大型地下石油洞库自然水封性应力-渗流耦合分析

根据地质条件,地下水封石油洞库可以选择自然水封或人工水封方式。以中国首个大型地下水封石油洞库为背景,开展了岩石三轴压缩试验和现场水文试验,获得了洞库围岩变形特征和渗透特性,采用应力-渗流耦合理论,分析了该地下石油洞库的自然水封性与稳定性。岩石三轴实验表明,岩体受剪作用下体积变化情况与剪胀性密不可分。现场水文试验表明,洞库渗透系数存在一定的不确定性。通过数值分析得出如下结论：自然水封条件下,洞库水位将不满足水封要求;地下水封洞库实现水封条件的水头受水力梯度和岩体渗透性影响;洞库施工期涌水量与渗透系数存在着分形关系;施工期各洞室拱顶沉降为19～32 mm,水平收敛为16～35 mm。研究成果为中国首个大型地下水封石油洞库工程建设提供了科学依据。     

基于离散介质流固耦合理论的地下石油洞库水封性和稳定性评价

 以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据施工巷道开挖过程中围岩变形和水位变化情况,对围岩参数进行反分析,获得较为可靠的洞库围岩参数。综合上述成果,分析地下石油洞库的水封性和稳定性特征。研究发现,在水幕压力为50 kPa条件下,该地下水封石油洞库稳定水位位于主洞室上方约60 m,且大于洞内储存介质的压力,满足洞库水封条件;洞库各主洞室位移为9～30 mm,达到洞室稳定相关控制标准;分析8#和9#主洞室边墙附近的水平应力、竖向应力、法向应力和切向应力的变化,并将其划分为3个区域,即松动区、扰动区和未扰动区,其中洞室松动区范围约为6 m。研究为大型地下石油洞库水封性和稳定性评价提供理论依据。     

基于非饱和流的地下水封洞库涌水量研究

地下水封洞库通过水压将储存在洞室内的介质密封,涌水量的动态变化制约着洞库的密封性能。通过对岩体孔隙和裂隙双重介质的渗流特征分析,将渗流的非饱和流特性引入到涌水量的计算过程中。推导得到岩体双重介质土水特征曲线公式,并将其引入到有限元计算过程中。通过赋予材料非饱和特性属性,在有限元每个计算时间步中重新计算渗透系数,来实现地下水封洞库开挖时水位变化过程,建立了动态涌水量的计算方法。另外,通过工程实例对该计算方法进行验证、结果表明涌水量随时间呈递减变化,拟合得到了涌水量与时间的函数关系。该计算方法对地下工程中涌水量的研究具有较强的指导意义。     

地下水封石油洞库渗水量预测与统计

渗水量规模与空间分布特征是地下水封石油洞库建设中的关键问题。以中国首个大型地下水封石油洞库项目为背景,采用经验公式、有限元法计算和现场实测等方法研究了该洞库渗水量规模和空间分布特征。在大量现场岩体渗透性试验基础上,获得了可靠的岩体渗透系数,采用经验公式和数值计算等方法对洞库渗水量规模和空间分布特征进行了预测。根据现场揭露的渗水形态,统计了洞库渗水量规模,获得了渗水量空间分布特征,调查了渗水部位地质特征,据此提出了渗水量控制标准和有针对性的工程注浆防渗对策。通过对比预测与统计结果,讨论了渗水量规模预测方法适用性和渗水量空间分布特征离散性等问题。研究成果为提高中国地下水封石油洞库建设水平提供了理论支持,并为复杂条件下地下工程渗流特性研究提供了工程实例。     

