CN117892537A - 一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，包括建立基于管道允许附加应力的力学多级预警子模型；建立基于滑坡位移与管道允许附加应力的滑坡多级预警子模型；建立基于地下水位的滑坡稳定性子模型；联立所述力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型和滑坡稳定性子模型，建立三维预警模型。本发明提供一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，以解决现有技术中对于长输油气管道的滑坡风险预警存在客观性不足且模型较为片面的问题，实现从三个维度建立埋地油气管道三维预警模型，提高预警客观性和准确性的目的。

Description

一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法

技术领域

本发明涉及油气管道风险预警领域，具体涉及一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法。

背景技术

石油与天然气是维护社会稳定发展和保障人民正常生活的重要战略资源。管道作为油气输送的主要运输载体。长输油气管道往往不可避免的穿越地质条件复杂、干扰因素众多的自然环境区域，常常遭受地质灾害的侵扰，其中由于极端天气、工程作业以及地质活动等影响导致滑坡灾害增加，现已成为对管道运行威胁最频繁、最严重的地质灾害。而滑坡灾害具有突发性、危害性、致灾性，滑坡一旦发生，外部土体会对油气管道产生较大的推力，导致管道发生大变形、破裂甚至发生泄漏爆炸，破坏周围环境，甚至产生伤亡事故，给企业和国家造成巨大的经济损失，产生极其恶劣的社会影响。

管道从投产使用时就会伴随腐蚀缺陷的产生，且腐蚀缺陷产生的位置具有随机性，对管道承载力有不同影响。因此，滑坡与腐蚀缺陷管道的相互作用使得它们已经共同构成一个耦合、复杂的综合系统；对横穿滑坡的含腐蚀缺陷的油气管道进行安全预警预报，有助于管道安全与防护。然而现有技术中的对于长输油气管道的滑坡风险预警，大都从单维度方面考虑，还罕有综合多维度的预警技术出现，导致目前的预警思路较为片面、预警模型不够客观。

发明内容

本发明提供一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，以解决现有技术中对于长输油气管道的滑坡风险预警存在客观性不足且模型较为片面的问题，实现从三个维度建立埋地油气管道三维预警模型，提高预警客观性和准确性的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，包括：

建立基于管道允许附加应力的力学多级预警子模型；

建立基于滑坡位移与管道允许附加应力的滑坡多级预警子模型；

建立基于地下水位的滑坡稳定性子模型；

联立所述力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型和滑坡稳定性子模型，建立三维预警模型。

针对现有技术中对于长输油气管道的滑坡风险预警存在不够客观且模型较为片面的问题，本发明提出一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，本方法分别建立力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型、滑坡稳定性子模型，三个子模型分别从力学、滑坡位移与地下水位三个方面进行预警，输出对应的预警等级，再联立三个子模型的预警等级，得到最终所需的三维预警模型。

其中，力学多级预警子模型基于管道允许附加应力值来建立，管道允许附加应力可理解为管道允许增加的应力值，它可反应管道因滑坡产生应力变化而受到的威胁，其原理为：管道在穿越滑坡区域时，受到滑坡的下滑作用，将使油气管道产生弯曲，造成管道应力增大，随着滑坡的持续发育，滑坡地表移动变化增大，管道的变形也随之变大，则反映到管道的危险程度上，则表现为管道的应力增大，管道受到的威胁就越大；同时，管道在长期运行过程中不可避免的存在腐蚀缺陷，当存在腐蚀缺陷时，管道能承受的应力则会极大减小，所以本申请中的管道允许附加应力可结合管道的腐蚀缺陷来获取。

本方法综合考虑了力学多级预警、滑坡多级预警与滑坡稳定性预警，从三个维度对横穿滑坡的埋地油气管道进行了风险评估，实现了在滑坡作用下埋地油气管道的综合预警，克服了现有技术中的预警模型过于片面的不足，有利于提高预警准确性。

