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基于地下水化学特征的水封油库水幕系统有效性评价

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水文地质工程地质 2024年第3期51卷 34-42页

作者：彭振华乔丽苹黄安达王者超李成中海油石化工程有限公司山东青岛266101 东北大学辽宁省深部工程与智能技术重点实验室辽宁沈阳110819

水幕系统有效性是地下水封油库安全稳定运行的重要基础条件,然而目前评价水幕系统有效性的方法并不高效便捷。以我国首个大型地下水封油库工程为背景,采集油库运行期现场水样和岩样进行水质检测分析和电镜扫描试验,获取库址区地下水水... 详细信息

水幕系统有效性是地下水封油库安全稳定运行的重要基础条件,然而目前评价水幕系统有效性的方法并不高效便捷。以我国首个大型地下水封油库工程为背景,采集油库运行期现场水样和岩样进行水质检测分析和电镜扫描试验,获取库址区地下水水化学类型和岩石的矿物成分组成特征。采用数理统计方法,基于地下水水化学特征获得了不同部位地下水之间的水力联系,开展水幕系统有效性评价。研究表明:油库运行初期库址区地下水主要为HCO^(3)—Na•Ca型水,围岩中的钾长石、钠长石和钙长石发生水化学反应,地下水中的K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度总体呈上升趋势,pH值总体呈下降趋势;Cl^(-)浓度低于造成钢筋腐蚀的浓度,地下水对洞库支护系统无明显腐蚀作用;洞库周边监测孔地下水与水幕供水的水化学特征相似,说明水幕系统与油库围岩之间存在较好的水力联系,形成良好的水封效果。该研究可为判断地下水封油库运行情况提供重要依据,并为评价水幕系统有效性提供了一种科学方法。

关键词：地下水封油库水幕系统有效性地下水水化学特征水-岩相互作用聚类分析主成分分析

围岩参数不确定性对地下水封洞库稳定性的影响

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山东大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 126-135页

作者：彭振华王者超洪成华李康林李傲中海油石化工程有限公司山东青岛266000 辽宁省深部工程与智能技术重点实验室沈阳110819

为了分析库区围岩条件测量不确定性问题对围岩稳定性分析产生的影响,依托国内某地下水封洞库工程,采用ANSYS/FLAC3D建立洞库的三维数值计算模型,开展洞库稳定性数值模拟。将围岩的位移分布、应力分布和塑性区分布作为稳定性的评价指标,... 详细信息

为了分析库区围岩条件测量不确定性问题对围岩稳定性分析产生的影响,依托国内某地下水封洞库工程,采用ANSYS/FLAC3D建立洞库的三维数值计算模型,开展洞库稳定性数值模拟。将围岩的位移分布、应力分布和塑性区分布作为稳定性的评价指标,分析围岩物理力学参数(包括弹性模量、泊松比、密度、内摩擦角、黏聚力和抗拉强度)、地应力方向对洞库围岩稳定性的影响。通过改变围岩物理力学参数的大小和应力场方向,开展考虑围岩物理力学参数和主应力方向不确定性的地下水封洞库围岩稳定性研究。数值模拟结果表明,当围岩的物理力学参数下降10%时,围岩的位移显著增加,地应力方向改变10%时,围岩位移变化均会增加,说明围岩物理力学参数的变化对稳定性的影响更大,验证主洞室的走向应与地应力方向平行。

关键词：地下水封洞库稳定性围岩物理力学参数地应力方向不确定性

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扩建洞库爆破振动对运营洞库稳定性影响

隧道与地下工程灾害防治 2024年第1期6卷 36-44页

作者：王敬奎彭建宇王者超李康林中海油石化工程有限公司东北大学深部工程与智能技术研究院

为确保已建运营洞库的稳定性，对邻近扩建洞库钻爆法开挖进行爆破振动分析，明确其对已建运营洞库稳定性的影响。依托国内某地下水封洞库工程，采用LS-DYNA建立三维数值计算模型，开展爆破振动模拟，并通过峰值振速、有效应力等评价其... 详细信息

为确保已建运营洞库的稳定性，对邻近扩建洞库钻爆法开挖进行爆破振动分析，明确其对已建运营洞库稳定性的影响。依托国内某地下水封洞库工程，采用LS-DYNA建立三维数值计算模型，开展爆破振动模拟，并通过峰值振速、有效应力等评价其对运营洞库影响。研究结果表明：主洞室1监测点振速为0.1～0.8 cm/s,主洞室2监测点振速为0.045～0.350 cm/s,且最大峰值速度出现在与波的传播方向较为一致的方向；最大单段炸药量影响峰值振速(合速度)和有效应力，炸药量越多，振速和有效应力越高，最大峰值振速可增大200%;在最大单段炸药量小于65 kg的条件下，距爆源最近处的有效应力和合速度均小于安全规程规定，扩建洞库爆破施工对运营洞库影响较小，无安全隐患。结合现场爆破振动监测数据，验证了此模拟结果的正确性。

