高温三轴盐岩溶解特性试验机研制及应用

 高温三轴条件下盐岩溶解特性的研究是盐岩油气地下储库安全快速建造和形状控制的基础。提出实现高温三轴盐岩溶解特性的试验方法,推导盐岩溶解速率的计算公式并进行误差分析。基于该方法,成功研制出高温三轴盐岩溶解特性试验机,该试验机最高试验温度95 ℃,三轴室最大轴力400 kN,围压30 MPa,能对直径50和100 mm的标准盐岩试样或长宽均为50 mm、高为100 mm的长方体盐岩试样进行高温三轴溶解特性试验。试验机可解决高温及三轴条件下溶解水流通过盐岩试样的关键技术问题和高温环境下的系列密封、加压稳压及仪器腐蚀等问题。最后,应用研制的试验机对一盐岩油气地下储库的盐样进行高温三轴溶解特性试验。试验结果表明：该试验机可以满足试验要求,试验过程稳定、数据精度较高、系统可靠性好。该试验机可用于盐岩水溶开采及利用地下盐穴储存石油、天然气和放射性核废料等地下工程的盐岩溶解特性研究,为盐穴的安全快速建造和形状控制提供必要的基础参数。     

石油战略储备的新领域--地下盐穴储库

油气资源储备是平抑油价、稳定供求关系、应对突发事件和保障国家社会经济安全的有效手段。建设地下盐穴储库、进行油气资源储备,在中国是开拓性的新的战略储备领域。介绍了采用水溶岩盐形成地下盐穴储库工程的特点,论述了利用地下岩盐构造的建库条件、建设盐穴储库设计方法和建库工程方面的关键技术。建设地下盐穴储库对于我国建设"西气东输"长距离输气管道系统的安全配套工程、开辟石油战略储备的新领域都具有实际参考价值。     

地下采空区合理利用综述

简述了合理利用地下采空场的重要性和紧迫性;全面论述了采空场的应用,包括贮存水、油、气、埋藏生活与工业垃圾、建立地下生活与工作空间以及埋设高放核废料等,对采空场的处理与利用有借鉴意义。     

地下采空区合理利用综述

简述了合理利用地下采空场的重要性和紧迫性；全面论述了采空场的应用，包括贮存水、油、气、埋藏生活与工业垃圾、建立地下生活与工作空间以及埋设高放核废料等，对采空场的处理与利用有借鉴意义。     

地下公共建筑的安全疏散设计探究

作为地下空间利用形式,地下公共建筑在各大中城市皆可见。因地下公共建筑人员密度高、火灾荷载大、封闭性强的特性,人员安全需要受到重视。设计好地下公共建筑安全疏散方案有备无患,十分关键。     

地下公共建筑的安全疏散设计探究

作为地下空间利用形式,地下公共建筑在各大中城市皆可见。因地下公共建筑人员密度高、火灾荷载大、封闭性强的特性,人员安全需要受到重视。设计好地下公共建筑安全疏散方案有备无患,十分关键。     

金坛盐穴天然气储库区地表变形PSI监测

 地面沉降监测对天然气地下储气库安全有效运行具有重要意义。由于盐穴空间分布和应力环境周期性改变的特点,盐穴储库区地面变形具有空间差异性和时间波动性。因而,利用监测时空密度较高的技术才能全面细致地反映盐穴储库区地面变形的时空特征。基于永久散射体雷达干涉测量(PSI)技术,利用PALSAR数据,对金坛盐穴天然气储库区在2007～2010年的地面变形进行监测。与地面GPS监测结果的对比表明,PSI监测在变形的总体趋势和非线性过程方面都具有较高精度,并且监测的空间范围更广、空间密度和时间密度更高。储库区地面变形显示明显的空间差异,沉降高值区与人类工程活动强烈的区域对应。同时,监测时间段内的储库区非线性变形过程可以被划分为3个沉降阶段和2个抬升阶段。但是因为相关资料的缺乏,这种沉降和抬升的交替现象是否与各时段的人类活动特征有关,还有待进一步研究。     

