地下水封石油洞库水封准则研究

水封准则是地下水封石油洞库设计与运行管理的基础。为获取工程应用更加简便实用的地下水封石油洞库水封准则,基于裂隙水流动阻力效应的研究,建立了气压推动裂隙水迁移的油汽逃逸模型;根据裂隙水迁移启动的临界条件,推导了铅直裂隙和倾斜裂隙中裂隙水满足油汽封存的临界水封厚度计算公式,讨论了临界水封厚度条件下洞库的原油水封效果。利用气液两相流数值分析成果和工程实际监测成果,论证了提出基于临界水封厚度的地下水封石油洞库水封准则的正确性。     

基于微震监测的地下水封石油洞库施工期围岩稳定性分析

 采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：(1) 采用人工定点敲击试验对监测系统定位性能进行测试,确定研究区域岩体整体等效P波波速为5 200 m/s,传感器阵列范围内的震源定位误差小于8 m;(2) 监测区域岩体微破裂呈2个条带状聚集,一条位于水幕巷道6东侧,水幕巷道1和2范围,与水平面呈缓倾角。另一条位于储油洞室1北与1南范围2+40～2+60里程区域内,与该区域辉绿岩脉分布范围一致,说明微震监测系统可以查明判别岩脉等软弱结构面情况。这是由于大断面的储油洞室的强开挖卸荷,高能量的释放导致岩脉的“过度”损伤,从而诱发大量的微破裂。研究结果证明微震监测技术在地下水封石油洞库这种特殊岩体结构中应用的可行性,为后期大规模微震监测系统的构建与实施提供参考依据。     

水封式地下储气洞库的应用及研究

本文通过对水封式地下储气洞库应用发展的描述,指出利用地下洞室储存石油液化气ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）是当前乃至将来的大趋势,并对水封式地下储库的基本原理及设计作了较为详细的论述,对我国地下储气工程的修建及理论研究有一定的参考价值。     

地下水封洞库裂隙面涌水原因分析方法

水封作为洞库的关键技术,如何有效地对洞室开挖过程中揭露的比较大的裂隙面出水点及时进行封堵,减少地下水流失成为衡量水封效果好坏的重要指标。以在建某地下水封洞库施工巷道典型裂隙面出水为例,简要分析裂隙面出水的原因,避免涌水发生后盲目注浆带来的人力、物力的损失。     

大型地下水封石油洞库裂隙岩体各向异性渗透特性的分析和应用

依托黄岛地下水封石油洞库工程,研究裂隙岩体各项异性渗透特性。考虑裂隙结构面的粗糙情况,对单一平板裂隙渗流立方定律进行修正,并推导出对应的三维裂隙岩体渗透张量计算式。根据油库库区水文地质资料可知:基岩裂隙在空间上的分布具有明显的方向性,将库区地质结构分成五个区,计算各分区裂隙岩体的渗透张量。建立基于裂隙岩体各向异性渗透张量理论的三维地下水非稳定流数值模型,运用该模型模拟施工不同阶段库址区渗流场的变化。通过对模拟结果和观测资料的对比分析,表明采用该模型的模拟结果比较符合实际,可以预测开挖及运营期间渗流场的变化。     

海岛地下水封洞库围岩稳定性及水封可靠性研究

为提高我国的石油储备量及海岛资源利用率,在海岛环境建造地下水封油库成为了一种新的思路。海岛环境相比于内陆具有更好的水力条件,且可作为港口,便于油品运输。以某海岛地下水封油库为依托,基于流固耦合理论,采用有限元数值模拟方法对海岛环境建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行研究。结果表明:在海岛环境建造地下水封洞库围岩的应力和位移均较小,可以满足围岩稳定性要求;在不设置水幕系统情况下,开挖地下洞库会在洞库上方形成明显的降落漏斗,部分洞库顶部甚至发生疏干现象,无法满足水封可靠性要求;在设置水幕系统后,地下洞库上方可形成较大厚度的地下水覆盖层,可以满足水封可靠性要求。该成果对在海岛环境下建造地下水封洞库的研究具有借鉴意义。     

基于钻孔电视和声波测试的某地下水封洞库岩体质量初步评价

钻孔电视测试和声波测试作为定量或准定量的测试手段,可为岩体质量评价提供准确的数据,已被广泛应用于地下工程勘察中。在某拟建地下水封洞库选址勘察中,对拟选库址区布置的两个钻孔进行了钻孔电视测试和声波测试,获取了大量有效可视的钻孔岩芯定量数据和岩体波速数据。通过数理统计的方法对这些测试数据进行了分析,并运用改进的地下水封洞库岩体质量分级体系(UWCQ)对钻孔深部岩体质量进行了初步评价,评价结果可为洞库选址和后续设计提供重要决策依据。     

