地下水封石油洞库水幕系统水力试验及水幕钻孔施工

水幕系统是地下水封储油库最为关键的部分,主要由水幕巷道、水幕孔、附加水幕孔、监测井和仪表井组成。水力试验成果是水幕系统评价的依据,而水幕孔的施工质量又是水力试验顺利和试验效果的保证。结合辽宁某地下水封洞库工程,阐明了水幕系统在施工期间的水文试验方法,分析了施工期间各水文试验的作用及其相关性;介绍了水幕钻孔施工技术。     

大型地下水封石油洞库水幕系统优化设计研究

水幕系统是决定地下水封洞库运营的关键,水幕孔设计是水幕系统的核心组成部分。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为背景,运用地下水渗流理论,研究水幕孔间距以及隙宽对地下洞室水封性的影响。研究结果表明,在陡倾结构面条件下,水平水幕孔的间距以及隙宽对水封性具有重要影响。在计算工况中,水幕孔间距为10 m时,水封效果最好;水幕孔间距为30 m时,无法满足水封要求;相同水幕孔间距条件下,隙宽越大,水封效果越好;主洞室拱顶区域,水封效果较差。研究结果可为地下水封石油洞库水幕系统优化设计提供理论依据。     

地下水封石油洞库深部岩体二维裂隙网络模拟

低渗透性的裂隙岩体是地下水封石油洞库建库的最佳选择.为研究深部岩体的稳定性及裂隙渗流特征,对深部洞库区进行了二维裂隙网络模拟.通过深部钻孔裂隙统计和地表裂隙测量统计相结合的方法,得出了洞库区剖面二维裂隙网络图和线密度图.分析了运用钻孔成像结果获得深部裂隙统计参数的优点,并对模拟结果做了进一步分析,结果显示,模拟区主要发...     

多孔联合水幕效率试验方法及应用实例

我国地下水封洞库主要修建在结晶岩体中,岩体裂隙发育程度和空间展布的非均质各向异性使得水封洞库的水封条件十分复杂。水幕系统是保证地下水封洞库密封性的核心要素,因此所设计的水幕孔与围岩间的水力联系是否满足密封性需求,需进行检验。前人在进行相关问题研究时往往将地质体简化为均质各向同性介质,个别文献在实验室尺度对地质体各向异性进行讨论,但工程适用性不强。为分析场地尺度岩体渗透性能各向异性对水幕孔水力传输效率的影响,并探究考虑这种影响的水幕系统优化方法,本文借鉴工程经验,引入水幕效率的概念,设计一种多孔联合水幕效率试验,以烟台地下水封洞库工程项目为依托,进行场地试验并利用阈值法得到试验结果,进而对水幕孔进行相应补充以优化水幕系统网络,最终使水幕系统网络在考虑地质体各向异性的实际影响下满足气密性要求。实践证明,该方法能显著加强水幕系统在各向异性场区的水力传输能力,比现行的等间距设置水幕系统钻孔更适于工程实际。     

地下水封洞库深部岩体结构面连通性研究

地下水封洞库工程是我国正在大力实施的战略石油储备重点工程,研究建库裂隙岩体的连通性是评价水封效果的关键。结合地下水封洞库工程的岩体特征,以钻孔电视成像技术为手段,通过分析影像中结构面位置、地质特征等,建立不同钻孔间结构面连通的条件,并分析了钻孔ZK11和ZK12,ZK12和ZK14的变质分异结构面的几何连通性;以洞库区钻孔地下水位的陡降与施工巷道开挖的相关关系,建立了巷道地下水排泄与钻孔水位下降的水力联系,分析了结构面的水力连通性;通过几何连通和水力连通的综合分析,确定了深部岩体结构面的连通性。研究结果表明,施工巷道开挖引起钻孔地下水位的显著下降,两者存在明显水力联系;变质分异结构面(J)在钻孔ZK12、ZK11和①号施工巷道0+379.424m处满足位置连通、结构面特征连通和水力连通,为连通性结构面;结构面(J′)在钻孔ZK12和ZK14处满足位置连通和结构面特征连通,不满足水力连通,为非连通性结构面。这对地下工程深部岩体结构面连通性的研究具有参考和借鉴价值。     

