元坝气田边坡稳定性评价

刘善华石桃源

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳 618000; 2.酉阳县土家族苗族自治县矿产资源开发办公室，重庆 409800)

元坝气田边坡稳定性评价

刘善华1石桃源2

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳 618000; 2.酉阳县土家族苗族自治县矿产资源开发办公室，重庆 409800)

运用基于强度折减法的ANSYS软件分析了元坝10-3井道路边坡，得出在1∶0.3自然放坡条件下安全系数为2.6，经过一年的检验证实了边坡的稳定性，得出该方法是一种定量判定边坡稳定性的快捷可行的方法。

边坡，稳定性评价，强度折减法

0 引言

元坝气田地处四川广元、南充及巴中市境内，属于典型的山区地貌，受地形影响显著，井场选址困难，几乎都要涉及到边坡支挡问题，边坡是元坝地区工程建设中最常见的工程形式。

鉴于边坡问题是元坝气田井场建设遇到的主要地质灾害问题，针对该工程问题的防治尤为关键，“防”即边坡稳定性分析，找出一套针对现场的简捷快速的稳定性分析方法必要而迫切;“治”即边坡支挡措施，根据稳定性分析成果结合边坡治理等级选择合理而经济的支挡措施无疑会降低工程造价，节约成本，因此本文针对元坝气田进行边坡稳定性评价研究。

1 边坡稳定性评价方法

在元坝工区，井场/道路平整过程中通常采取挖填平衡处理技术，在挖填平衡过程中必然形成挖/填方边坡，并对原来自然边坡形成破坏，判定边坡的变形破坏模式以及提前判定边坡的稳定性情况，是边坡治理必须要解决的问题。

边坡是否稳定取决于边坡下滑推力Pi=Pi-1ψ+Kf·Ti-R1i大小及边坡稳定性系数Ks=抗滑力/下滑力［1］，准确求取边坡下滑推力从而获得边坡稳定性系数是治理边坡是否安全和经济的关键。

目前国内边坡稳定性分析的方法很多，大致可以分为两类:定性分析和定量分析方法，定量分析方法主要包括极限平衡分析法和数值分析等方法。极限平衡法是规范推荐的滑坡稳定性分析计算方法，由于其具有模型简单、计算公式简单等优点而被广泛应用。随着计算机技术的发展，很多数值分析也开始应用于边坡稳定性分析，如有限元强度折减法等。有限元法计算软件很多，但是基于强度折减法［2］计算边坡的稳定性问题，主要使用ANSYS软件来模拟。

2 元坝气田边坡稳定性分析

对于像边坡这样纵向很长的实体，计算模型可以简化为平面应变问题。假定边坡所承受的外力不随Z轴变化，位移和应变都发生在自身平面内。对于边坡变形和稳定性分析，这种平面假设是合理的。实测经验表明，边坡的影响范围在2倍坡高范围［3］。因此本文计算区域为边坡体横向延伸2倍坡高，纵向延伸3倍坡高。两侧边界水平位移为0，下侧边界竖向位移为0。

元坝10-3井道路边坡为高度6 m的粉质粘土边坡(见图1)，开挖坡比为1∶0.3，由于没有道路的勘察资料，类比井场的勘察资料结合岩土工程勘察手册，确定该粉质粘土边坡的密度为2 000 kg/m3，弹性模量为5 MPa，内聚力为40 kPa，内摩擦角为17.1°，泊松比为0.36。

根据边坡的规模，考虑边坡的影响范围，建立有限元分析模型(见图2)，边坡高度为6 m，边坡上下边缘的横向长度为15 m，纵向延伸长度为15 m。两侧边界水平位移为0，下侧边界竖向位移为0。

图1 元坝10-3井场道路边坡

图2 元坝10-3井场粉质粘土边坡有限元分析模型

模型建立好以后，对所建立的模型赋予参数，根据类比所得到的边坡参数赋给有限元模型。进行边坡稳定性分析计算时，采用强度折减法来实现。首先选取初始折减系数F，然后对边坡土体材料强度系数进行折减，折减后内聚力以及摩擦角见表1。

强度折减系数F=1.4时，边坡的水平位移和塑性应变云图如图3，图4所示。

表1 强度折减后的内摩擦角和内聚力值

图3 F=1.4时边坡水平位移云图

图4 F=1.4时边坡塑性应变云图

强度折减系数F=1.8和F=2.2时，边坡的水平位移和塑性应变区进一步增大;强度折减系数F=2.6时，边坡的水平位移和塑性应变云图如图5，图6所示。

图5 F=2.6时边坡水平位移云图

图6 F=2.6时边坡塑性应变云图

从图6可以看出，当F=2.6时，塑性变形区已经从坡底贯通到坡顶，说明此时边坡已经破坏，而此时边坡的强度折减系数就是边坡的临界安全系数。

3 结语

元坝10-3井场边坡采取1∶0.3的放坡系数，在不采取任何支护措施的情况下，边坡是安全的，工程完工超过一年没有出现边坡变形破坏，因此，基于强度折减法的ANSYS软件能够直观且较为可靠模拟边坡的实际情况，计算出边坡的安全系数，能够较为快捷的判定边坡的稳定性。

［1］ 陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法、程序［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.

［2］ 赵尚毅，郑颖人.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数［J］.岩土工程学报，2002，24(3):343-346.

［3］ 曹兴松，周德培.边坡开挖影响范围和潜在滑面的研究［J］.岩土力学与工程学报，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

刘善华(1980-)，男，高级工程师; 石桃源(1980-)，男，工程师