地下水封石油洞库施工期监控量测与稳定性分析

现场监控量测是确保大型地下工程建造和运营安全的重要手段。地下水封石油洞库在中国刚刚起步,不但缺少监测方案设计原则、实施方法等方面的规范标准,还缺少对相关监测数据分析方面的研究。以国内首个正在实施的大型地下水封石油洞库建设项目为依托,首先介绍了适用于大型地下水封石油洞库的监测原则与实施方法,该原则和方法充分考虑工程特征、地质情况和经济适用性;其次介绍了洞库监测结果:洞室大部分监测断面的洞周围岩收敛变形、拱顶沉降、内部位移和围岩松动圈分别处于4~8 mm、3~6 mm、4~8 mm和0.9~1.8 m区间范围内,锚杆应力和接触应力值大部分控制在50 MPa和0.5 MPa以内;而后分析了监测数据:1黄岛地下水封石油洞库围岩变形和支护受力较小、岩体稳定性良好、设计支护方案合理;2综合全面的监控量测结果可准确地反映地下水封石油洞库稳定性特征;3监测数据显示地下水封石油洞库稳定性表现出显著的时空演化特征。该研究可为中国地下水封石油洞库监测技术和稳定性评价研究提供重要依据。     

地下水封石油洞库施工期安全风险评估研究

地下水封石油洞库建设具有投资大、无成熟设计施工规范、不确定因素多等特点,建设过程中存在着一定安全风险,开展地下水封石油洞库施工期安全风险评估研究具有重要意义。针对地下水封石油洞库施工期安全风险,从洞库稳定性与水封性两个方面,开展了洞库施工期安全风险评估研究,结合中国首座大型地下水封石油洞库工程对研究结论进行了验证。研究中,开展了地下水封石油洞库风险因子识别,进行了风险因子重要性和引发功能失效概率调查;采用模糊数学方法获得了风险因子模糊权重集和模糊评价集,得到了风险因子影响程度排序;总结了某地下水封石油洞库建设中典型稳定性和水封性风险事故,分析了事故发生原因,并与上文所得风险因子影响程度进行了对比验证。研究结果不但为提高地下水封石油洞库风险管理水平提供支撑,而且还可丰富地下工程安全风险评估研究内容。     

地下石油洞库水幕设计原则与连通性判断方法研究

 地下水封石油洞库建设技术在我国刚刚起步,其水幕系统设计理念和方法还不成熟。结合我国首个大型地下水封石油洞库工程,研究水幕系统设计原则与连通性判断方法,分析水文地质条件对水封方式选用、水幕系统布置和水幕连通性测试的影响,并根据现场试验结果,研究水幕连通性判断方法,提出改进的连通性测试方法。通过研究发现,地下水封石油洞库水封方式的选择需充分考虑库区水文地质情况,而垂直水力梯度是判断洞库水封性的重要参数;人工水封方式中水幕孔应尽量垂直于结构面走向布置;水幕连通性判断可综合单孔注水试验与分区有效性试验结果进行,并考虑库区渗流场分布与变化规律对试验结果的影响;改进的水幕连通性测试方法适用于不同水文地质条件下水幕孔连通性测试。该研究成果可为地下水封石油洞库水幕设计提供重要依据,并为岩体渗流特性研究提供不可多得的工程实例。     

地下石油洞库水幕设计原则与连通性判断方法研究

地下水封石油洞库建设技术在我国刚刚起步,其水幕系统设计理念和方法还不成熟。结合我国首个大型地下水封石油洞库工程,研究水幕系统设计原则与连通性判断方法,分析水文地质条件对水封方式选用、水幕系统布置和水幕连通性测试的影响,并根据现场试验结果,研究水幕连通性判断方法,提出改进的连通性测试方法。通过研究发现,地下水封石油洞库水封方式的选择需充分考虑库区水文地质情况,而垂直水力梯度是判断洞库水封性的重要参数;人工水封方式中水幕孔应尽量垂直于结构面走向布置;水幕连通性判断可综合单孔注水试验与分区有效性试验结果进行,并考虑库区渗流场分布与变化规律对试验结果的影响;改进的水幕连通性测试方法适用于不同水文地质条件下水幕孔连通性测试。该研究成果可为地下水封石油洞库水幕设计提供重要依据,并为岩体渗流特性研究提供不可多得的工程实例。     