240 ℃内盐岩物理力学特性的实验研究

由于其有利的地质条件及优良的物理力学特性,盐岩被视为是核废料地质处置的理想场所。研究表明,核废料在地下埋置若干年后仍然具有很强的放射性,使得围岩温度升高。因此,为保证核废料地下处置的安全性,研究盐岩在一定温度条件下的物理力学特性十分重要。通过对无水芒硝盐岩试件在20℃～240℃不同温度下的超声波测试、单轴压缩实验、不同角度下的楔形剪切实验以及直接剪切实验研究发现,随温度的升高(1)盐岩试件的超声波速在降低,超声波速与温度的关系为v=3.38e-0.0032T;(2)盐岩的单轴抗压强度及轴向应变均在增大,而变形模量Eq则在降低,盐岩的塑性变形及应变软化的特征更趋于明显,经回归分析,得单轴抗压强度与温度的对数关系曲线sc=4.54ln(T)-3.04;(3)盐岩的粘聚力和内摩擦角均增大,尤其是内摩擦角增幅明显,在20℃,60℃及120℃时的强度曲线分别为t=6.11+stan22.5°,t=7.06+stan27.6°,t=7.09+stan33.9°;(4)盐岩的剪切强度增强,剪切峰值强度与温度呈线性关系tpeak=0.0097T+6.9609。     

不同腔形下盐岩储库区地表最大变形预计新方法

众多已有盐穴地下储库群地面沉降监测数据和灾变实例表明盐穴储库群地面变形预测与控制是保证储库长期安全稳性运营的关键问题之一。中国盐岩地层盐层薄、成层分布的特点加剧了库区地表发生沉陷的灾变程度,直接影响到中国盐穴地下能源储备的安全。采用 Gaussian 曲线表示沉降分布,结合腔体收敛函数,建立了一套有别于概率积分法的地表变形预测理论—传递函数法。在此基础上,结合中国盐岩地层特点,对比计算了相同体积下椭球形、梨形与圆柱形溶腔在发生腔体完全收敛时所导致的地表最大变形量,并利用迭加原理对不同腔群分布形式、不同腔体间距下库区地表最大沉降进行了比较。研究认为,当单腔发生完全收敛时椭圆形腔体造成的地面沉降量最小,圆柱形最大;而库群对比计算结果表明腔体中心间距的增加将导致最优腔形的变化,并非椭圆形腔体始终最优。研究成果为中国油气储库建设中库区地表变形预测、腔体形状和布局优化以及相关规范的制定等方面提供了理论依据。     

盐岩地下储库洞室收缩形变分析

盐岩类地下储库在运行过程中盐岩洞室内部压力从高到低、从低到高的循环变化,因此洞室周围的盐层会受到周围地层的压力和洞室内部压力的多重作用而产生应力变化,由于盐层在高压作用会产生塑性形变,而且,洞室内部的压力始终小于周围地层的压力,因此洞室周围盐层会产生指向洞室内部的位移而导致洞室收缩形变。洞室的收缩形变会导致洞室体积缩小,从而导致储库洞室库容的变化,降低洞室的运行效率。洞室的收缩形变与盐层蠕变规律有密切的联系,通过岩石力学测定,可以分析盐层蠕变特征进而建立盐岩蠕变的本构方程,利用本构方程,通过建立洞室三维模型,可以模拟不同运行状态下的洞室不同部位在不同运行阶段内盐层蠕变的大小,从而预测整个洞室的收缩形变规律。对盐岩洞室储库的运行模拟发现,洞室建成初期有一个短暂的快速收缩形变阶段,后期收缩形变速度较为平稳并有逐步减缓的趋势。因此在盐岩洞室储库运行的初期,必需密切注意洞室蠕变,制定合理的运行参数,确保洞室的安全高效运行。     