地下石油洞库水封性评价方法体系及应用

水封性评价是地下水封石油洞库建设的关键科学问题。围绕地下石油洞库水封性评价,提出了地下水封石油洞库水封性评价的水文地质概念模型,总结了水封性评价中地下水、岩体性质与地质环境和洞库工程特征3个方面基础数据,分析了三者之间关系;分析了经验法、数值分析法和试验法三大类评价方法的特点和对应的适用范围,提出了评价方法"三适应"选用原则:评价方法与建设阶段、评价目标和参数要求相适应,提出了水封性评价流程,分析了不同评价阶段所应采用评价方法和重点的评价内容;以具体工程为背景,介绍了评价方法体系的应用情况,并着重介绍了经验法、裂隙网络法和现场试验法在水封性评价中的使用情况。研究成果对提高地下水封石油洞库水封性评价水平具有重要参考价值。     

基于Citespace的我国地下水封洞库发展态势分析

随着我国经济的快速发展,石油消费需求激增以及国家战略储备需要,地下水封洞库的建设越来越受到国家的重视。基于CNKI中国期刊全文数据库和Citespace分析软件梳理分析了该领域发展态势和研究热点,结果表明：该领域经过四十多年的发展,我国地下水封洞库经历了初步探索阶段、发展成长阶段,正处于快速增长时期;研究作者众多且合作关系密切,已形成较紧密的合作体系;研究机构以院校、勘察设计单位和企业为主,但机构间合作较少。目前,地下水封洞库关键技术研究热点以数值模拟渗流场分布、涌水量预测、水封效果和围岩稳定评价为主。     

地下水封石油洞库施工风险评估与控制

以我国首个大型水封石洞油库为背景,评估了地下水封石油洞库施工风险,分析总结了施工风险评估方法和控制理论,并将其运用在洞库施工过程中,证明了该风险控制体系在工程实践中的有效性。     

块体理论在荒沟抽水蓄能电站地下厂房系统硐室群围岩稳定性分析中的应用

荒沟水电站地下硐室群开挖区围岩裂隙较发育,因此确定硐室群开挖面上可能产生的块体及其稳定性对工程施工意义重大。综合考虑荒沟水电站地下硐室群地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,对其围岩稳定性进行分析。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用可实现程序化的矢量分析法,依据其原理并结合地下硐室三维坐标体系,应用大型数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状、测点坐标等工程数据,依次分析各关键块体,得到其顶点坐标、体积、稳定系数等相关信息,再利用CAD展示关键块体在三维空间中的位置和几何形态,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导。     

应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究

通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出单裂隙在压剪荷载作用下，其机械开度和水力传导度的解析模型，并采用已有相关试验研究成果对解析模型进行验证。在此基础上，通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质，给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型，给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法，该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形，而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性、变形行为和水力传导度变化特征。通过数值算例，研究了裂隙岩体在力学加载及开挖条件下渗透特性的演化规律。     

盐岩地下储库气体泄漏量的计算方法

为分析评估盐岩储气库泄漏事故灾害,借鉴现有输气管道气体泄漏率计算模型和压力容器泄压模型,提出一种适合于盐岩储库气体泄漏量的计算方法,与典型试验对比验证所提出计算方法的有效性;并以金坛盐岩地下储库为例,分析得到泄漏孔径、运营压力、井管长度对气体泄漏率的如下影响规律：气体泄漏率随着注采井套管破裂孔径的增大而逐渐增大,随着盐岩储气库运营压力的增大而线性增加,并随着井管管长的增大而逐渐减小。另外,应用所提出的模型对盐岩储库的气体泄漏速率和泄漏质量随时间的变化进行评估。     

盐岩地下储气库群间距数值计算分析

 为确保储气库群的安全性及使用功能，各储存库之间应该保证有足够的距离。盐岩储库群地质条件及运行工况复杂，材料参数变异性强，随机特性对结构安全性影响较大。从稳定性和密闭性两方面出发，以莫尔–库仑准则和损伤扩容准则作为主要失效准则，建立两腔储库群数值计算模型，计算不同储库间距和运行内压下塑性区及损伤扩容区分布。采用响应面法，结合蒙特卡罗方法计算储库群腔周矿柱单元失效概率。结果表明，正常运行状态下，随储库间距减小，损伤扩容区范围明显增大，塑性区范围及腔周矿柱单元失效概率计算结果均明显增大，尤其在低压时更可能产生损伤连通区。对于运行过程中存在的注、采气不同步情况，随着储库间距的增大，压力差对腔周矿柱单元失效概率的影响逐渐减弱。根据稳定性和密闭性分析结果，建议储气库最小间距为2D。     

