天然氣管道山體滑坡研究
——以川北地區XB 管線為例

許亞輝

西南油氣田分公司川西北氣礦 四川 廣元 628000

1 地質環境概述

滑坡區屬亞熱帶季風氣候，氣候垂直變化大，暴雨、洪澇等經常發生。滑坡出露巖性主要為侏羅系上統蓬萊鎮組上段(J3p1)的砂巖、泥巖不等厚互層為主[1]，第四系分布于滑坡區斜坡地表及溝谷地帶。地質構造是具地臺型特征，褶皺開闊平緩，延伸方向受呂梁期構造線控制，呈北東東—南西西向，斷裂極不發育，僅偶見很小的逆斷層，無大的斷裂經過，巖層產狀212°∠18°，為外傾順向坡；滑坡區內人類工程活動為修房筑路和開墾田地形成的階梯狀低矮邊坡，原始地形地貌條件發生了一定變化。

2 災害體的基本特征

2.1 滑坡形態及邊界特征

XB 管道滑坡呈南～北向展布，平面上形態呈“舌”狀，滑體變形特征顯著。滑體前部高程約745m，后部高程約798m，相對高差約53m，主滑方向212°。從滑坡體前緣至后緣，整體地形上前部稍緩，坡度15°，中后部略陡，坡度19°。滑坡區現狀地表為林地和耕地，表層為覆蓋有薄層松散堆積物，局部基巖裸露；滑坡后緣為滑動形成的寬50～60cm，深2～3m 張拉裂縫；滑坡后緣以外為自然緩傾的林地，由于降雨地表水進入裂隙，無法及時排泄，形成靜水壓力，導致了滑坡。

2.2 滑帶、滑床特征

XB 管道滑坡的滑帶位于砂泥巖軟硬接觸帶位置泥巖中，滑帶埋深4.5～5.8m；滑床為侏羅系上統蓬萊鎮組下段(J3p1)砂巖、泥巖不等厚互層，滑床頂面埋深約5.0～6.0m，近似呈直線型，滑床坡度18°～20°；砂泥巖交界層面及巖石節理裂隙較為發育，地下水有排泄活動。

2.3 地下水特征

滑坡區含水層主要為第四系松散堆積層及基巖裂隙中，無統一的穩定靜止水位，受大氣降水、基巖裂隙水補給，排泄于溝谷或滲入補給基巖裂隙水，滑坡區地下水埋深較深，鉆探揭示未見穩定地下水位。

2.4 滑坡的變形特征

滑坡區發生大規模滑動變形，在平面上形成逐級向后推移的變形破壞特征；滑坡整體變形破壞強烈，原地面大部分變形破壞，滑坡整體在水的作用下，沿前部切坡形成的臨空面產生滑動變形，后部巖土體依次滑動變形破壞，屬于牽引式滑動特征。

3 滑坡的影響因素

3.1 水的作用

滑坡區強風化泥巖網狀節理裂隙發育，裂隙間鈣質充填，地下水的滲流一方面侵蝕溶解部分鈣質膠結物，致使泥巖網狀裂隙進一步發展；另一方面，鈣質膠結物的流失，導致泥巖形成網狀架空，降低了泥巖的物理力學性質，成為了滑坡發動的隱患因素。

3.2 人類工程活動

滑坡區前緣受人為切坡影響，在滑坡前部形成了較陡臨空面且未進行有效支擋，滑坡下部最先失穩，形成滑坡有利的地形條件，為滑坡發生的重要因素之一。

3.3 地形地貌

XB 管道滑坡位于構造侵蝕地形斜坡下部，地形整體上北高南低，滑坡相對高差約53m 左右，前部稍緩，斜坡中后部略陡，整體地形坡度約19°。滑坡前緣存在4～5m高的較陡臨空面且滑坡左側存在高陡臨空面。

3.4 地層巖性及構造

滑坡區第四系覆蓋層較薄，基巖為蓬萊鎮組砂泥巖互層，順向坡，前緣支擋不足容易產生順向坡滑動。

4 變形破壞機制

4.1 成因機制分析

XB 管道滑坡構造裂隙及風化裂隙發育，利于地表水下滲，原始坡體地下水主要沿砂泥巖交界面及砂巖下部泥巖層中的網狀裂隙排泄。在遇持續強降雨作用下，雨水的持續下滲可軟化滑帶土，降低滑面的物理力學參數，當地下水不能沿排泄截面及時排出時，后部基巖裂隙充水，前部地下水排泄面以上原始斜坡體在高水頭壓力作用下產生浮托作用，形成水墊效應，從而導致滑動面摩阻力降低使坡體臨近極限平衡狀態。