废弃盐穴地下储气库稳定性研究

国际上公认盐岩体是地下能源（石油、天然气）储存最理想的介质，作为储气库的盐岩溶腔，一般都是根据设计要求通过水溶开采形成。目前，国内外鲜见利用地下废弃盐岩溶腔作为天然气储气库的先例。通过对ABAQUS有限元的二次开发，对某废弃盐岩溶腔的储气库围岩和岩柱的蠕变变形规律及腔顶蠕变损伤区的范围进行数值模拟，并对废弃溶腔作为储气库时的工作压力和储库套管鞋高度设计作了有益的探讨，这对指导工程实践具有一定的指导意义。     

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。     

岩石应变软化模型在深埋隧洞数值分析中的应用

 随着地下洞室的大量兴建,且埋深越来越深,深埋地下洞室的开挖稳定性问题显得非常重要。针对深埋隧洞围岩特殊的力学特性表现,采用应变软化模型进行数值分析更为合适。首先,对深埋隧洞围岩力学特性和岩石应变软化模型进行简单分析,并且通过数值加载试验分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算得到岩石应力–应变关系之间的区别。然后,对简单圆形深埋隧洞进行数值分析,对比分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算结果之间的差别,分析主要针对围岩的变形、塑性区和安全系数。最后,采用应变软化模型对两家人水电站深埋地下洞室群进行计算分析,对该地下洞室群的开挖稳定性进行评价。计算结果表明,调压室主室两侧边墙和各洞室连接处的变形较大,较其他地方更危险,需要加强对调压室主室边墙和各洞室连接处的支护强度。     

盐穴造腔模拟与形态控制试验装置研制

 我国盐穴储库建库地质条件具有层状分布、含夹层多、埋藏深度差异大的特点,控制多夹层盐穴的造腔形态对盐穴储库的长期稳定性和安全运营至关重要。成功研制盐穴造腔模拟与形态控制试验装置,为在室内模拟、确定最优的盐穴造腔工艺和形态控制参数提供先进的试验手段。该装置根据相似原理设计、制造,由试验装置框架、多场耦合模拟系统、注采循环系统、注采动态参数测量控制系统和盐腔形态动态数据采集系统等组成,其中,试验装置框架为主体结构,采用模块化设计;多场耦合模拟系统可模拟地温和地应力;注采循环系统可模拟注采水和控制油垫;注采动态参数测量控制系统可实现内外管高度、探头高度和角度控制;盐腔形态动态数据采集系统能实现造腔过程可视化录像和形态实时测量。试验装置可进行多夹层盐岩在多场耦合条件下不同施工工艺和参数对盐穴造腔过程影响与形态发展可视化模拟。通过不同尺寸盐芯试件的造腔模拟试验,结合溶腔发展预测及注油估算程序,证明了该试验装置能较好地模拟多夹层盐穴造腔可视化过程,试验确定的盐穴造腔施工和形态控制参数可应用于现场工程。     

深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究

在深埋超大跨度地下洞室的开挖过程中,若支护方式和开挖方法不合理,易导致坍塌、大变形等失稳破坏现象,保证洞室的稳定性是施工过程中的核心任务,而现阶段国内外尚无明确标准对于地下洞室的稳定性定量分析,本文采用强度折减法对于深埋超大跨度洞室围岩稳定进行理论研究,得到了不同围岩等级下的安全系数,并对地下洞室破坏形态进行研究,为支护设计提供参考。     

盐岩储库流变损伤变形分析

盐岩是一种特殊的软岩,具有结构致密、孔隙度低、塑性变形能力大,非常低的渗透率、良好的蠕变行为和损伤自愈等特性,被国际上公认为是石油、天然气储备和放射性废物处置的理想场所。本文结合以往学者的研究成果,把损伤这个因素考虑进去,做了一些研究工作,得到一些成果、     