高应力硬岩地区岩体结构对地下洞室围岩稳定的控制效应研究

官地水电站地下厂房属典型的硬岩地区深埋大型地下洞室群,其重要特点是同时面临高地应力和结构面发育这2个不利条件,实测最大主应力为25～35 MPa,厂区无大的断层和软弱结构面,但错动带和裂隙十分发育。通过对地下洞室群施工过程中出现的围岩局部失稳破坏现象进行全面的分析整理,对三大洞室的岩体结构特征和围岩变形破坏模式进行系统的分析、比较和总结,从而对影响围岩稳定的两大控制因素——地应力和岩体结构对官地地下厂房洞室群围岩稳定的影响程度和方式进行分析和对比。研究表明,由于三大洞室围岩类别以II类为主,岩体结构以块状～次块状结构为主,围岩具有较高的力学强度和强度应力比,从而具有较强的抵抗应力破坏的能力;岩体结构对地下厂房围岩变形与稳定的控制作用较地应力则更为明显,地下洞室群开挖过程中出现的局部失稳或较大变形多与不利方位的结构面直接相关。三大洞室围岩岩体结构特征总体上的相似性非常明确,反映在三大洞室围岩的变形特征和破坏模式上具有很好的统一性。然而,三大洞室的岩体结构特征也存在一定的差异,导致岩体结构影响围岩稳定的方式和程度有所不同。结构面发育造成的另一个不利影响是为坚硬岩体在高地应力条件下产生卸荷时效变形提供了内部条件。因此,在强度应力比较高的硬岩地区,应充分重视岩体结构及其演化对围岩变形和稳定的控制效应。     

低温液化石油气和液化天然气储库及相关岩石力学研究进展

首先介绍低温液化石油气(LPG)和低温液化天然气(LNG)地下储库的建库技术,对目前低温LPG和低温LNG地下储库工程的现场试验和理论分析两方面进行总结;从中引出相关的冻岩力学问题,从4个方面综述目前研究现状：(1)岩石在低温下或冻融循环下的物理性状研究;(2)低温冻结或冻融循环对裂隙的作用研究;(3)水分迁移研究;(4)低温冻结岩体中三场耦合研究。由于实验室岩块和现场岩体的差异,探讨冰冻作用对岩块和岩体的差异及作用机制,对水分迁移及冻结岩体中温度场研究进行思考,最后对LPG,LNG地下储库工程的建设及稳定进行讨论。     

地下水封裸洞储存LPG耦合问题的变分原理及应用

基于地下水封裸洞储存石油液化气的原理，给出了相应于水封裸洞气机理的应力场、渗流场以及储气场耦合系统的变分原理，并建立了以结点位移和孔隙水压力为未知量的有限元列式。通过编程并应用于工程，证明了其合理性。     

大柳树水利枢纽坝区松动岩体的水力学特性

黄河大柳树水利枢纽坝区岩体大范围发生了松动,确定其水力学特性指标并进行渗流分析具有重要的现实意义。首先,根据坝区两岸众多平硐和过河平硐资料,统计出两岸和坝基岩体的优势节理裂隙组参数分布,采用等效连续介质渗流理论,求出两岸和坝基岩体的渗透系数张量;然后依据坝区左岸固结灌浆试验(包括压水试验)资料和过河平硐实测渗水量资料,对渗透系数张量进行修正;最后,进行3个重要断面的渗流分析。可以看出：坝区工程范围内岩体渗透性很强,渗透系数张量量级达10^-5～10^-4m/s;绕坝渗流量大,帷幕灌浆工程量大。     

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

 考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现：地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。     

裂隙岩体水力学特性研究

 基于裂隙中的水流运动规律,通过现场压水试验,研究裂隙岩体的渗透特性及其高压渗透特性,重点分析其水力学特性的应力相关性。试验研究表明,裂隙岩体的渗透性与应力赋存环境密切相关,且对应力十分敏感;裂隙岩体的应力环境、水力劈裂压力及裂隙充填情况不同,其高压渗透特性有较大差异。同时,通过总结前人的研究成果并结合数值试验分析,从裂隙岩体渗流的非连续性、非均质性、各向异性、优势水力特性及尺寸效应等多方位描述裂隙岩体的水力学特性,对其水力学特性及其成因进行综合评述。