水幕系统对地下水封洞库藏品安全的影响分析

为了解水幕系统对地下水封洞库的储藏安全的作用,验证水幕系统设置的必要性,基于多相流理论,依托烟台某地下水封洞库工程,以其丙烷子洞库为例,分别设计无水平水幕系统、设置单一水平水幕系统和设置水平与垂直双水幕系统三种工况形式,选用TOUGH2软件中TMVOC模块,进行藏品水-油-气三相流运移模拟。模拟结果显示:丙烷在储藏过程中会逐步形成围绕在洞室周边的污染晕,且污染晕的水平延伸较为显著。相邻洞室间污染晕随着时间的推移相互贯通。在无水幕系统的工况下,藏品在储藏9个月内,污染晕水平迁移距离便达到风险阈值,其余工况下,污染晕在藏品储藏100年后仍未达到风险阈值,并圈闭在一定范围内。在垂直水幕的作用下,污染晕的水平迁移受到明显抑制。因此,仅依赖天然地下水补给,藏品极易发生泄露,带来安全隐患,为保证地下水封洞库的储藏安全,设置水幕系统是必要且有效的。     

大型地下水封石油洞库渗流场时空演化特征研究

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。在地下水封石油洞库的建设中,由于工程体的出现,改变了区域地下水的补给、径流和排泄条件,干扰了原来平衡的地下水渗流场,为保证地下石油洞库的水封效果,需进行裂隙岩体渗透特性及地下水渗流场时空演化研究。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为工程背景,结合现场试验数据分析,运用等效连续介质的方法,采用裂隙岩体各向异性渗透张量,建立三维地下水数值模拟模型,预测不同施工进程时地下水位的变化。分析预测结果表明：在地下洞室开挖过程中,无水幕条件下地下水位逐渐降低,主洞室部分区域出现零水头压力区,无法保证水封性;模拟运营期水幕巷道施加定水压力,地下水位上升至设计高度35 m且趋于稳定,可以满足水封效果要求。研究结果对地下石油洞库的水封性评价具有一定的工程意义和理论价值。     

大型地下水封石油洞库场址评价标准及评价方法

影响地下水封石油洞库场址条件优劣的因素较多,除了相关的地质环境因素外,同时还应考虑石油运输的经济性和施工的便利性。在我国第一批国家石油储备基地地下储备库调研和勘察工作的基础上,从场址工程地质条件、技术经济条件、施工条件方面提出地质构造、地形地貌、岩体强度等10个影响地下水封石油洞库场址优劣性的因素,并确定了它们对应的量化指标;以这10个影响因素为评价指标,确定了地下水封石油洞库场址优劣等级的评价标准;详细介绍了可拓综合评价方法和程序,并建立了地下水封油库场址优劣等级可拓评价模型。将这套评价方法在惠州地下水封油库工程中进行应用,验证了评价标准和评价方法的可靠性,评价结果表明惠州地下水封油库场址属于优等场址。     

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     

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。     

我国大陆地下水封洞库库址区地应力场分布规律统计分析

收集我国大陆地区湛江、黄岛、烟台、惠州、锦州、大连等在建和已建的地下水封洞库工程区76组地应力测试数据,建立了我国地下水封洞库库址区水平主应力 、垂直主应力 及侧压比k随埋深的分布图,参照Hoek-Brown方法对地应力特征进行回归分析。结果表明,我国大陆地区地下水封洞库库址区浅部地应力总体上随埋深H增大而增大,垂直主应力 与H线性关系良好,应力变化梯度略小于Hoek-Brown关系式中的0.027;最大主应力 及最小水平主应力 整体上随深度增大而线性增大,散点主要分布在一个倾斜的平行带内;(3) 侧压比k在H＜200 m范围内分布较为分散,在H ＞200 m范围内较为集中,且侧压比分布包络线位于Hoek-Brown包络线之内,与全球地应力分布规律较为接近。研究分析和总结了我国地下水封洞库库址区建库深度范围内地应力场分布规律,对我国石油（气）战略储备的规划布局、建设和发展具有一定参考价值。     

