裂隙随机分布条件下地下石油洞库水封性评价

以国内首个大型地下水封石油洞库工程为背景,在考虑洞库围岩节理裂隙的随机分布特征基础上,采用离散介质 流-固耦合理论对大型地下石油洞库水封性进行了评价。介绍了地下水封储油洞室水封原理与水封准则。通过室内结构面剪切试验获得了结构面参数,采用Barton-Bandis剪胀模型对结构面参数进行了校验。根据库区节理裂隙统计结果,建立了洞库围岩的随机节理裂隙网络模型。分析了不同水幕压力条件下洞室开挖后地下水压力分布情况、涌水量大小和洞库围岩变形与受力情况。分析表明：在水幕压力大于或等于75 kPa的条件下,洞室周围地下水压力满足水封准则;在水幕压力为75 kPa条件下各洞室涌水量在0.003~0.015 m3/d之间,拱顶沉降量在16~32 mm之间。研究结果可为地下水封石油洞库水幕系统设计提供依据。     

液化石油气地下洞库围岩稳定性分析——以山东某地实际工程为例

地下储存液化石油气是各类地下工程中较复杂的一类工程。洞库围岩稳定性是工程成败的关键因素之一。洞库围岩稳定性一方面取决于洞库周边围岩应力集中的情况,另一方面取决于岩体强度和变形特征,其核心问题在于岩体完整性。可采用多参数综合分类法评价洞库围岩的稳定性,并用数值模拟分析液化石油气地下洞库拟开挖断面的应力场和位移场。定性分析及模拟验算表明:洞库围岩整体强度与抗变形能力均能满足稳定要求。      

基于粗糙集和理想点法的隧道围岩分类研究

理想点法是一种多目标决策分析法,其基本思路是通过构造多指标问题的理想解和反理想解,并以靠近理想解和远离反理想解的程度作为各评价对象的判断依据,基于此原理建立了隧道围岩分类的理想点法评价模型。理想点法各指标权重的取值是否合理对最终的评判结果有着很大的影响,采用粗糙集理论把权重问题转化为粗糙集中属性重要性评价问题,以此来确定各指标权重。该方法不需先知经验,求解过程完全由实际样本驱动,具有很强的可操作性。建立了基于粗糙集和理想点法的隧道围岩分类模型,并应用于实际工程,结果表明,该方法的分类结果与实际相符,基于粗糙集和理想点法为隧洞围岩分类提供了一种新思路     

增量位移反分析方法在拉西瓦地下厂房中的应用

由于位移量测具有方便、准确和经济的特点,因而位移反分析法在地下工程领域获得了广泛的应用。以拉西瓦地下厂房的开挖过程为实际工程背景,应用从奥地利引进的大型岩土工程数值仿真分析系统FINAL为平台,建立了模拟分层开挖的有限元模型。采用主厂房第3层开挖前后洞壁围岩关键点的增量位移对厂区初始地应力场及围岩弹性模量进行了反演,最后利用反演结果对后续开挖过程中围岩的稳定性进行了预测。反分析所得增量位移与实测值符合较好,表明了这种方法的可行性。     

边坡稳定性预测的粗糙集-距离判别模型及其应用

为克服马氏距离判别模型无法考虑指标权重的不足,引入粗糙集理论,通过分析评判方法对评价对象的支持度和重要性计算得到权重系数。将权重系数嵌入距离判别模型,构建了边坡稳定性预测的加权距离判别模型。根据边坡失稳破坏特点,选取合理的判别因子,以大量工程实例样本作为原始数据和训练样本,建立了边坡稳定性评价预测的粗糙集-距离判别模型。将边坡稳定性评价预测的粗糙集-距离判别模型评价预测结果与马氏距离判别法、支持向量机理论、Bayes判别分析等方法得到的预测结果进行了对比分析,验证了粗糙集-距离判别模型的有效性。将建立的粗糙集-距离判别模型应用于黄河中游地区某大型水利枢纽库区边坡工程,预测结果与实际情况吻合。研究结果表明,粗糙集-距离判别模型具有权重分析合理、预测准确性高等优点,是进行边坡稳定性分析预测的一种新的有效途径。     

含软弱夹层岩体质量评价研究

工程岩体质量评价实质就是应用工程地质类比法进行围岩稳定性评价。BQ分类作为国标,具有普适性。针对含软弱夹层岩体的力学特性,探讨了如何以BQ分类为基础,经过适当修正以建立合适的围岩质量评价体系。结合西南某大型水电站地下厂房区围岩岩体结构特征,进行了洞室围岩质量评价,其结果与RMR分类系统判别结果基本一致。     

