元壩氣田邊坡穩定性評價

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研究院，四川德陽 618000; 2.酉陽縣土家族苗族自治縣礦產資源開發辦公室，重慶 409800)

元壩氣田邊坡穩定性評價

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研究院，四川德陽 618000; 2.酉陽縣土家族苗族自治縣礦產資源開發辦公室，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為2.6，經過一年的檢驗證實了邊坡的穩定性，得出該方法是一種定量判定邊坡穩定性的快捷可行的方法。

邊坡，穩定性評價，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，屬于典型的山區地貌，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，邊坡是元壩地區工程建設中最常見的工程形式。

鑒于邊坡問題是元壩氣田井場建設遇到的主要地質災害問題，針對該工程問題的防治尤為關鍵，“防”即邊坡穩定性分析，找出一套針對現場的簡捷快速的穩定性分析方法必要而迫切;“治”即邊坡支擋措施，根據穩定性分析成果結合邊坡治理等級選擇合理而經濟的支擋措施無疑會降低工程造價，節約成本，因此本文針對元壩氣田進行邊坡穩定性評價研究。

1 邊坡穩定性評價方法

在元壩工區，井場/道路平整過程中通常采取挖填平衡處理技術，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定性情況，是邊坡治理必須要解決的問題。

邊坡是否穩定取決于邊坡下滑推力Pi=Pi-1ψ+Kf·Ti-R1i大小及邊坡穩定性系數Ks=抗滑力/下滑力［1］，準確求取邊坡下滑推力從而獲得邊坡穩定性系數是治理邊坡是否安全和經濟的關鍵。

目前國內邊坡穩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值分析等方法。極限平衡法是規范推薦的滑坡穩定性分析計算方法，由于其具有模型簡單、計算公式簡單等優點而被廣泛應用。隨著計算機技術的發展，很多數值分析也開始應用于邊坡穩定性分析，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］計算邊坡的穩定性問題，主要使用ANSYS軟件來模擬。

2 元壩氣田邊坡穩定性分析

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變問題。假定邊坡所承受的外力不隨Z軸變化，位移和應變都發生在自身平面內。對于邊坡變形和穩定性分析，這種平面假設是合理的。實測經驗表明，邊坡的影響范圍在2倍坡高范圍［3］。因此本文計算區域為邊坡體橫向延伸2倍坡高，縱向延伸3倍坡高。兩側邊界水平位移為0，下側邊界豎向位移為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合巖土工程勘察手冊，確定該粉質粘土邊坡的密度為2 000 kg/m3，彈性模量為5 MPa，內聚力為40 kPa，內摩擦角為17.1°，泊松比為0.36。

根據邊坡的規模，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。兩側邊界水平位移為0，下側邊界豎向位移為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，根據類比所得到的邊坡參數賦給有限元模型。進行邊坡穩定性分析計算時，采用強度折減法來實現。首先選取初始折減系數F，然后對邊坡土體材料強度系數進行折減，折減后內聚力以及摩擦角見表1。

強度折減系數F=1.4時，邊坡的水平位移和塑性應變云圖如圖3，圖4所示。

表1 強度折減后的內摩擦角和內聚力值

圖3 F=1.4時邊坡水平位移云圖

圖4 F=1.4時邊坡塑性應變云圖

強度折減系數F=1.8和F=2.2時，邊坡的水平位移和塑性應變區進一步增大;強度折減系數F=2.6時，邊坡的水平位移和塑性應變云圖如圖5，圖6所示。

圖5 F=2.6時邊坡水平位移云圖

圖6 F=2.6時邊坡塑性應變云圖

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

3 結語

元壩10-3井場邊坡采取1∶0.3的放坡系數，在不采取任何支護措施的情況下，邊坡是安全的，工程完工超過一年沒有出現邊坡變形破壞，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，能夠較為快捷的判定邊坡的穩定性。

［1］ 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.

［2］ 趙尚毅，鄭穎人.用有限元強度折減法求邊坡穩定安全系數［J］.巖土工程學報，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］.巖土力學與工程學報，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