南昆铁路岩溶洞穴预报技术

南昆铁路隧道地质条件复杂，岩溶等地质灾害严重，岩溶洞穴的预报是铁路建设中主要技术难题之一。为此，结合南昆铁路建设，开展了溶洞地貌预测方法和地下洞穴综合物探技术的试验研究，取得突出成果，为铁路的设计和施工提供了科学依据。     

兴文县溶洞特征、成因及演化研究

兴文县位于四川省东南部山地,县内拥有大量溶洞资源,结合兴文县溶洞资源调查与保护规划项目野外调查,对区内溶洞数量、规模、分布、形态、洞穴沉积物、地质背景、发育方向、分布高程等进行了统计和研究。该地区溶洞数量多,洞穴规模中等;溶洞空间分布与发育规模受地层与岩性控制;溶洞发育方向受构造影响明显,具体每个溶洞的发育方向主要受构造裂隙与岩石层面裂隙控制;区内中小型溶洞发育演化主要集中在沿节理裂隙的岩溶早期阶段和顺层岩溶作用的岩溶中期阶段,大型溶洞则表现为水平溶蚀与垂向溶蚀交替出现的岩溶中晚期阶段。     

塔河油田碳酸盐岩油藏古岩溶洞穴层状结构与形成机理

随着岩溶型碳酸盐岩油藏开发实践的不断深入,层状洞穴储层结构特征和流体同层连通特点逐渐被学者重视。层控岩溶结构、形成要素和过程等是本类油藏有效开发的关键。通过原始地层组构对比和野外溶洞特点,认为:塔河奥陶系岩溶层具较好的对比标志层和岩性差异,为层状岩溶洞穴发育奠定了物质基础;野外顺水平层理多层溶洞和受控于层理缝的管道型古暗河等地质现象,证实了层控岩溶普遍存在。在岩溶洞穴单井识别、连井测井对比、单井动态及地震波形特征的基础上,以典型溶洞带为例,识别出3个主要洞穴层,建立了全新的3层洞穴储集体地质结构剖面:第1层洞穴以砂砾岩充填为主要特点,第2层洞穴呈现洞穴规模大且泥质充填严重,第3层规模较小,主要发育于岩溶地貌高地。运用现代岩溶理论,探讨了层控岩溶的形成机制:碳酸盐岩原岩组构差异是岩溶作用的物质基础和主控因素之一;潜流带岩溶水(饱含CO₂)控制着岩溶洞穴的横向发育,岩溶古地貌控制同层洞穴的横向差异;平缓地层条件下的潜水面水位垂向带迁移控制洞穴的岩溶期次及层状结构。基于各岩溶要素认识,构建了层状岩溶储层发育模式。     

全充型复活溶洞—宜兴慕蠡洞洞穴发育特征

慕蠡洞洞穴是继宜兴善卷洞，张公洞，灵谷洞之后开发的又一个旅游洞穴，从该洞的洞穴发育分区，形成原因，岩溶现象以及溶洞堆积物质及其环境变化等特征分析，该洞为堆积物充填后重新活动的一个全充型复活溶洞（指全部被堆积物充填以后重新活动的溶洞），对它的研究不仅丰富和充实了洞穴学的内容，而且为这类溶洞地区寻找岩溶地下水具有重要的实际意义。     

岩溶路基溶洞顶板稳定性分析

可溶性碳酸盐岩类发生岩溶或岩溶现象是一种自然地质现象。我国的西南、华南地区地形地质条件复杂,岩溶地形分布相当广泛,给这些地区的公路建设带来许多困难。通过结构力学简化计算,半定量分析岩溶地区公路路基隐伏岩溶稳定性,得到稳定性和溶洞顶板、跨度、和覆盖层厚度之间的关系。并应用于乐广高速岩溶评价,能方便快速地分析溶洞顶板的稳定性。对我国岩溶地区的公路路基的稳定性分析评价,将具一定的借鉴和参考价值。     

