[發(fā)明專利]地下水封石油洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)的確定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410399007.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN104132848A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐衛(wèi)亞;王如賓;閆龍;王環(huán)玲;馮樹榮;趙海斌;梅松華;賈朝軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種圍巖長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)的評(píng)估方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)石油的需求量也日益增大，戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備對(duì)于應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、穩(wěn)定石油供求關(guān)系和保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)的安全快速地發(fā)展都具有非常重要的意義。伴隨著石油進(jìn)口量的增長(zhǎng)，將石油、天然氣等儲(chǔ)存于地址條件優(yōu)越的地下水封洞庫(kù)是一種綜合經(jīng)濟(jì)效益良好的儲(chǔ)存方案。與傳統(tǒng)的地上石油儲(chǔ)存方式相比較，在地質(zhì)條件優(yōu)越的區(qū)域建造地下水封洞庫(kù)有著其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：地下水封石油洞庫(kù)的防火、防爆以及防戰(zhàn)的性能明顯優(yōu)于地上儲(chǔ)備庫(kù)；同時(shí)，地下水封洞庫(kù)在環(huán)保、占用土地面積和延長(zhǎng)使用壽命等方面也具有其突出的優(yōu)勢(shì)。

石油儲(chǔ)備洞庫(kù)一般是由具有高邊墻、大跨度、不襯砌的洞室群組成，洞室群位于地下水位以下，處于應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)等多場(chǎng)耦合作用下的復(fù)雜環(huán)境中，研究地下水封石油洞室群圍巖在滲流-應(yīng)力耦合作用下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)地下水封洞庫(kù)工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)有著至關(guān)重要的作用。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地下水封洞庫(kù)在滲流-應(yīng)力耦合作用下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，需要對(duì)洞室群圍巖的長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。通常的評(píng)估方法有簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)法和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)法，上述方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)法是以單軸壓縮的應(yīng)力狀態(tài)為基礎(chǔ)提出的，可以確定扭轉(zhuǎn)、拉伸等簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度，但是實(shí)踐工程中的巖石處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，單通過(guò)簡(jiǎn)單的單軸壓縮試驗(yàn)是無(wú)法模擬巖石的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，故在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下確定的巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度無(wú)法準(zhǔn)確描述和反映處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的真實(shí)的巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)方法大多是以各種三軸儀進(jìn)行試驗(yàn)，耗時(shí)較長(zhǎng)，工作量較大，且無(wú)法考慮滲流和應(yīng)力耦合下的圍巖真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于穩(wěn)態(tài)流變階段的穩(wěn)態(tài)流變速率或應(yīng)力變化進(jìn)行計(jì)算的地下水封石油洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)的確定方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種地下水封石油洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)的確定方法，包括如下步驟：

(1)選取現(xiàn)場(chǎng)巖石試樣：選取位于地下水位線以下水封洞庫(kù)圍巖代表性巖石試樣，選取的試樣為新鮮的巖芯試樣；

(2)制備巖石試樣：將選取的巖芯試樣加工成高度為100mm、直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試件；

(3)在巖石三軸滲流流變系統(tǒng)上進(jìn)行滲流-應(yīng)力耦合條件下的三軸流變力學(xué)試驗(yàn)；

(4)由三軸流變力學(xué)試驗(yàn)獲取的巖石試樣流變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變等時(shí)曲線或勻速穩(wěn)態(tài)流變階段流變速率計(jì)算地下水封洞庫(kù)長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)。

進(jìn)一步，步驟(4)根據(jù)采用應(yīng)力-應(yīng)變等時(shí)曲線法得到長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)。在滲流-應(yīng)力耦合作用下，當(dāng)巖石所受外部荷載大于或等于某一定值時(shí)，巖石的流變變形會(huì)持續(xù)增大并最終發(fā)生破壞；當(dāng)外荷載小于某一定值時(shí)，巖石的流變變形速率會(huì)隨時(shí)間的推移逐漸變小，流變變形也會(huì)慢慢趨于收斂，巖石不會(huì)發(fā)生破裂，通常將這個(gè)應(yīng)力水平的臨界值稱為巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度。因此，對(duì)單個(gè)巖石試樣進(jìn)行分級(jí)加載流變?cè)囼?yàn)，獲得每一級(jí)應(yīng)力水平下的應(yīng)變-時(shí)間曲線，應(yīng)用Boltzmann疊加原理進(jìn)行疊加，以不同時(shí)間為參數(shù)，得到一簇應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等時(shí)曲線，當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力水平即為巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度。

或者，步驟(4)根據(jù)勻速穩(wěn)態(tài)流變階段流變速率得到長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)。處于滲流-應(yīng)力耦合作用下的地下水封洞庫(kù)圍巖典型巖樣流變破壞會(huì)發(fā)生三個(gè)階段，即：初期衰減流變、勻速穩(wěn)態(tài)流變和加速流變階段；當(dāng)巖石處于加速流變階段時(shí)，可以認(rèn)為巖石最終會(huì)發(fā)生破壞；當(dāng)巖石只表現(xiàn)為初期衰減流變時(shí)，可以認(rèn)為巖石變形會(huì)隨著時(shí)間的發(fā)展而趨于收斂；當(dāng)巖石表現(xiàn)為勻速穩(wěn)態(tài)流變時(shí)，巖石變形隨時(shí)間推移既可以趨于收斂，也可以發(fā)展到加速流變階段并最后破壞，因此巖石流變的勻速穩(wěn)態(tài)流變階段的特性可以決定巖石是否會(huì)最終發(fā)生破壞。而巖石流變的勻速穩(wěn)態(tài)流變階段最基本特征是流變的速率保持為一特定值，所以從巖石穩(wěn)態(tài)流變階段的流變速率方面來(lái)研究巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度。具體為選取流變變形量較大，規(guī)律性較好的巖石試樣在不同圍壓不同應(yīng)力水平下的巖石穩(wěn)態(tài)流變階段的流變速率進(jìn)行分析研究，通過(guò)指數(shù)函數(shù)描述巖石試樣在不同應(yīng)力水平作用下穩(wěn)態(tài)流變階段的流變速率，指數(shù)函數(shù)能較好的反映應(yīng)力水平與態(tài)流變階段流變速率的關(guān)系規(guī)律性特征，從圖中指數(shù)函數(shù)的拐點(diǎn)處可確定出巖石試樣的長(zhǎng)期強(qiáng)度。

進(jìn)一步，步驟(3)試驗(yàn)過(guò)程中需要確定圍壓與滲壓：圍壓根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地應(yīng)力值的結(jié)果，采用多元回歸等方法進(jìn)行數(shù)值反演計(jì)算得到；地下水封洞庫(kù)圍巖處于不同的滲壓作用下，通常巖石的孔隙度較低，因此采用放大滲壓的方法確定滲壓，選擇滲透壓力等級(jí)分別為3MPa、2MPa、1MPa。