进一步的，建立基于管道允许附加应力的力学多级预警子模型的方法包括：

建立管道允许附加应力与管道许用应力、管道内压应力、管道温差应力、上部覆土应力和腐蚀缺陷应力的关系式；

以管道允许附加应力的A1％、B1％和C1％作为不同力学预警等级的临界点，得到力学多级预警子模型：

若σ_w≤A1％[σ_w]，则属于第一级力学预警；

若A1％[σ_w]<σ_w≤B1％[σ_w]，则属于第二级力学预警；

若B1％[σ_w]<σ_w≤C1％[σ_w]，则属于第三级力学预警；

若σ_w>C1％[σ_w]，则属于第四级力学预警；

其中，A1＜B1＜C1，σ_w为管道实际附加应力，[σ_w]为管道允许附加应力。

本方案基于管道许用应力、管道内压应力、管道温差应力、上部覆土应力和腐蚀缺陷应力来计算管道允许附加应力，并以管道允许附加应力不同百分比的数值作为设置的不同临界点，进而得到不同力学预警等级；根据管道实际附加应力处于哪一数值区间内，即可判断管道当前属于哪一级的力学预警等级，进而得到力学多级预警的结果。

其中力学预警等级从第一级至第四级，风险程度逐渐增大。

进一步的，管道允许附加应力与管道许用应力、管道内压应力、管道温差应力、上部覆土应力和腐蚀缺陷应力的关系式为：[σ_w]＝[σ]-σ₀-σ_T-σ_g-σ_f；

式中：[σ_w]为管道允许附加应力，[σ]为管道许用应力，σ₀为管道内压应力，σ_T为管道温差应力，σ_g为上部覆土应力，σ_f为腐蚀缺陷应力；其中，所述腐蚀缺陷应力通过如下公式计算：

式中：σ_f为腐蚀缺陷应力，E为管道弹性模量，x_c为腐蚀缺陷长度，x_s为腐蚀缺陷深度，l为管道壁厚，σ₀为管道内压应力。

本方案明确限定了管道允许附加应力的具体计算公式，并限定了腐蚀缺陷应力的计算公式。其中，腐蚀缺陷应力可理解为管道腐蚀导致的管道应力增加值；腐蚀缺陷长度是指腐蚀缺陷沿管道轴向方向的长度。

进一步的，建立基于滑坡位移与管道允许附加应力的滑坡多级预警子模型的方法包括：

建立滑坡累计位移S与管道应变监测时间t的关系曲线，以滑坡累计位移匀速变化阶段的速度作为基础速度v，用滑坡累计位移S除以所述基础速度v，将滑坡累计位移值转换为时间T的量纲，得到T-t关系曲线；基于T-t关系曲线的切线角确定滑坡位移切线角预警等级；

建立在滑坡作用下，土体位移与管道总应力的关系方程；以管道总应力分别等于管道允许附加应力的A1％、B1％和C1％时对应的土体位移作为临界点，确定土体位移预警等级；

联立所述滑坡位移切线角预警等级与所述土体位移预警等级，以最不利条件考虑，得到滑坡多级预警子模型。

将滑坡分为初始变形阶段、匀速变形阶段、和加速变形阶段，其中加速变形阶段又可细分为初加速阶段、中加速阶段和临滑阶段，每个阶段的变形速度是不同的，因此本方案引入滑坡位移改进切线角，将不同阶段的位移速度变化率作为判断滑坡发育阶段的识别标志。

本方案还将不同应力时的土体位移量作为预警预报的基础；对于埋地油气管道而言，其面临的滑坡类型一般为土质滑坡，且滑坡厚度不大，所以本申请确定土体位移预警等级的方法具有普适性，能够广泛适用于滑坡厚度不大的覆土浅层土质滑坡。

可以看出，本方案中通过滑坡位移确定滑坡位移切线角预警等级，通过管道允许附加应力确定土体位移预警等级，再结合滑坡位移切线角预警等级与土体位移预警等级，采用全新方法得到滑坡多级预警子模型，填补了现有技术的空白。

本领域技术人员应当理解，其中以最不利条件考虑，是指取滑坡位移切线角预警等级与土体位移预警等级中较高的预警等级，作为滑坡多级预警子模型的预警等级。

进一步的，确定滑坡位移切线角预警等级的方法包括：

若α≤A2°，则属于第一级切线角预警；

若A2°<α≤B2°，则属于第二级切线角预警；

若B2°<α≤C2°，则属于第三级切线角预警；

若α>C2°，则属于第四级切线角预警；

其中，A2＜B2＜C2，α为实际滑坡位移切线角。

本方案通过给定滑坡位移切线角的三个临界值，以此为依据划分滑坡位移切线角预警等级；根据实际滑坡位移切线角处于哪一数值区间内，即可判断管道所穿过的滑坡当前属于哪一级的切线角预警等级，进而得到滑坡位移切线角预警的结果。