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。     

基于权重反分析方法的加权距离判别法及应用

距离判别分析法在应用过程中常将各评价指标的重要性视为一致,实际上各指标重要性是不同的,故需对各指标进行加权处理。权重的合理取值对最终的评判结果有着很大的影响,目前尽管确定权重的方法有很多,但都有其不足之处。鉴于此,在马氏距离的基础上,推导了加权马氏距离的求解公式,并采用一对多的分类方法建立了多总体加权马氏距离判别准则。在确定各指标权重时采用了基于优化理论权重反分析的新思路,把直接给权重问题转化为通过实际工程样本反求各影响因素权重问题,该方法不需先知经验,求解过程完全由实际样本驱动,具有很强的可操作性。将改进后的加权距离判别分析方法应用于实际工程中的围岩分类问题,结果表明,该方法的判别结果是可靠的。距离加权的方法完善了距离判别分析法理论,权重反分析方法是一种通用方法,可用于任何求解权重的问题,为权重的求解提供了一种新思路。     

增量位移反分析在水电地下洞室工程中的应用

反分析是确定计算模型参数的有效方法.通常多采用量测所得全量位移进行反演计算.但地下工程中许多量测数据为增量位移,且实际施工过程可以通过建立分步开挖的有限元模型来模拟.据此,结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖,建立了模拟动态施工的有限元模型,利用某一开挖步施工前后量测值之差,采用增量位移优化反分析方法对洞室附近初始地应力场及围岩弹性模量进行了反演.计算所得增量位移与实测值符合较好,表明了这种方法的可行性.同时,根据分析结果对该方法进行了评价.     

大型地下水封石油洞库施工过程力学特性研究

施工过程对地下工程岩土力学性质具有重要影响。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为背景,运用流-固耦合理论,研究了不同排水条件下大型地下水封石油洞库的施工过程力学特征。研究表明排水条件和开挖顺序对洞库渗流场和稳定性具有重要影响。排水条件下洞库围岩孔隙水压力小于不排水条件下,而同在排水条件下不同开挖顺序洞库孔隙水压力时空分布和涌水量也不相同。排水条件下洞壁围岩松动区范围远小于不排水条件下范围,但两种条件下应力场时空分布规律均与开挖顺序密切相关。排水条件下洞库围岩水平收敛小于拱顶沉降,而不排水条件下洞库围岩水平收敛大于拱顶沉降。在相同排水条件下围岩变形与开挖顺序有关。研究成果不但可以为大型地下水封石油洞库建设提供依据,还可丰富施工过程力学理论内涵。     

一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究

我国的盐岩层具有盐层薄、夹层多等特点,相对于大型能源地下储备库而言,层状盐岩围岩可视为交互层状介质,其工程力学特性研究是储备库稳定性评价的基础。因此,制备层状岩体模型材料并开展层状盐岩物理模拟试验是非常必要的。为此研发了一种厚度比及各岩层力学特性可调的交互层状岩体模型材料制备方法：首先设计一种薄层切割装置,对预制好的两种力学特性迥异的均质模型材料块体进行切片,再利用一种模型材料软薄层吸附平移装置将得到的两类薄层交互叠加,经过修葺、预压和养护,获得交互层状模型材料块体,最后钻孔取样获取具有不同倾角和厚度比的交互层状岩体模型材料试样。初步试验研究了厚度比、倾角等对交互层状岩体力学特性的影响,结果表明,通过该方法获得的模型材料可以较好的模拟层状岩体特性,为系统开展层状盐岩体物理模拟试验打下良好基础。     

考虑空间效应的地下洞室爆破开挖松动区参数场位移反分析

将地下洞室爆破开挖松动区视为一个随开挖过程演变的非均匀、非稳定三维扰动场,松动区内岩体力学参数则是一个具有时空演化特性的参数场。考虑爆破开挖扰动空间效应和岩体真实变形响应,提出了真实工作状态下开挖松动区岩体参数场辨识的位移反分析方法。基于局部监测变形空间插补得到的空间位移场,通过分析洞室爆破开挖围岩变形扰动机制,建立了开挖松动区岩体变形模量参数场数值演化模型,并进行了模型适用性和参数敏感性分析。在此基础上,以变形模量参数为例,结合围岩实测位移信息,提出了开挖松动区参数场位移反分析的动态实现过程。将该方法应用于溪洛渡地下洞室群施工期参数场反演和围岩稳定动态反馈评价及预测,结果表明,该方法合理有效,在大型地下洞群施工开挖与快速监测反馈方面具有显著的工程适用性及实用性。     