层状岩体开挖洞室围岩块体稳定分析及锚固方法

由于层状岩体的稳定性受层面控制,在该类岩体中进行开挖常常导致块体的失稳,给工程建设带来巨大的危害.本文从层面与结构面组合形成的块体系统稳定性分析入手,运用改进的块体理论,进行了块体稳定分析程序的开发,对定位、半定位块体的系统稳定性分析方法进行了探讨.以西龙池抽水蓄能电站地下厂房为例,对围岩中的块体进行了系统稳定分析.通过实际开挖验证,表明了分析结果的合理性,开发的程序可供同类工程参考使用.本文所提出的方法可为地下工程施工期的超前预报、围岩的系统锚固支护设计提供重要依据.     

数字钻孔摄像在小浪底帷幕灌浆检测孔中的应用

为了评价帷幕灌浆效果,将数字钻孔摄像技术应用到小浪底水利枢纽3号灌浆洞3个灌浆质量检查孔中。通过数字钻孔摄像得到的孔壁图像资料, 对钻孔内发育的节理裂隙、破碎带和砂浆充填情况进行了分析研究,结果表明：?灌浆时浆液在外压下,主要沿连通性较好、延伸较远的裂隙向孔外岩体渗透。与渗流路径相连通的裂隙或延伸较短的裂隙,被浆液直接充填凝固后形成水泥结石。与渗流路径没有连通的裂隙则被忽略,或在灌浆压力下劈裂而部分充填,造成全充填、半充填和砂浆流出等几种充填效果;?破碎带充填与否主要与破碎带的规模、性质和与灌浆洞连通性有关。小浪底水利枢纽3号灌浆洞内的灌浆效果是明显的;将数字钻孔摄像技术应用于检查帷幕灌浆质量,分析灌浆浆液渗流路径,也是可行的。     

层状盐岩储库长期运行腔体围岩流变破坏及渗透现象研究

通过热力耦合作用下层状盐岩流变实验研究可知,层状盐岩内部各层之间由于蠕变率不同变形不协调,导致层状盐岩体内多重剪切破坏,层间流变破坏后呈网格状,孔隙、裂隙增多,渗透率比未扰动时提高5个数量级,储库长期运行腔体围岩流变破坏后天然气必然发生泄漏。同时,层状盐岩流变破坏后气体渗透实验表明,其渗透率与有效体积应力关系为 。基于裂隙介质,建立了层状盐岩储库长期运行腔体围岩流变破坏后渗透特性数学模型,并对金坛天然气储库长期运行腔体围岩渗透特性进行了数值模拟,结果表明:由流变破坏造成的盐岩与夹层交接面处产生的裂隙是气体渗透的主通道,具有较强的导气能力,夹层内部气体渗透滞后于层间裂隙气压,渗透速度随时间的延长逐渐减小,最后达到稳定状态。所以,高盐分泥岩夹层对天然气储库长期运行腔体围岩的渗透特性具有很大影响,确定合理的运行压力是保证天然气储库不发生渗漏的必要条件,为我国盐岩溶腔储库长期运行腔体围岩天然气渗漏现象研究提供一些参考依据。     