进一步的，所述土体位移与管道总应力的关系方程为：

当滑坡宽度小于或等于30m时：

当滑坡宽度大于30m时：

其中：y为土体位移，σ为管道总应力，σ₀为管道内压应力，x为管道穿越滑坡区的长度，Ls为滑坡裂缝位置离管道的最大距离，E为管道弹性模量。

本方案以滑坡宽度30m为界，分别限定了两种不同情况下的滑坡宽度计算方法，为后续确定土体位移预警等级提供科学合理的依据。

进一步的，确定土体位移预警等级的方法包括：

若y₀≤y₁，则属于第一级土体位移预警；

若y₁<y₀≤y₂，则属于第二级土体位移预警；

若y₂<y₀≤y₃，则属于第三级土体位移预警；

若y₀>y₃，则属于第四级土体位移预警；

其中，y₀为土体实际位移，y₁为σ＝A1％[σ_w]时的y值，y₂为σ＝B1％[σ_w]时的y值，y₃为σ＝C1％[σ_w]时的y值。

本方案通过给定管道总应力的三个临界值，对应确定三个土体位移的临界值，并以此为依据划分土体位移预警等级；根据实际位移处于哪一数值区间内，即可判断管道所穿过的滑坡当前属于哪一级的土体位移预警等级，进而得到土体位移预警的结果。

其中，管道总应力的三个临界值根据管道允许附加应力的临界值进行确定，保证了本方法的一致性，确保了整个建模思路的连续性。

进一步的，建立基于地下水位的滑坡稳定性子模型的方法包括：

建立在地震作用下，单位斜坡体的抗滑力计算模型、单位斜坡体的下滑力计算模型；

基于抗滑力计算模型和下滑力计算模型，建立斜坡体稳定性系数模型；

基于所述斜坡体稳定性系数模型得到稳定性系数与地下水位的关系式；

根据稳定性系数的若干临界点计算地下水位的若干临界点，确定滑坡稳定性预警等级。

滑坡的发育和发生具有一些外界诱发因素，发明人在研究过程中发现，地下水是这类外界诱发因素中较为重要的一环，而现有技术罕有对其进行考虑。

地下水对滑坡稳定性的影响机理在于：斜坡体在自然条件下有一个确定的抗滑力，同时也有一个下滑动力，当抗滑力大于下滑力的时候，斜坡体处于稳定状态。但在地下水位过高时，地下水渗到斜坡体内部，岩土体物理力学状态改变，一旦地下水位深度高于潜在滑动面，水体即降低了滑坡的有效重度，又降低了滑面的强度指标，从而也使抗滑力减小，进而容易使斜坡体产生破坏，出现变形，最终诱发滑坡灾害。

基于此，本方案通过地下水位来确定滑坡稳定性的风险等级，进而确定滑坡稳定性预警等级，本方案考虑了抗滑力与地下水位之间的关系，通过稳定性系数与地下水位的关系式来确定地下水位的若干临界点，进而确定滑坡稳定性预警等级。

进一步的，所述单位斜坡体的抗滑力计算模型为：

所述单位斜坡体的下滑力计算模型为：T＝ρ_sgHsinθ+ρ_sHAcosθ；

所述斜坡体稳定性系数模型为：K＝R/T；

所述稳定性系数与地下水位的关系式为：

其中：R为单位斜坡体的抗滑力；T为单位斜坡的下滑力；K为稳定性系数；c为斜坡体的有效内凝聚力；ρ_s为斜坡体物质密度；ρ_w为水的密度；g为重力加速度；A为地震加速度；H为斜坡体的铅直厚度；h为地下水位高度；为斜坡体有效内摩擦角；θ为斜坡倾角。