4.2 變形破壞模式

一方面坡體孔隙充水，產生靜水壓力與浮托力，另一方面飽和地下水長期浸泡泥化軟化滑帶土，使滑坡體抗剪強度迅速降低，在源于巖土體自重而產生的下滑力作用下，迅速向未被剪斷的凸起體集中從而使其破壞。當滑體前部巖土體失穩后，導致其后方巖土體失去支撐而跟隨前方巖土體滑動。

5 滑坡穩定性分析評價

5.1 計算模型及工況

為了保障油氣管線運行安全和治理方案優選，制定管線保護方案及部分危巖體清理，滑坡穩定性分析評價考慮天然工況和降雨工況，因勘查區屬于Ⅵ度地震區，滑坡可能受地震影響小，不考慮地震工況。分析計算的荷載主要有滑坡自重(含自然狀態水位)、暴雨。分自重+ 地下水和自重+ 暴雨+ 地下水兩種工況分析，通過勘察鉆探分析，初步確定滑帶和剪出口位置，滑體正以近似直線型滑動。對滑坡各個剖面分別進行不同工況的穩定性分析。

5.2 計算方法

穩定系數計算公式見式（1）～式（7）。

根據勘察結論，建立滑坡推力計算模型進行驗算，結果如圖1 所示。

圖1 滑坡推力計算模型

其中，下滑力（Ti）、抗滑力（Ri）和傳遞系數（φ）的計算公式分別見式（9）、（10）和（11）。

5.2.3 荷載組合

不同工況下Ri、Ti的計算式見式（12）～（16）。

（1）工況一：自重（考慮勘查時地下水位的影響）；

（2）工況二：自重+ 暴雨（考慮暴雨地下水水位的影響）。

5.3 滑坡穩定性、推力計算與結果評述

5.3.1 滑坡穩定性計算

充分考慮在役天然氣管道安全風險及滑坡的危害性，在推力計算中設計安全系數按照下面兩個工況計算分析；工況一（自重+ 地下水）：采用Ks=1.20；工況二（自重+暴雨+ 地下水）：采用Ks=1.05。滑坡穩定性計算成果見表1。

表1 滑坡穩定性計算成果表

XB 管道滑坡在天然工況下，各坡面的穩定系數為1.289～1.368，按照滑坡穩定狀態分級屬穩定狀態；在暴雨工況下，各坡面的穩定系數為1.003～1.014，按照滑坡穩定狀態分級屬欠穩定狀態。根據計算結果，滑坡體在天然狀態處于穩定狀態，在暴雨工況下處于欠穩定狀態，與現場滑移狀態監測情況基本吻合。

表2 為滑坡穩定狀態分級。

表2 滑坡穩定狀態分級

6 治理對策

天然氣管道周邊山體滑坡通常采用山體滑坡治理和管線遷改繞開滑坡區域的方式，通過該災害體特征、變形破壞模式分析，施工技術難度、施工條件、經濟效益比較，開挖驗證管線受應力情況。該管道位于鄉村公路外側，滑坡體前緣剪出口在公路上方，公路外側基巖穩定，無變形特征，管線深埋在公路外側基巖內，無應力集中現象。治理對策主要考慮在滑坡體中下部設防，采取“抗滑樁+ 裂縫夯填+ 坡面清方清危”綜合治理方案。

7 結論

（1）XB 管道滑坡是受人為切坡的影響，在持續強降雨作用下，由靜水壓力、動水壓力誘發的基巖順層滑坡。

（2）滑帶位置泥巖網狀裂隙發育，裂隙間鈣質填充，在地下水作用下，部分鈣質膠結物流失，形成泥巖網狀空洞，有利于地下水排泄，在遇連續強降雨作用下，前部排泄不暢，容易形成較大靜水壓力，導致泥巖網狀結構破壞，沿破碎帶產生滑移。

（3）采取“抗滑樁+ 裂縫夯填+ 坡面清方清危”綜合治理后，滑坡體未出現滑坡位移，有效排除了地質災害的威脅，保障了天然氣管線的正常運行及道路安全。