关键词：扩建洞库爆破振动稳定性最大单段炸药量

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水封洞库施工过程稳定性评价及断层影响分析

隧道与地下工程灾害防治 2024年第1期6卷 45-53页

作者：付长波洪成华王者超王鹏宇李崴中海油石化工程有限公司东北大学深部工程与智能技术研究院

为研究多个断层与地下洞群相交情况下的围岩稳定性，基于Hoek-Brown修正后的岩体物理力学参数，采用FLAC3D软件中的莫尔-库仑模型作为本构模型，对某地下水封洞库项目的围岩稳定性进行研究。研究结果表明：随着开挖阶段的推进，主洞室... 详细信息

为研究多个断层与地下洞群相交情况下的围岩稳定性，基于Hoek-Brown修正后的岩体物理力学参数，采用FLAC3D软件中的莫尔-库仑模型作为本构模型，对某地下水封洞库项目的围岩稳定性进行研究。研究结果表明：随着开挖阶段的推进，主洞室侧墙位移逐渐增大；在全断面开挖后，主洞室侧墙位移普遍大于拱顶和底板位移，大部分洞室的侧墙以及部分洞室的底板和拱顶出现应力集中现象和塑性区；当断层靠近主洞室但未与其相交时，洞室和断层之间形成不稳定岩体区域，该区域的岩体会向洞室内部滑动，并会产生较大的位移；当断层与主洞室相交时，不稳定岩体区域消失，此时位移形式与无断层时类似，断层会引发围岩应力的释放，并会使附近围岩出现较为严重的塑性变形。在地下水封洞库施工过程中，需要重点监测直接穿越断层位置及其前后位置。

关键词：地下水封洞库围岩稳定性断层洞室群 FLAC3D

压气储能地下内衬洞室建设中若干关键问题研究进展

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隧道与地下工程灾害防治 2024年第1期6卷 1-13页

作者：王者超李嘉祥郝薛将李明辉张武刘杰东北大学深部工程与智能技术研究院东北大学资源与土木工程学院

系统介绍地下压气储能技术的发展历史、地下结构组成及其作用，重点讨论压气储能地下内衬式洞室技术的研究进展。针对压气储能地下内衬式洞室存在的极限存储压力、注采气过程中的热力学效应和洞室衬砌密封性能等3个关键问题，系统总结... 详细信息

系统介绍地下压气储能技术的发展历史、地下结构组成及其作用，重点讨论压气储能地下内衬式洞室技术的研究进展。针对压气储能地下内衬式洞室存在的极限存储压力、注采气过程中的热力学效应和洞室衬砌密封性能等3个关键问题，系统总结研究进展与当前认识，分析现有研究存在的问题与不足，并对压气储能地下内衬式洞室的未来研究方向提出建议。

关键词：压缩空气储能地下内衬式洞室极限存储压力热力学效应衬砌结构

真三向应力作用下深部储层砂岩渗透率各向异性实验研究

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力学学报 2023年第7期55卷 1493-1504页

作者：王者超易云佳闵忠顺冯浩辽宁省深部工程与智能技术重点实验室沈阳110819 中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司辽宁盘锦124000

渗透率各向异性是沉积岩层理结构中一个非常典型的现象,一方面它由原生沉积结构决定,即原生各向异性,另一方面它受到总应力和孔隙压力影响,即诱发各向异性.为研究真三向应力条件下储层砂岩渗透率原生与诱发各向异性,以中国东北部S6储气... 详细信息

渗透率各向异性是沉积岩层理结构中一个非常典型的现象,一方面它由原生沉积结构决定,即原生各向异性,另一方面它受到总应力和孔隙压力影响,即诱发各向异性.为研究真三向应力条件下储层砂岩渗透率原生与诱发各向异性,以中国东北部S6储气库储层砂岩为研究对象,采用东北大学自主研制的硬岩真三轴应力-渗流耦合装置对储层砂岩进行渗流实验,通过稳态法完成同一砂岩3个相互垂直方向的渗透率测试.实验结果表明:储层砂岩在施加的应力和孔隙压力范围内,平行层理方向的渗透率k x为100.94~113.98 m D,k y为98.34~111.41 mD,垂直层理方向的渗透率k z为54.98~63.29 mD;储层砂岩3个正交方向渗透率均随主应力增加而减少,随孔隙压力加载而递增;与气体渗流方向垂直的应力对渗透率的影响大于与气体渗流方向平行的应力对渗透率的影响;当外部应力方向都垂直于气体渗流方向时,与层理垂直的应力对渗透率的影响大于与层理平行的应力对渗透率的影响;孔隙压力对储层砂岩渗透率的线弹性响应并不是各向同性的,孔隙压力对水平层理方向所产生的渗透率增量超过了垂直层理方向.研究结论为地下储气库储层砂岩渗透率准确预测提供了参考依据,为地下储气库的运行和管理提供了新的岩石物性资料.