Application of heat transfer analysis for frozen food storage caverns

Supply of high quality preserved food products has always been very important. Storage of food in underground caverns is superior over food storage tanks constructed at surface from an energy conservation point of view. There are a lot of underground openings excavated in tuff used for the storage of fruits and vegetables at the Cappadocia Region of Turkey. However, there has not been any attempt to use these underground openings for deep frozen food storage and related heat transfer details. The main purpose of this work was to investigate underground food storage openings in the Cappadocia Region and their potential use for frozen food storage. Details of heat transfer around openings for various geometrics in three-dimensional have been modelled by using a finite element software package called MARC. For the sake of comparison, heat transfer details around a similar opening excavated in granite were also determined. A comparison of underground caverns excavated in tuff and granite with a surface deep freeze storage tank was also made by both taking construction and operational costs into account. Construction of an underground deep freeze storage cavern excavated in tuff would cost one half of a same size surface tank whereas, energy loss due to heat transfer is three times lower in the favour of underground storage cavern opened in tuff.     

节理岩体地下洞室稳定性的静动力响应分析

节理岩体地下洞室在地震作用下的安全响应是众多专家学者关注的问题之一,本文针对该问题采用三维离散元法研究节理地下洞室的稳定性,建立了一个含节理组的地下洞室模型进行分析研究。分别对洞室开挖后在常规荷载作用下的响应、洞室开挖后在地震荷载作用下的响应以及开挖支护后在地震荷载作用下的响应等三种工况进行模拟,得出了洞室在三种工况下的应力和位移变化情况。研究表明:地震对洞室的破坏非常大且时间短暂,支护后的洞室围岩能够使破坏时间延迟,在一定时间内增强了洞室围岩的抗震能力。本文的工作不仅对含节理的地下洞室开挖后的围岩变形和支护提供借鉴,而且对地下洞室和隧道的抗震设计具有指导意义。     

Latest technology of underground rock cavern excavation in Japan

Four major projects with large-scale rock underground caverns are discussed in this report; two hydropower stations, one underground oil storage facility and one underground museum in Japan. The technology applied to the construction of these caverns have some unique characteristics and can be applied to various other underground uses for different purposes and applied to larger-scale underground rock caverns with different geological and in situ stress conditions. Generally, construction of an underground cavern is comprised of five major activities: geological investigation; cavern stability analysis; initial rock support design; excavation works; and redesign of rock support according to the observational construction method. Weighted factors allocated among these factors should be established based on the rock properties and the purpose of the underground cavern use, which would define the major characteristics of the construction project. This report discusses some of major characteristics of these projects in Japan.     

遗传算法在洞群二次衬砌厚度优化中的应用

 因地形地貌及工程间的相互影响,高密度地下洞室群的出现概率逐渐增大,洞群各洞室与洞群整体稳定性的关系、洞群的主导破坏模式、合理规划设计各洞室支护措施强度以实现等强度设计理念等课题研究的需求越加迫切。基于有限元强度折减理论,依托重庆某一大型高密度地下洞室群,对比现行安全系数主要判定准则在洞群应用中的可行性及合理性;基于最小二乘法,利用二次多项式对各洞室安全系数与二衬厚度的隐含关系进行显示拟合,并通过遗传算法对二衬厚度进行优化。洞室间夹层围岩等次要部位的局部破坏对洞室乃至洞群的整体稳定性影响较小。并行洞室的主导破坏模式与两者间距、埋深等因数有关,主要分为3种破坏模式：埋深较浅且洞间间距较大,洞室拱顶塑性围岩破坏区向背离洞群中心的斜上方发展并贯通至地表,洞群破坏;当埋深较深且洞间间距较小,各洞室拱顶塑性围岩破坏区向靠近洞群中心的斜上方交汇贯通,洞群破坏;当洞间间距及埋深均处于两种破坏模式之间时,上述两种破坏模式共同导致洞群破坏。洞群主导破坏模式多样,洞室关键点位移随强度折减系数的变化曲线不一定有明显的突变点,此时宜结合塑性区分布及其发展历程共同确定洞室安全系数。基于最小二乘法的二次多项式对隐含关系显示表达,利用遗传算法对洞群各二衬厚度进行优化,既可达到一定的拟合精度也能得到较理想的优化结果。