进一步的，确定滑坡稳定性预警等级的方法包括：

若h₀≤h₁，则属于第一级滑坡稳定性预警；

若h₁<h₀≤h₂，则属于第二级滑坡稳定性预警；

若h₂<h₀≤h₃，则属于第三级滑坡稳定性预警；

若h₀>h₃，则属于第四级滑坡稳定性预警；

其中，h₀为实际地下水位高度，h₁为K＝A3时的h值，h₂为K＝B3时的h值，h₃为K＝C3时的h值；A3＞B3＞C3。

本方案通过给定稳定性系数的三个临界值，对应确定三个地下水位高度的临界值，并以此为依据划分地下水位预警等级；根据实际地下水位高度处于哪一数值区间内，即可判断管道所穿过的滑坡当前属于哪一级的地下水位预警等级，进而得到滑坡稳定性预警的结果。

进一步的，在所述三维预警模型中，所述力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型、滑坡稳定性子模型的优先级依次降低。

本方案以管道力学的多级预警结果为主，滑坡的多级预警结果次之，地下水导致的滑坡稳定性预警结果最后的顺序考虑三个子模型的优先级，并以此优先级顺序即可构建管道横穿滑坡的三维预警模型，形成了根据不同子模型预警结果的若干综合预警等级。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，综合考虑了力学多级预警、滑坡多级预警与滑坡稳定性预警，从三个维度对横穿滑坡的埋地油气管道进行了风险评估，实现了在滑坡作用下埋地油气管道的综合预警，克服了现有技术中的预警模型过于片面的不足，有利于提高预警准确性。

2、本发明一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，明确了基于管道允许附加应力进行力学多级预警的具体方式，并在其中考虑了腐蚀缺陷应力，更加提高了力学多级预警子模型的准确性。

3、本发明一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，明确了基于滑坡位移与管道允许附加应力进行滑坡多级预警的具体方式，通过滑坡位移确定滑坡位移切线角预警等级，通过管道允许附加应力确定土体位移预警等级，再结合滑坡位移切线角预警等级与土体位移预警等级，采用全新方法得到滑坡多级预警子模型，填补了现有技术的空白。

4、本发明一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，通过地下水位来确定滑坡稳定性的风险等级，进而确定滑坡稳定性预警等级，并将滑坡稳定性预警结果用于最终的三维预警，更加提高了预警准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的流程示意图；

图2为本发明具体实施例中T-t关系曲线的示意图；

图3为本发明具体实施例中土体位移切线角曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，包括：

一、建立基于管道允许附加应力的力学多级预警子模型：

1、建立管道允许附加应力与管道许用应力、管道内压应力、管道温差应力、上部覆土应力和腐蚀缺陷应力的关系式：[σ_w]＝[σ]-σ₀-σ_T-σ_g-σ_f；

式中：[σ_w]为管道允许附加应力，[σ]为管道许用应力，σ₀为管道内压应力，σ_T为管道温差应力，σ_g为上部覆土应力，σ_f为腐蚀缺陷应力；

其中，腐蚀缺陷应力通过如下公式计算：

式中：σ_f为腐蚀缺陷应力，E为管道弹性模量，x_c为腐蚀缺陷长度，x_s为腐蚀缺陷深度，l为管道壁厚，σ₀为管道内压应力。

2、以管道允许附加应力的A1％、B1％和C1％作为不同力学预警等级的临界点，得到力学多级预警子模型：

若σ_w≤A1％[σ_w]，则属于第一级力学预警；

若A1％[σ_w]<σ_w≤B1％[σ_w]，则属于第二级力学预警；

若B1％[σ_w]<σ_w≤C1％[σ_w]，则属于第三级力学预警；

若σ_w>C1％[σ_w]，则属于第四级力学预警；

其中，A1＜B1＜C1，σ_w为管道实际附加应力，[σ_w]为管道允许附加应力。

二、建立基于滑坡位移与管道允许附加应力的滑坡多级预警子模型：

1、建立滑坡累计位移S与管道应变监测时间t的关系曲线，以滑坡累计位移匀速变化阶段的速度作为基础速度v，用滑坡累计位移S除以所述基础速度v，将滑坡累计位移值转换为时间T的量纲，，得到T(i)为变换后与时间相同量纲的纵坐标值，得到T-t关系曲线，如图2所示；