层状盐岩中储备库油气渗漏风险的故障树分析

油气渗漏是盐岩地下储备库事故的重要类型之一,具有突发性强、损失难以估计的特点。针对国内层状盐岩中储备库运营过程中的油气渗漏风险进行分析,揭示了油气渗漏事故的发生机制并建立了相应的故障树模型。通过对该模型的分析,找出了事故发生的各基本致因事件和故障模式,并得出适用于典型层状盐岩储备库油气渗漏事故的发生概率公式。分析结果表明,国内层状盐岩中储备库发生油气渗漏事故的可能故障模式有28种,且发生条件易于满足而难于防范,因此事故发生的可能性较大;按照各基本事件结构重要度的计算结果,盐岩强度低、盐岩蠕变过量、附近有断层、地震、造腔参数控制不当、非均匀地应力、人为操作失误等是层状盐岩中储备库油气渗漏事故的主要致因事件,并据此提出有效措施防止事故发生;通过专家调查法和故障树法的综合分析得出,金坛盐矿5口老腔储库在近10年的运营期内发生油气渗漏事故的概率为0.703%,属于偶发性事故。     

城市地下空间开发利用的地质安全评价内容与方法

城市地下空间地质安全评价是地下空间资源开发利用的基础,但尚未见针对其评价原理、内容和方法进行的系统研究。文章以主要服务于控制性详细规划和修建性详细规划为目标,提出了城市地下空间开发利用地质安全评价三方面的内容:（1）地下空间自身稳定性评价,分浅埋、深埋硐室对围岩稳定性计算方法进行了评价,在修正的芬纳公式的基础上提出了以硐室围岩表面刚好达到剪切塑性极限为临界条件的围岩稳定性计算方法;同时通过构建地质模型,模拟不同工况下硐室稳定性,获取大量样本数据,利用神经网络方法分析建立求解器,从而建立地下空间自身稳定性的快速评价系统。（2）城市地下空间开发引起的邻近工程稳定性影响评价,从地下空间开发对地面工程的影响以及地下工程之间相互影响两方面梳理了评价的内容。（3）后建地面工程对地下工程稳定性的影响评价,提出了通过原位监测、数值分析及工程类比等方法对后建地面工程对地下工程稳定性的影响进行评价。     

地下水封石油洞库施工期围岩完整性参数敏感性分析

地下水封石油洞库是利用饱水岩体密封性进行石油储存的方式,保持围岩完整性对地下水封石油洞库建造具有至关重要的作用。以我国首个在建的大型不衬砌地下水封石油储备库建设项目为背景,运用弹塑性理论,在室内岩石三轴试验基础上,研究了花岗岩地层大型不衬砌地下水封石油洞库围岩完整性参数的敏感性。研究表明：采用剪胀起始点作为岩体屈服点,可进行围岩完整性分析;洞库围岩松动范围和程度对摩擦角的敏感性大于对剪胀角的敏感性;洞室中墙应力分布变化对摩擦角的敏感性大于对剪胀角的敏感性;拱顶沉降对摩擦角的敏感性要大于对剪胀角的敏感性,水平收敛对摩擦角和剪胀角均具有较强的敏感性。研究成果对地下石油洞库围岩完整性评价以及水封系统设计提供了重要依据     

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.     

基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析

准确预测洞室涌水量和库区渗流场的空间分布特征是确保地下水封油库施工期安全性和运行期经济性的基础性工作之一。为真实地反映地下水封油库围岩随机分布裂隙的渗流效应对涌水量预测和渗流场空间分布特性的影响,提出了一种基于嵌入裂隙单元模型（EFE模型）的裂隙岩体渗流分析方法,并采用该方法对湛江水封油库的三维渗流场进行了计算分析,通过对比工程实测资料,验证了所提出方法的可靠性,进而预测了实例工程在运行期的涌水量。计算结果表明,EFE模型能够较好地模拟裂隙对洞室岩体局部渗流场的影响,反映库区渗流场及洞室涌水量空间分布不均匀的特性。研究成果可为水封洞库渗控措施的精准设计以及运行期污水处理设施配套设计工作提供参考。     

地下水封油库围岩地下水渗流量计算

为准确地计算特大型地下水封储油岩洞库地下水的渗流量,根据现场调查、测试与监测以及室内外物理力学试验,采用了三维多孔连续介质流-固耦合有限差分数值模拟计算分析软件模拟地下水渗流场。提出了一种适用于特大型地下水封储油岩洞库地下水渗流量计算的合理方法。经与法国专家经验法、大岛洋志经验式、《铁路工程水文地质勘测规范》（TB10049－96）等方法的计算结果进行比较,结果比较接近。该计算方法适用于试验数据和资料匮乏的可行性研究阶段的特大型地下水封储油岩洞库围岩地下水渗流量或涌水量的计算;考虑地下水流-固耦合分析时,单洞室的涌水量比只考虑地下水流动作分析时稍小;考虑流-固耦合作用比不考虑流-固耦合作用时围岩地下水的最大渗流速度稍小。     

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。