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深部硬石膏洞室围岩稳定性及密封性研究

深部硬石膏洞室围岩稳定性及密封性研究

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作者：杜傲然中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

石油是现代工业的重要能源,对我国的经济发展和国防安全意义重大。然而,我国石油的对外依存度一直以来居高不下,进口量更是逐年攀升,成为了一大能源问题。为保障石油供应的长期稳定,石油战略储备体系的建设势在必行。但现有的石油储备... 详细信息

石油是现代工业的重要能源,对我国的经济发展和国防安全意义重大。然而,我国石油的对外依存度一直以来居高不下,进口量更是逐年攀升,成为了一大能源问题。为保障石油供应的长期稳定,石油战略储备体系的建设势在必行。但现有的石油储备方式或是工程造价较高,或是选址条件苛刻,难以满足石油的战略储备要求。因此,有学者提出了新的石油存储构想,即利用废弃的硬石膏采空区进行储油。根据存储要求,硬石膏采空区应满足稳定性、密封性以及不与石油相互作用三个原则,而就已有研究成果来看,该领域的研究多集中于硬石膏采空区的稳定性方面,涉及密封性的研究较少。本文以我国安徽省恒泰硬石膏矿为工程依托,通过室内试验和数值模拟重点探究了硬石膏在破坏过程中的渗透性变化,分析了硬石膏采空区在开挖完成后和不同存储压力下的稳定性和密封性,论证了利用废弃硬石膏采空区储油的可行性。论文的主要研究内容如下:(1)设计并进行了三轴压缩渗流试验和声发射检测,获取了硬石膏试样在试验过程中的应力-应变曲线和渗透系数,并据此绘制了渗透系数-应变曲线,构建了渗透系数-应变经验公式。同时,分析了硬石膏在试验过程中的渗透性变化机理,探讨了硬石膏的渗透性变化规律。(2)在工程资料和试验数据的基础上,通过FLAC软件对开挖后的硬石膏采空区进行了数值模拟。评价了开挖完成后采空区的整体稳定性,并依据构建的渗透系数-应变经验公式对硬石膏采空区的密封性进行了分析。最终,认为开挖完成后的硬石膏采空区具备较好的稳定性和密封性。(3)根据数值模型的开挖计算结果和洞室的实际储油状态,对储油情况下的硬石膏采空区开展了进一步的研究。分别探讨了不同存储压力下硬石膏采空区的最大主应力、最小主应力、水平位移、竖向位移和塑性区的分布情况,评价了采空区在不同存储压力下的整体稳定性和密封性。结果表明,储油期间硬石膏采空区的稳定性和密封性较好。

关键词：硬石膏采空区地下储油渗透系数稳定性密封性

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