ 地下水）：采用Ks=1.05。滑坡稳定性计算成果见表1。

表1 滑坡稳定性计算成果表

XB 管道滑坡在天然工况下，各坡面的稳定系数为1.289～1.368，按照滑坡稳定状态分级属稳定状态；在暴雨工况下，各坡面的稳定系数为1.003～1.014，按照滑坡稳定状态分级属欠稳定状态。根据计算结果，滑坡体在天然状态处于稳定状态，在暴雨工况下处于欠稳定状态，与现场滑移状态监测情况基本吻合。

表2 为滑坡稳定状态分级。

表2 滑坡稳定状态分级

6 治理对策

天然气管道周边山体滑坡通常采用山体滑坡治理和管线迁改绕开滑坡区域的方式，通过该灾害体特征、变形破坏模式分析，施工技术难度、施工条件、经济效益比较，开挖验证管线受应力情况。该管道位于乡村公路外侧，滑坡体前缘剪出口在公路上方，公路外侧基岩稳定，无变形特征，管线深埋在公路外侧基岩内，无应力集中现象。治理对策主要考虑在滑坡体中下部设防，采取“抗滑桩+ 裂缝夯填+ 坡面清方清危”综合治理方案。

7 结论

（1）XB 管道滑坡是受人为切坡的影响，在持续强降雨作用下，由静水压力、动水压力诱发的基岩顺层滑坡。

（2）滑带位置泥岩网状裂隙发育，裂隙间钙质填充，在地下水作用下，部分钙质胶结物流失，形成泥岩网状空洞，有利于地下水排泄，在遇连续强降雨作用下，前部排泄不畅，容易形成较大静水压力，导致泥岩网状结构破坏，沿破碎带产生滑移。

（3）采取“抗滑桩+ 裂缝夯填+ 坡面清方清危”综合治理后，滑坡体未出现滑坡位移，有效排除了地质灾害的威胁，保障了天然气管线的正常运行及道路安全。