关键词：储层砂岩渗透率诱发各向异性总应力孔隙压力

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真三向应力作用下深部砂岩力学特性

东北大学学报（自然科学版） 2023年第5期44卷 689-696页

作者：王者超石伟川孔瑞郭家繁东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

基于真三轴试验机对取自某储气库、埋深3 600 m的试样开展了一系列砂岩真三轴压缩试验.研究了真三向应力作用下深部砂岩的强度、变形特征,并将深部砂岩与浅部砂岩的弹性模量、黏聚力、摩擦角和峰值破坏强度进行了对比.结果表明:在一定... 详细信息

基于真三轴试验机对取自某储气库、埋深3 600 m的试样开展了一系列砂岩真三轴压缩试验.研究了真三向应力作用下深部砂岩的强度、变形特征,并将深部砂岩与浅部砂岩的弹性模量、黏聚力、摩擦角和峰值破坏强度进行了对比.结果表明:在一定范围内随着中间主应力的增加,深部砂岩的峰值强度也会增加,深部砂岩的起裂应力和损伤应力也随之增加,峰值处的中间主应变呈现减小的趋势.随着砂岩深度的增加,砂岩的弹性模量、黏聚力和摩擦角均呈现增大的趋势.浅部砂岩峰值破坏强度的八面体剪应力与有效平均正应力表现为非线性关系,而深部砂岩峰值破坏强度的八面体剪应力与有效平均正应力表现为线性关系,且Mogi-Coulomb准则更适用于表述深部砂岩破坏时的强度特征.

关键词：深部砂岩真三轴试验变形特征应力分界点 Mogi-Coulomb准则

地下水封石油洞库竖直水幕设计参数及其影响分析

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岩土工程学报 2023年

作者：乔丽苹王菲王者超李成东北大学资源与土木工程学院东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室

滨海地区地下水封石油洞库工程中，需要增设竖直水幕系统，以满足其水封性和控制海水入侵。为研究竖直水幕系统的设计方法与参数，本文以滨海地区某地下水封石油洞库为例，通过有限元数值模拟方法获得了竖直水幕孔距主洞室距离(d)、竖... 详细信息

滨海地区地下水封石油洞库工程中，需要增设竖直水幕系统，以满足其水封性和控制海水入侵。为研究竖直水幕系统的设计方法与参数，本文以滨海地区某地下水封石油洞库为例，通过有限元数值模拟方法获得了竖直水幕孔距主洞室距离(d)、竖直水幕孔间距(b)、竖直水幕孔长度(l)和竖直水幕孔注水压力(pi)4个参数对洞库周围地下水渗流场、水封性、涌水量以及海水分布范围的影响规律，并与现有结果进行了对比验证。研究表明：竖直水幕孔距主洞室距离主要影响竖直水幕孔的埋深范围，长度的影响范围取决于超出主洞室的变化位置，间距和注水压力影响整个深度范围；4个参数对水封性和抑制海水入侵的影响程度顺序分别为：b

关键词：地下水封石油洞库竖直水幕设计参数水封性涌水量

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隧洞式内衬储气库极限储存压力解析解

力学学报 2023年第3期55卷 710-718页

作者：王者超贾文杰冯夏庭王敬奎辽宁省深部工程与智能技术重点实验室沈阳110819 中海油石化工程有限公司山东青岛266061

隧洞式内衬储气库是一种新型能源储存方法,有助于平衡供需,推动国家由化石能源向绿色能源的持续过渡,有利于国家“碳中和、碳达峰”目标的实现.本文采用极限平衡方法和弹塑性分析方法推导隧洞式内衬储气库极限储存压力的解析解.在极限... 详细信息

隧洞式内衬储气库是一种新型能源储存方法,有助于平衡供需,推动国家由化石能源向绿色能源的持续过渡,有利于国家“碳中和、碳达峰”目标的实现.本文采用极限平衡方法和弹塑性分析方法推导隧洞式内衬储气库极限储存压力的解析解.在极限平衡方法中,考虑上覆围岩自重、破裂面受力和极限储存压力,选用刚性锥模型,推导了上限压力表达式;在弹塑性分析方法中,根据围岩中应力分布规律和剪切、抗拉强度,推导获得了弹塑性条件下上限与下限压力表达式.最终综合考虑两方法求得的结果,确定极限储存压力解析解.结果表明:极限平衡方法求得上限压力与埋深呈二次函数关系,且随着侧压力系数的增大而增大;弹塑性分析方法确定的上限压力和下限压力与埋深呈线性关系,下限压力随着侧压力系数的增大而减小,且Ⅰ级围岩条件下的内衬储气库不用考虑下限压力.在侧压力系数λ=1.2时上限压力最大,因此应尽量在侧压力系数为1.2的围岩条件下修建隧洞式储气库.最后根据典型工况下上限和下限压力曲线给出内衬洞室推荐压力范围.

关键词：内衬岩洞上限压力下限压力解析解极限平衡弹塑性