基于岩溶洞穴旅游活动中洞穴环境因子的研究

随着人们生活水平的不断提高,岩溶洞穴旅游活动日益频繁,使得对洞穴环境的综合研究以及洞穴旅游管理变得尤为重要。通过调研国内外岩溶洞穴旅游管理的现状,结合岩溶洞穴环境的研究成果,综合分析岩溶洞穴环境因子,如温度、相对湿度、洞穴CO2浓度等,对岩溶景观的影响,探讨溶洞环境的自净能力以及景观保护与修复措施等问题;针对目前岩溶洞穴旅游开发的有限空间与无序客流的矛盾,提出了合理调控洞穴旅游客流量,增强洞穴旅游景观资源保护意识,从地学、旅游、环境以及健康等角度评估和开发洞穴,使旅游活动对环境因子的影响限制在可控范围,实现洞穴旅游的可持续发展。      

放射性探测岩溶的初步应用

几年来在广西都安裸露型岩溶地区,开展了岩溶发育规律,地下水资源评价及其开发利用的研究。同时进行了各种新方法探测地下岩溶洞穴、地下河的试验,用天然放射性探测试验就是其中的一种。 目前用天然放射性探测地下岩溶洞穴、地下河、构造破碎含水带,是一个新的课题。我们主要是研究其探测效果,野外工作方法及曲线解释等。在工作中     

轮古地区古岩溶成像测井响应特征及其对岩溶发育的指示作用

塔里木盆地轮古地区奥陶系碳酸盐岩储层受多期构造运动及古岩溶作用的叠加改造,该地区古岩溶作用形成的溶洞、裂缝等次生孔隙是主要的油气储集空间。因此古岩溶发育研究是碳酸盐储层评价极为重要的研究内容。文章在对轮古地区奥陶系碳酸盐岩储层大量成像测井资料处理基础上,主要通过对溶蚀裂缝、溶洞的成像测井响应特征进行分析,总结古岩溶标志的成像测井响应规律。高导缝在成像测井图像上表现为褐黑色正弦曲线,溶蚀缝表现为裂缝图像边缘不平直,未充填溶洞在图像上表现为暗色的团块分布,对于全充填洞,可在成像测井图中见到层理等沉积现象。溶蚀程度的差异可根据成像测井资料上解释的裂缝及溶洞中角砾的多寡来度量。轮古西井区,其大溶洞中角砾已溶蚀掉,部分溶洞充填泥砂,表明溶蚀程度很高;轮古中部各井溶洞中的角砾还比较大,单产状裂缝溶洞的规模比轮古西井区小,溶洞溶蚀程度较弱;轮古东井区未见单产状小溶洞,仅见大溶洞的雏形或只有交叉缝和溶蚀裂缝。对区域大量成像测井识别的洞穴数据统计结果表明轮古地区奥陶系洞穴型岩溶储层的分布主要受表层岩溶作用控制。      

溶洞顶板稳定性影响因素正交有限元法分析

随着岩溶地区兴建越来越多的公路工程,岩溶地基稳定问题已成为公路工程建设中的突出问题,其中又以溶洞的影响最为显著。采用正交弹塑性三维有限元法评价了各因素对溶洞顶板稳定性的影响程度(敏感度)。分析结果表明: 影响溶洞顶板稳定性的主要因素为顶板岩层厚度、岩体力学特性和溶洞宽度。      

浅谈江油地区岩溶塌陷形成机理及防治措施

四川省江油地区的岩溶分布较广,形成的地下洞穴,常造成地表建筑物塌陷、水库渗漏、交通损毁,对该地区厂矿建筑、水库坝体、交通线路等构成威胁。研究岩溶塌陷形成机理,对于岩溶塌陷的防治具有重要意义。     

