盐岩地下储库的材料参数概率分布估计及失效概率分析

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盐岩具有诸多优良特性:孔隙率低、渗透率小、损伤自恢复、塑性变形能力大等,被广泛认为是石油、天然气地下储备的理想场所。盐岩地下储库工程需要充分考虑各种不确定因素对计算结果的影响,具备特殊性,因此需要进行地下储库运行期失效概率分析,保证储库安全。分析地下油气储库的可靠性时,首先需要优化确定岩土设计参数,参数的概率分布确定将直接影响可靠度指标的计算值以及其精确度。因此,本文首先对岩土试验参数进行概率统计分析,并对岩土设计参数加以优化确定。实现过程是通过极大似然法对岩土材料随机变量分布情况进行参数估计,采用贝叶斯公式分析其验后分布密度,确定符合工程实际的参数概率分布。分析储库运行期失效概率时,主要方法是以有限元为基础,基于响应面法,结合蒙特卡罗方法提高计算失效概率的效率。本文主要建立单腔及两腔体数值计算模型,进行失效概率分析,下面对主要分析内容进行简单概括:(1)建立单腔数值计算模型,对结构体系的主要失效模式进行探讨,以莫尔—库仑准则做为失效准则;根据失效准则确定失效概率最大的单元,以此为中心探讨系统的失效模式,初步计算体系失效概率及可靠度。单腔储库计算结果表明当储气内压较小时,失效模式为腔体中部发生剪切失效,随着储气内压增大,腔体中部可靠度逐渐增大,失效概率逐渐减小,但内压高于某值时,可靠度又明显减小,因此,工程中应对储气内压进行严格控制。(2)能源储存场都是由多个储存库组成的,采用密集地下储库群,可以提高能源储备空间利用效率。为了确保储库群的安全性及使用功能,各储存库之间应该保证有足够的距离。但由于储库群地质条件及运营工况复杂,其失效模式多种多样,且盐岩及泥岩等夹层材料变异性强,随机特性对结构安全性影响较大。在两腔储库群模型的计算中,本文采用摩尔-库伦准则和损伤扩容准则作为储库群的主要失效准则,分别考虑了储库间距和运行内压对储库的塑性区分布及损伤扩容区的影响。在此基础上,基于响应面法,以有限元为基础,结合蒙特卡罗法计算了两腔时的腔周失效概率。两腔模型的结果表明,当两储库运行内压相同的情况下,腔体中部更容易接近屈服状态,在材料参数随机性的条件下,会造成中部区域的失效概率大于腔体上下部,且随间距的减小危险程度越大,同时其损伤扩容区范围越大,尤其在低压时更可能产生连通区。对于运行过程中存在注、采气不同步情况,造成相邻腔体工作内压存在明显压差时,随着储库间距的增大,压差对腔周失效概率的影响逐渐减弱。但随着压差的增加,其中的高压腔体比低压腔体更危险。建议合理腔体间距为2倍溶腔最大直径D。
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