滑坡时空演化规律及覆管力学响应研究

山体滑坡是威胁天然气管道安全运营的主要地质灾害,研究适应于滑坡演化规律及覆管力学响应状态的分析方法具有重要的工程意义。为此,首先采用坡体系统(阻滑段-下滑段)总势能平衡方程,即拉格朗日变分方程,并基于最小势能原理,获得坡体失稳滑移的临界条件——下滑段应变能释放量等于阻滑段破裂贯通所需要的应变能时,坡体即发生滑移,坡体内部储存的应变能转化为动能。一方面,根据滑动全过程中的岩土体颗粒与管道外壁接触关系,提出了滑坡两阶段的管道力学响应模式;另一方面,考虑岩土体颗粒的碎散度,分别构建岩质滑坡作用下管道的均匀受力模式及土质边坡管道的非均匀受力模式。鉴于此,从小尺度管土相互作用的力学响应出发,推导出岩质边坡与土质边坡滑动前后阶段的管道弹性部分受力表达式。最后,以川气东送EES244段天然气管道跨越滑坡为研究对象,建立了边坡系统总势能方程,分析出坡体的变形、失稳及滑移情况,计算出管道在不同滑动阶段的应力值,对管道的安全性进行了评价。同时,采用数值模拟的方法,从整体大尺度角度对全管段进行受力分析与安全性校核。结果表明:滑动区与未滑动区的交界面附近管道出现应力突变,滑动区内部应力小幅度增加,但整体处于安全稳定状态。因此,采用的小尺度理论计算与大尺度整体数值模拟的研究方法,对拟建管道前期设计、现役管道安全评价和后期管道维修等具有指导意义及实用价值。