某油气管道澜沧江跨越工程边坡稳定性分析

【摘要】在现场调查、工程地质分析基础上，本文采用三维数值模拟对某油气管道澜沧江跨越工程边坡稳定性进行了分析研究。结果表明，工程开挖后，施工平台及F1断层附近出现塑性破坏区，桩基开挖平台下游临江侧坡面岩体处于临塑状态，塑性区最大贯入深度约4m；在施工平台开挖形成的坡脚、桩顶及隧道锚的拱顶、洞底和侧壁出现微弱的应力集中；开挖形成的临空面出现一定量的回弹变形，最大值为4mm。对桩基和隧道锚施加工程荷载后，桩基及隧道锚均处于弹性状态，桩的外侧围岩中下部出现局部塑性剪切破坏。坡体总体稳定，局部塑性区应加强支护。

【关键词】工程边坡；数值模拟；稳定性分析

1、工程概况

该跨越工程位于大理市杉阳镇与保山市水寨乡交界处的澜沧江上，跨越采用单跨悬索跨越方案，主跨280m。跨越区山体高耸挺拔，地势险峻，河谷深切，加之地处著名的澜沧江断裂带附近，边坡岩体风化卸荷较为强烈，节理裂隙较为发育[1]，崩塌、滚石、滑坡等地质灾害较为发育，因此跨越工程的边坡稳定性成为关键一环。作者在现场调查、工程地质分析的基础上，采用三维数值模拟对边坡各种工况下的稳定性进行了分析。

2、边坡稳定性三维数值模拟

21 地质模型

大理岸计算模型左右边界距桥中线85m，模拟平面面积为170m×550m。大理岸地质模型有两条断层通过：F1产状为NW65°，NE∠80°，带宽4m；平坡断层产状为NW40°，NE∠60°，带宽45m。

22 网格模型

本次模拟采用的是三维笛卡尔坐标系，铅直向上定为坐标Z轴正方向，正北为Y轴正方向，正东为X轴正方向。为了消除模型的尺寸效应，底部边界设于890m高程。

大理岸有限差分模型共建有262917个单元，48775个节点，所模拟的山体为由微风化白云质灰岩、弱风化白云质灰岩、微风化泥晶灰岩及弱风化泥晶灰岩四种岩石组成的非均质体，见图1。

本文数值模拟中主要使用了节点速度约束条件[2]，约束模型四周及底部的节点速度值，坡面为自由边界。

3、三维数值模拟结果分析

3.1 开挖（工况1）条件下边坡稳定性

一般情况下开挖会对边坡稳定性产生较大影响，因此拟对施工平台、桩基及隧道锚开挖条件下边坡的应力、变形及塑性区等进行考查，从而对边坡的稳定性进行分析。坡体开外后，施工平台及F1断层附近出现塑性破坏区，桩基开挖平台下游临江侧坡面岩体处于临塑状态，塑性区最大贯入深度约4m；在施工平台开挖形成的坡脚、桩顶及隧道锚的拱顶、洞底和侧壁出现微弱的应力集中；开挖形成的临空面出现一定量的回弹变形，最大值为4mm。局部塑性区可能出现失稳破坏。

3.2 运行（工况2）条件下边坡稳定性

实际工程中每根桩顶承受341.5t压力，隧道锚承受496.7t的缆绳拉力。模拟中对每根桩顶施加0.88MPa的竖向压应力，对锚塞体洞口中心施加4870kN的拉力，拉力方向水平向上26°，荷载均为一次施加。

经数值分析，桩身最大压应力为2MPa，桩基荷载对围岩应力状态影响不大；两级施工平台间的坡面拉应力区范围有所增大，最大拉应力为0.35MPa。

选取下游侧桩基纵剖面的塑性区分布图进行分析。在桩基以及隧道锚上施加工程荷载后，桩基及隧道锚均处于弹性状态，仅桩的外侧围岩中下部出现局部塑性剪切破坏。

坡体施加工程荷载后，围岩的应力状态和位移变化

微弱，仅桩的外侧围岩中下部出现局部塑性剪切破坏。

3.3 结论

在现场调查、工程地质分析的基础上，通过三维数值模拟，对大理岸跨越工程所处高边坡在工程施工期间及试运行后的稳定性进行综合分析研究，取得了如下几点认识：

（1）工程开挖后变形主要集中在施工平台、F1断层附近的浅表部位，塑性破坏区最大贯入深度约为4m，需进行相应的支护措施。开挖后形成的应力集中较小，变形微弱，且影响范围相对较小。

（2）施加工程荷载后，仅桩的外侧围岩中下部出现局部塑性剪切破坏，桩基、隧道锚几乎不发生位移。

（3）大理岸工程边坡总体是稳定的，局部塑性区可能失稳，应加强支护。

参考文献：

[1] 张永双， 张加贵， 雷伟志， 等. 中国西南泛亚大通道环境工程地质问题概论[J]. 地学前缘， 2007， 14（6）： 24-30.

[2] 张倬元， 王士天， 王兰生. 工程地质分析原理[M]. 北京：地质出版社，1994.

作者简介：陈子扬（1988-），男，汉族，硕士，主要从事边坡稳定性评价与加固、地基基础设计方面的研究工作。