基于T-t关系曲线的切线角确定滑坡位移切线角预警等级；具体为：

若α≤A2°，则属于第一级切线角预警；

若A2°<α≤B2°，则属于第二级切线角预警；

若B2°<α≤C2°，则属于第三级切线角预警；

若α>C2°，则属于第四级切线角预警；

其中，A2＜B2＜C2，α为实际滑坡位移切线角。

2、建立在滑坡作用下，土体位移与管道总应力的关系方程：

当滑坡宽度小于或等于30m时：

当滑坡宽度大于30m时：

其中：y为土体位移，σ为管道总应力，σ₀为管道内压应力，x为管道穿越滑坡区的长度，Ls为滑坡裂缝位置离管道的最大距离，E为管道弹性模量；

3、以管道总应力分别等于管道允许附加应力的A1％、B1％和C1％时对应的土体位移作为临界点，确定土体位移预警等级，具体为：

若y₀≤y₁，则属于第一级土体位移预警；

若y₁<y₀≤y₂，则属于第二级土体位移预警；

若y₂<y₀≤y₃，则属于第三级土体位移预警；

若y₀>y₃，则属于第四级土体位移预警；

其中，y₀为土体实际位移，y₁为σ＝A1％[σ_w]时的y值，y₂为σ＝B1％[σ_w]时的y值，y₃为σ＝C1％[σ_w]时的y值。

4、联立所述滑坡位移切线角预警等级与所述土体位移预警等级，以最不利条件考虑，得到滑坡多级预警子模型。

三、建立基于地下水位的滑坡稳定性子模型：

1、建立在地震作用下，单位斜坡体的抗滑力计算模型、单位斜坡体的下滑力计算模型：

单位斜坡体的抗滑力计算模型为：

单位斜坡体的下滑力计算模型为：T＝ρ_sgHsinθ+ρ_sHAcosθ。

2、基于抗滑力计算模型和下滑力计算模型，建立斜坡体稳定性系数模型：K＝R/T。

3、基于所述斜坡体稳定性系数模型得到稳定性系数与地下水位的关系式：

其中：R为单位斜坡体的抗滑力；T为单位斜坡的下滑力；K为稳定性系数；c为斜坡体的有效内凝聚力；ρ_s为斜坡体物质密度；ρ_w为水的密度；g为重力加速度；A为地震加速度；H为斜坡体的铅直厚度；h为地下水位高度；为斜坡体有效内摩擦角；θ为斜坡倾角。

4、根据稳定性系数的若干临界点计算地下水位的若干临界点，确定滑坡稳定性预警等级，具体为：

若h₀≤h₁，则属于第一级滑坡稳定性预警；

若h₁<h₀≤h₂，则属于第二级滑坡稳定性预警；

若h₂<h₀≤h₃，则属于第三级滑坡稳定性预警；

若h₀>h₃，则属于第四级滑坡稳定性预警；

其中，h₀为实际地下水位高度，h₁为K＝A3时的h值，h₂为K＝B3时的h值，h₃为K＝C3时的h值；A3＞B3＞C3。

四、最终，联立力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型和滑坡稳定性子模型，建立三维预警模型。

实施例2：

一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，在实施例1的基础上，本实施例中：

取A1＝30，B1＝60，C1＝90，建立的力学多级预警子模型为：

力学多级预警等级	绿色级	蓝色级	黄色级	红色级
					管道允许附加应力	σw≤30％[σw]	30％[σw]<σw≤60％[σw]	60％[σw]<σw≤90％[σw]	σw>90％[σw]

取A2＝45，B2＝80，C2＝85，建立的滑坡多级预警子模型为：

	绿色级	蓝色级	黄色级	红色级
					土体位移预警等级	y≤y1	y1<y≤y2	y2<y≤y3	y>y3
切线角预警等级	α≤45°	45°<α≤80°	80°<α≤85°	α>85°