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。     

地下水封石油洞库安全监测技术初探

针对地下水封石油洞库变形场、应力场与渗流场复杂耦合结构及运行特点,列出了其对安全监测技术的特殊要求,并以地下洞室结构安全监测技术的发展历程为主线,从宏观角度提出了地下水封洞库安全监测的研究方法和主要技术路线,有助于推动地下水封洞库施工期和运行期的安全监测技术标准化建设。     

惠州地下水封油库三维非恒定渗流场研究

水封地下油库渗流场的分布是油库区地下水管理和油库运行方案的基本依据之一。为了解惠州水封地下油库区地下水在施工期和运行期的变化情况,应用三维非恒定流数值方法对复杂水文条件下的洞库区渗流场进行模拟,分析了不同初始地下水位条件对洞库区围岩渗流场的影响,探讨了施工期水幕系统不注水条件对油库运行的影响。研究表明:储油主洞开挖期间,水幕系统不注水将导致洞库围岩出现大范围的非饱和区,从而影响洞库多品种油品的储存。运行期水幕注水时的水封效果良好,洞库区围岩在进行灌浆处理后的涌水量较小。     

水封洞库建设中水文监测井水位变化的影响研究

结合烟台万华地下水封洞库水文监测井水位变化的工程实例,对水文监测井水位下降进行了分析研究,研究了对水文监测井地下水位变化的控制措施,并提出了一些地下水封洞库的建设建议。     

地下交通洞施工技术对湛江水封洞库施工的借鉴

1湛江地下水封洞库工程概况 湛江地下水封洞库地下部分为原油洞罐及其配套设施，包括原油洞罐（10个主洞室）、竖井（10个）、水封墙、水幕系统（8条水幕巷道）、施工巷道（3条主施工巷道、15条连接巷道）、监测设施（运行安全监测和储油水封控制监测1等。其中占工程主体的基本都是地下巷道及洞库的施工。由于溧阳抽水蓄能电站地下交通洞在施工原理上与地下水封洞库巷道与洞库基本相似，因此分析与了解其施工技术与结构原理，对湛江地下水封洞库的建设具有重大的指导和借鉴意义。     

黄岛地下水封洞库库区三维裂隙网络模拟

 低渗透性的裂隙岩体是地下水封石油洞库建库的最佳选址区,裂隙网络模拟技术是研究离散裂隙渗流的有效手段。以黄岛地下水封洞库库区渗透性研究为出发点,在地表裂隙调查与钻孔裂隙统计的基础上,运用离散裂隙模拟软件DFN对洞库区进行三维裂隙网络模拟,得出模拟区导水系数分布图以及ZK13钻孔连通性分布图,通过将模拟结果与野外试验结果对比,认为模拟结果合理可信。实例分析表明,模拟结果能较为深刻地揭示裂隙水渗流的本质,可为后续的洞库水封效果及涌水量评价提供参考。     

考虑流固耦合的地下储油洞库稳定性研究

应力场与渗流场耦合是影响水封式地下储油洞库群稳定性的重要因素之一。洞库群的开挖导致形成区域地下水降落漏斗,因此储库水封系统必须保证稳定的地下水位。以“黄岛地下水封洞库工程”的设计方案为模型,基于流固耦合分析理论,采用有限差分软件Flac3D进行数值模拟,主要分析了饱和水状态下,渗流场对洞库周围围岩应力、位移变形和孔隙水压力的影响,并确定合理的水封方案和最优的水封巷道高度。文中所得结论对实际地下洞库群的设计施工具有一定的参考价值。     

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。     

水封式地下储气洞库的应用及研究

通过对水封式地下储气洞库应用及发展的描述 ,指出利用地下洞室储存石油液化气LPG(LiquefiedPetroleumGas)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。     

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及发展的描述 ,指出利用地下洞室储存石油液化气 L PG(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     

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。     

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。