石油管道布设对黄土斜坡稳定性的影响研究

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作为促进国家经济发展步伐的重要能源,石油的安全运输尤为重要。本文通过对石油管道通过的黄土斜坡区进行降雨和位移等数据的现场监测,统计和分析数据后总结降雨和斜坡位移的重要关系,进而研究和评价石油管道布设方式和位置对斜坡稳定性的影响评价,从而可以帮助设计人员针对滑坡风险区采取相应的防治措施提供参考依据,从而有助于减少人员伤亡和财产损失。主要开展以下几方面分析和研究内容:(1)调研兰成渝管道黄土斜坡通过区域,针对该斜坡区域进行稳定性分析评价,统计和分析降雨量以及位移监测数据时间的关系,明确在持续降雨过程中,位移监测数据的时程变化情况,为之后的数值模拟分析研究奠定了数据分析基础。(2)针对不同含水量条件下黄土土样进行直剪试验,得出含水量与抗剪强度参数的关系函数,为数值模拟中的模型参数提供数据支撑。(3)结合监测降雨量统计数据和剪切试验得到的黄土强度参数,基于Geo Studio建立石油管道通过的黄土斜坡区模型,通过数值模拟分析斜坡稳定性。并结合位移监测结果验证降雨对斜坡稳定性的影响。(4)借助Geo Studio的SEEP/W模块和SLOPE/W模块耦合技术,研究和评价不同降雨工况下石油管道布设方式和位置对黄土斜坡稳定性的影响。结果表明:(1)该地区在7月~9月,降雨集中,降雨量大于蒸发量,自2020年8月13日发生大雨后,各监测点变化幅度开始明显。在2020年8月15日和2020年8月16日持续暴雨后,各监测点累计位移均发生剧增。之后随着降雨量逐渐减小,各监测点累计位移逐步趋于稳定。(2)随着含水量增加,土样的粘聚力和内摩擦角会逐渐减小。随着含水量增加,粘聚力前期变化较大,当含水量达到19%后,粘聚力下降速度减小;而内摩擦角前期变化较小,当含水量达到19%后,内摩擦角减小速度加快。(3)斜坡在重力作用下,基本处于稳定状态。在不同降雨工况下,斜坡的体积含水量始终是斜坡顶部的体积含水量小于坡中体积含水量小于斜坡脚部的体积含水量。坡脚的浅层土体,由于受到表层雨水的入渗、坡顶排水的汇聚以及地下水位的上升多重因素的影响,坡脚土体的体积含水量始终保持饱和含水率。降雨时间越长和降雨强度越大,雨水的入渗深度就越大。黄土含水量逐渐增大,粘聚力和内摩擦角逐渐减小,从而降低了黄土的抗剪强度,影响斜坡稳定性。模拟结果结合前面在此期间的位移变化监测数据,证实降雨对黄土斜坡稳定性影响较大。(4)布设石油管道后,未发生降雨时,斜坡各部分处于稳定状态;在降雨强度为1.2mm/min,持续降雨24h后,斜坡各部分都处于失稳状态;在降雨强度为0.22mm/min,持续降雨24h后,斜坡失稳,尤其中部和下部位置极不稳定;在降雨强度为0.0777mm/min,持续降雨24h后,斜坡上部与下部稳定,坡体整体处于稳定状态,斜坡中部滑坡风险性增大。(5)根据数值模拟结果,在坡体上部布设石油管道时,可以选择在坡体上部采用纵向布设方式布设;在坡体中部布设石油管道时,可以优先选择在中部靠下位置处采用纵向布设方式进行布设。
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