取A3＝1.15，B3＝1.0，C3＝1.05，建立的滑坡稳定性子模型为：

滑坡稳定性预警等级	绿色级	蓝色级	黄色级	红色级
					地下水位高度	h0≤h1	h1<h0≤h2	h2<h0≤h3	h0>h3

本实施例联立上述三个子模型，建立了基于不同子指标等级的正常级、关注级、警示级和警报级的四级综合预警模型，如下表所示：

其中，以土体位移预警等级和切线角预警等级中预警等级更高的结果作为滑坡多级预警等级的结果。

本实施例以某长输天然气管道穿越的滑坡为例进行说明和验证：

该滑坡总体形态呈不完整“舌状”，海拔高度约1560～1600m左右，高差约40m，斜坡坡度整体约18°。滑坡后缘以斜坡后部裂缝上方为界，前缘以房屋后部为界，左右两侧以地形陡缓变化处为界。该滑坡纵长约100m，横向宽平均70m，滑坡体厚约3m，整体方量约1.5×104m³，属于小型牵引式土质滑坡。滑体物质组成为粉质黏土，滑面初步推断为基覆界面，场地地震动峰值加速度值为0.05g，对应的地震基本烈度为6度，地震动反应谱特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组。

长输天然气管从该滑坡中前部横向敷设，管道埋深2m左右，受影响管道长约80m。管线管材为X80，直径为1016mm，壁厚为18.2mm。现阶段该点共布设4处GNSS地表形变监测站，其中：2号和4号地表形变监测站位于滑坡主滑剖面上，2号监测站距离管道10m，4号监测站距离管道35m，1号和3号地表变相监测站位于滑坡中部主滑剖面两侧，距离管道均为18m，管道上安装三处管道应力监测设备。监测数据显示，截止数据获取时间，监测区地表最大形变量为43.91mm，位于2号监测点，变形速度为8.05mm/月，整体变化趋势平缓，处于蠕动变形阶段。

采用本实施例的模型对该管道及滑坡进行风险评价：

现场实测的管道应力监测值为43.44MPa，且管道应力变化非常平稳，切线角小于45°，即管道附加应力为43.44MPa，管道总应力为252.5+43.44＝295.94MPa，根据管道应力多级预警预报模型，管道允许附加应力属于绿色级范围。

根据地表位移监测设备监测得到的滑坡地表土体位移最大值为43.91mm，土体位移预警等级为蓝色级。换算得到的土体位移切线角如图3所示，在评价时切线角预警等级为绿色级。所以，滑坡多级预警达到蓝色级范围。

根据现场勘察资料，该滑坡的地下水位埋深为0.9-1.2m之间，滑坡体厚约3米，地下水位高度为1.8-2.1m之间，根据滑坡稳定性子模型，地下水位高度处于黄色级预警区间。

综上，现阶段该管道滑坡灾害三维预警等级达到关注级。

经实地勘察，现场局部出现滑移沉降，在滑坡前缘较为明显；坡体出现裂缝，表示该处滑坡灾害的确达到需要关注的程度。

上述案例证明，运用本申请方法所建立的三维预警模型，能预警埋地管道滑坡灾害的发生，为管道安全运营及时提供决策参考信息，减轻灾害影响，降低经济损失。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (10)

1.一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，包括：

建立基于管道允许附加应力的力学多级预警子模型；

建立基于滑坡位移与管道允许附加应力的滑坡多级预警子模型；

建立基于地下水位的滑坡稳定性子模型；

联立所述力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型和滑坡稳定性子模型，建立三维预警模型。

2.根据权利要求1所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，建立基于管道允许附加应力的力学多级预警子模型的方法包括：

建立管道允许附加应力与管道许用应力、管道内压应力、管道温差应力、上部覆土应力和腐蚀缺陷应力的关系式；

以管道允许附加应力的A1％、B1％和C1％作为不同力学预警等级的临界点，得到力学多级预警子模型：

若σ_w≤A1％[σ_w]，则属于第一级力学预警；

若A1％[σ_w]＜σ_w≤B1％[σ_w]，则属于第二级力学预警；

若B1％[σ_w]＜σ_w≤C1％[σ_w]，则属于第三级力学预警；

若σ_w＞C1％[σ_w]，则属于第四级力学预警；

其中，A1＜B1＜C1，σ_w为管道实际附加应力，[σ_w]为管道允许附加应力。

3.根据权利要求2所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，所述关系式为：[σ_w]＝[σ]-σ₀-σ_T-σ_g-σ_f；式中：[σ_w]为管道允许附加应力，[σ]为管道许用应力，σ₀为管道内压应力，σ_T为管道温差应力，σ_g为上部覆土应力，σ_f为腐蚀缺陷应力；其中，所述腐蚀缺陷应力通过如下公式计算：

