水平盐岩储存库地表沉降规律及动态预测模型

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盐岩具有孔隙率低、渗透率低、力学性质稳定及损伤自愈合能力强等优点,是国际上公认的能源(石油、天然气等)地下储存的理想介质。在盐岩储存库长期运营过程中,由于盐岩的蠕变行为,会导致上覆岩层产生随时间延长而不断增大的时效变形,进而诱发地表沉降,对周围环境及地表附近的建(构)筑物的安全性产生重要影响。本文根据我国盐岩矿床的特点,假设盐岩储存库形状为水平狭长结构,储存库横截面为椭圆形,采用数值模拟方法,探讨了单溶腔、多溶腔水平盐岩储存库洞周围岩收缩变形及地表沉降的变化规律。并基于弹性力学理论及盐岩蠕变模型,推导了考虑盐岩蠕变行为的水平盐岩储存库围岩位移的表达式。在此基础上,建立了水平盐岩储存库地表沉降动态预测模型。本文主要工作及研究成果如下:(1)介绍了常用的蠕变模型,概括了地表沉降研究方法、地表沉降的主要影响因素及经典的盐岩储存库地表沉降动态预测模型。(2)假设盐岩储存库为水平椭圆柱形,采用数值模拟方法,探讨了跨高比、内压、埋深、侧压力系数等因素对单溶腔水平盐岩储存库洞周围岩收缩变形及地表沉降的影响规律。并根据安全矿柱宽度准则,选取溶腔间距为2.0D即120 m,分析了多溶腔水平盐岩储存库洞周围岩收缩变形及地表沉降的变化规律。(3)基于弹性力学理论,采用复变函数中的保角映射方法,结合叠加原理、盐岩蠕变模型和黏弹性对应原理,推导了考虑盐岩蠕变行为的水平椭圆柱型盐岩储存库横截面围岩位移的表达式。在此基础上,利用复合幂函数来描述盐岩储存库地表沉降曲线,进而建立了单溶腔和多溶腔水平盐岩储存库地表沉降动态预测模型。(4)通过对比分析数值模拟和理论计算结果发现:利用本文预测模型得到的储存库洞周收缩变形量和地表沉降曲线均与数值模拟结果吻合良好。说明了本文建立的地表沉降动态预测模型的可行性。
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