大型地下储油洞粘弹性稳定性分析

在大型地下岩洞中储油是世界各国石油战略储备的重要方式之一。随着我国石油进口量的不断增加,建造大型地下储油洞库无疑是一种综合经济效益良好的方案。针对大型地下水封储油岩洞库的工程特点,利用数值模拟方法对储库洞群中各洞室的开挖施工顺序进行了仿真模拟计算。通过对3种可能的施工方案所引起的地表变形、洞周关键位置的变形以及应力场和位移场的分布规律对比分析,比选出了洞群中各洞室较优的开挖先后顺序。对筛选出的较优方案进行了施工过程与粘弹性稳定性分析模拟,给出了考虑岩体流变特性时油库的变形规律特点,并对大型地下油库的强度及长期稳定性进行了分析评价,所得结论对地下储油库的开挖施工有一定的参考价值。     

某大型地下洞室群围岩稳定性分类研究

根据地下洞室群的特点 ,选取岩体质量综合级别、块体状况、开挖位移及破坏区、岩爆烈度四因素为分类指标 ,建立了大型地下洞室群围岩稳定性分类体系。针对不同稳定性等级 ,提供了相应的开挖方式和支护处理建议。最后 ,运用该分类体系对某地下洞室群的主厂房进行了分析评价。     

变径洞室超前支护开挖模拟与分析

变径洞室开挖稳定性是地下工程重要的研究课题之一。尤其在围岩软弱的情况下,从小截面向大截面洞室开挖的过程中,会给施工带来很多安全方面的难题。通过有限差分数值分析方法研究了变径洞室的开挖稳定性,分析了拱部小导管超前注浆支护与非超前支护两种施工方法对工程的影响。计算结果表明,由小截面向大截面洞室开挖,不稳定性因素增加,超前小导管注浆支护能够显著提高围岩的稳定性,明显减少了洞室的变形和塑性区,避免了软弱围岩开挖中塌方现象的产生。研究成果对洞室施工具有指导意义。     

海岛环境下地下水封油库海水入侵数值模拟研究

海水入侵是影响海岛地下水封油库施工及运营安全的重要因素。海岛环境下建设地下水封油库,大规模的地下开挖将显著改变海岛天然地下水渗流场,海水入侵地下洞室一方面引发突水风险,另一方面海水中的氯离子将会对地下洞库结构设施造成侵蚀,影响地下油库的使用寿命。因此在海岛环境下建造地下水封油库,除了需要考虑水封可靠性与岩体稳定性外,还需要关注海水入侵等现象。科学设置水幕系统可以有效地减弱海水入侵风险,论文基于污染质运移相关理论,采用有限元数值模拟方法,以拟建浙江省舟山市某海岛大型地下水封油库为例,模拟了地下油库建造及运营期的海水入侵现象,研究表明:若不设置淡水水幕系统,开挖地下洞室会直接导致海水入侵;设置水平水幕后在确保水封可靠性的前提下,能在一定程度上减弱海水入侵;而设置垂直水幕系统则能较为明显地抑制海水入侵的发生。该成果为海岛环境下建造地下水封油库可能遇到的海水入侵问题研究提供了理论依据。     

变形稳定理论在盐岩储气库优化设计中的应用

为解决盐岩储气库洞室形状以及库群布置的优化设计问题,将变形加固理论发展和完善为变形稳定理论,把塑性余能与强度折减系数的K-ΔE关系曲线作为储气库群的整体稳定性判据。在变形稳定理论的基础上,对不同形状和布置方式的洞室的整体稳定性进行定量评价,优化分析了洞室形状以及库群的布置方式,进而获得最具安全稳定性的洞室形状和布置方式。研究结果表明,变形稳定理论为盐岩储气库洞室形状和洞群布置方式的优化设计提供了一套实用有效的分析理论和方法。     