式中：σ_f为腐蚀缺陷应力，E为管道弹性模量，x_c为腐蚀缺陷长度，x_s为腐蚀缺陷深度，l为管道壁厚，σ₀为管道内压应力。

4.根据权利要求2所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，建立基于滑坡位移与管道允许附加应力的滑坡多级预警子模型的方法包括：

建立滑坡累计位移S与管道应变监测时间t的关系曲线，以滑坡累计位移匀速变化阶段的速度作为基础速度v，用滑坡累计位移S除以所述基础速度v，将滑坡累计位移值转换为时间T的量纲，得到T-t关系曲线；基于T-t关系曲线的切线角确定滑坡位移切线角预警等级；

建立在滑坡作用下，土体位移与管道总应力的关系方程；以管道总应力分别等于管道允许附加应力的A1％、B1％和C1％时对应的土体位移作为临界点，确定土体位移预警等级；

联立所述滑坡位移切线角预警等级与所述土体位移预警等级，以最不利条件考虑，得到滑坡多级预警子模型。

5.根据权利要求4所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，确定滑坡位移切线角预警等级的方法包括：

若α≤A2°，则属于第一级切线角预警；

若A2°<α≤B2°，则属于第二级切线角预警；

若B2°<α≤C2°，则属于第三级切线角预警；

若α>C2°，则属于第四级切线角预警；

其中，A2＜B2＜C2，α为实际滑坡位移切线角。

6.根据权利要求4所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，所述土体位移与管道总应力的关系方程为：

当滑坡宽度小于或等于30m时：

当滑坡宽度大于30m时：

其中：y为土体位移，σ为管道总应力，σ₀为管道内压应力，x为管道穿越滑坡区的长度，Ls为滑坡裂缝位置离管道的最大距离，E为管道弹性模量；

确定土体位移预警等级的方法包括：

若y₀≤y₁，则属于第一级土体位移预警；

若y₁<y₀≤y₂，则属于第二级土体位移预警；

若y₂<y₀≤y₃，则属于第三级土体位移预警；

若y₀>y₃，则属于第四级土体位移预警；

其中，y₀为土体实际位移，y₁为σ＝A1％[σ_w]时的y值，y₂为σ＝B1％[σ_w]时的y值，y₃为σ＝C1％[σ_w]时的y值。

7.根据权利要求1所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，建立基于地下水位的滑坡稳定性子模型的方法包括：

建立在地震作用下，单位斜坡体的抗滑力计算模型、单位斜坡体的下滑力计算模型；

基于抗滑力计算模型和下滑力计算模型，建立斜坡体稳定性系数模型；

基于所述斜坡体稳定性系数模型得到稳定性系数与地下水位的关系式；

根据稳定性系数的若干临界点计算地下水位的若干临界点，确定滑坡稳定性预警等级。

8.根据权利要求7所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，所述单位斜坡体的抗滑力计算模型为：

所述单位斜坡体的下滑力计算模型为：T＝ρ_sgHsinθ+ρ_sHAcosθ；

所述斜坡体稳定性系数模型为：K＝R/T；

所述稳定性系数与地下水位的关系式为：

其中：R为单位斜坡体的抗滑力；T为单位斜坡的下滑力；K为稳定性系数；c为斜坡体的有效内凝聚力；ρ_s为斜坡体物质密度；ρ_w为水的密度；g为重力加速度；A为地震加速度；H为斜坡体的铅直厚度；h为地下水位高度；为斜坡体有效内摩擦角；θ为斜坡倾角。

9.根据权利要求7所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，确定滑坡稳定性预警等级的方法包括：

若h₀≤h₁，则属于第一级滑坡稳定性预警；

若h₁<h₀≤h₂，则属于第二级滑坡稳定性预警；

若h₂<h₀≤h₃，则属于第三级滑坡稳定性预警；

若h₀>h₃，则属于第四级滑坡稳定性预警；

其中，h₀为实际地下水位高度，h₁为K＝A3时的h值，h₂为K＝B3时的h值，h₃为K＝C3时的h值；A3＞B3＞C3。

10.根据权利要求1所述的一种横穿滑坡的埋地油气管道三维预警模型建立方法，其特征在于，在所述三维预警模型中，所述力学多级预警子模型、滑坡多级预警子模型、滑坡稳定性子模型的优先级依次降低。