预钻式原位岩体剪切测量系统研制与试验分析

预钻式岩体剪切测量系统可以测量矿山原位岩体的内摩擦角和黏聚力,与传统室内试验和现场测试相比,该测试方法可以最大限度保持岩体本质状态,方便快捷获取测试数据。首先阐述了系统整体设计思路,并成功研制出预钻式原位岩体剪切仪设备,搭建了数据采集存储软件平台;其次,基于剪切仪的工作原理,通过配套完整的测量系统试验装置,制定了试验数据处理方法和试验步骤;最后为验证系统方法的工程适用性,对测量系统进行了标定试验,并在混凝土平台进行了岩体侵入试验与剪切试验。剪切试验结果与室内直剪试验相比,内摩擦角小24.77%~41.33%,黏聚力小13.11%~32.84%。针对试验结果的差异性,从仪器设备和试验方式进行了分析,指出试验误差主要来源于设备剪切加载方式的变化和岩体直剪试验方法的不同。研究结果为矿山原位岩体力学参数的准确测量提供了新的思路和方法,也为后续系统的改进设计提供借鉴参考。      

Stability analysis and optimization of the support system of an underground powerhouse cavern considering rock mass variability

Input parameters, such as rock mass strength parameters and deformation modulus, considered in the design of underground openings involve some uncertainty. The current uncertainty in these parameters is due to the inherent variability of these parameters. To quantify these parameters and design underground openings, the statistical methods must be utilized. In this research, a statistical method was used to define the GSI of rock mass (Geological Strength Index), block volume (V_b), and joint conditions (J_c). Using the GSI distribution function obtained from field data and intact rock strength characteristics, the statistical distribution functions of rock mass parameters were defined using the Monte Carlo method. The statistical analysis of the stability in Azad-pumped storage powerhouse cavern was carried out through the point estimate method. The appropriate support system was suggested according to the support pressure and the plastic zone around the cavern. This study showed the application of the statistical method, by combining the uncertainties of the intact rock strength and discontinuity parameters, in the assessment of the strength and deformability of rock masses and the support selection process in comparison with the deterministic methods.     

Engineering characterization of hydraulic properties in a pilot rock cavern for underground LNG storage

Feasibility of storing LNG in a lined rock cavern was evaluated using a pilot cryogenic rock cavern constructed in Daejeon, Korea. The pilot program included hydrogeological and engineering characterization of the rock mass around the cavern, design and construction of a drainage system, and pilot operation of the cryogenic cavern. An appropriate drainage system is most important to protect the containment system of LNG from thermal shocks due to ice lenses and hydrostatic pressure of groundwater. As a part of the pilot program, this study focused on the evaluation of hydraulic and engineering properties of the rock mass around the cavern. For this purpose, engineering logging of the rock cores, single and cross-hole hydraulic tests, and recharge/drainage tests were performed using seven drilled holes with different trends and plunges. Three main joint sets were found from the logging of the rock cores, acoustic borehole televiewer, and window mapping. The orientations of the three major joint sets were 60/209, 40/171, and 29/331, which can provide the main groundwater flow paths. Mean RQD values ranged from 56 to 88, which were classified as fair and good, although varying with depth along single boreholes. Hydraulic conductivity from the single and cross-hole hydraulic tests estimated in the order of 10⁻⁶ or 10⁻⁷ m/s and corresponding transmissivity ranged between 10⁻⁵ and 10⁻⁶ m²/s. Permeable intervals identified from the hydraulic tests were mostly located above the cavern roof. Below the roof, the permeable zone was difficult to observe. According to the hydraulic communication tests performed for some designated intervals, hydraulic connection between boreholes was highly varied with depth or location, which indicated a very different distribution of water conducting joint sets along the boreholes. When water was injected at R1 with constant or varying flow rates, monotonous and stable seepage was observed at observation boreholes. From this, some stable drainage was expected even in relatively heavy rainfalls. When designing the drainage system of the cavern, the drainage holes should be orientated to maximize frequency of encountering the major joint sets and the permeable intervals identified from this study.     

大型地下洞室顶板稳定性的岩体结构控制效应

采用结构力学方法和块体稳定性分析程序UNWFDGE分析了溪洛渡水电站大型地下洞室中错动带单条发育、结构面成组发育和结构面集中发育呈碎裂岩体三种情况下的围岩稳定性,得出了错动带出露的临界稳定厚度和潜在不稳定块体的特征,为支护处理提供了重要的理论依据。