铁路隧道工程勘察中高频大地电磁测深应用效果研究

铁路隧道周围一定范围内的岩溶洞穴及断层构造,都将对隧道施工产生安全隐患,本文阐述采用EH?4电导率成像系统的高频大地电磁法能够准确快速的探测一定深度范围内的溶洞、断层等地质构造,对施工区的地质构造和岩溶的赋存状态进行超前的宏观预测,并将野外的成功实例进行分析。     

Analysis of the behavior of large underground oil storage caverns in salt rock

The storage of petroleum products above ground surface has many constraints and limitations. A viable alternative is to excavate large underground spaces in rock to provide a safer way for oil storage. Soft rock formations such as salt domes provide suitable conditions from environmental and operational aspects. The potential for high volume storage and low permeability are among advantages of oil storage in caverns excavated in salt rocks. The complicated shape of oil storage caverns, complex behavior of salt rock, and boundary conditions associated with large underground openings are major challenges in the design of salt caverns excavated for oil storage purposes. In this study, the deformation mechanism and stability of salt caverns were investigated. A comprehensive 3D numerical study was carried out to investigate the effects of cavern size and depth, salt rock deformation modulus, and ground in‐situ stress regime on the behavior of large salt caverns. The stress field and deformation mechanisms were studied numerically aiming at shedding lights into the design aspects of salt caverns for oil storage. The analysis results show that the cavern safety factor is reduced as a function of cavern depth and storage volume. Also, with decrease in k (ratio of horizontal to vertical in‐situ stress), the stability of salt caverns will increase; however, with increase in salt rock young modulus, the sensitivity of cavern stability to k ratio is reduced. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

复杂断层网络环境下地下洞室群三维地质分析与应用

断层构造是制约地下工程设计与施工的关键因素。综合考虑复杂地质构造与地下洞室群结构的耦合关系,采用三维地质建模方法建立实现了地层体、断层体与地下洞室群结构的统一模型。基于三维模型提出了断层复杂度的概念,为水利水电工程地下厂房洞室群的选址方案分析提供了一种新的手段。针对地下围岩稳定性问题,提出基于断层与断层、断层与开挖面相互切割的曲面块体识别方法,搜索地下厂房洞室群内可能的失稳区域。上述方法已成功应用在某水电工程地下厂房洞室群分析中,在设计方案优化分析中取得了良好的效果。     

岩溶隧道顶板安全厚度的理论探讨与工程应用

在岩溶区隧道施工中,隧道顶部既有较大尺度溶洞引起的隧道顶板跨塌是威胁隧道施工的主要问题之一。从隧道施工引起的既有溶洞与隧道间岩层的受力,岩层力学性质和围岩水文地质条件变化出发,分析了隧道施工中影响岩层稳定的主要因素,在此基础上将隧道顶部既有较大尺度溶洞引起的隧道施工期顶板的破坏问题归结为两端简支或4边固支薄层岩板的失稳问题,建立了相应的力学分析模型。采用弹性板理论,对不同力学模型的受力状态进行分析,推导了建立在岩体抗拉和抗剪强度准则基础上的岩溶隧道顶板岩层最小安全厚度计算公式。采用该公式对武都水库导流洞既有溶洞影响下典型洞段隧道顶板稳定性进行分析,跟踪施工调查的顶板稳定情况性态验证了公式的适用性。     

Reliability assessment of ultimate limit state of twin caverns

Construction of a cavern in close proximity to an existing cavern modifies the state of stresses and movements in a zone around the existing cavern, as some degree of interaction between these two caverns generally takes place. This study investigates the interaction of two parallel caverns and the influence of such interaction on stress-induced global stability in terms of a global factor of safety. A series of finite difference analyses were performed to derive the global factor of safety of a system of two parallel and adjacent caverns. A mathematical response surface model was then built using the multivariate adaptive regression splines (MARS) approach and a series of charts based on this surrogate model were developed to relate the global factor of safety to the critical parameters. The built MARS model is of high accuracy and is simple to interpret and can be used to perform probabilistic assessment of ultimate limit state of twin caverns.