[發明專利]地下水封儲油庫水幕系統設計及修正的分析系統及方法

有效

• 申請號: 202010006401.3
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111157346B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 薛翊國;寧澤旭;劉軼民;李廣坤;孔凡猛;公惠民
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種地下水封儲油庫水幕系統設計及修正的分析方法，其特征是：包括以下步驟：

(1)對庫址區巖石試樣進行采樣，進行三軸壓縮試驗和結構面剪切滲流耦合試驗，獲得巖石力學參數和結構面相關參數；

(2)根據水文地質和工程地質勘察報告，及試驗和計算所得的巖石力學參數，采取工程類比法參考國內外已建成項目參考案例，對水幕系統進行初設計，給定大致參數范圍，內容包括水幕孔布孔方式，水幕孔長度、間距、數量，水幕孔與儲油洞室高度差以及水幕壓力；

(3)進行有限元分析，基于已得到的參數數據和地質資料，及庫址區所處的壓力滲流場情況，建立多個多物理場耦合仿真模型，對提出的多種水幕系統設計參數進行模擬計算；

(4)基于垂直水力梯度準則，判斷所計算的水幕參數的可行性，若某項參數范圍全部不可行，說明選取的參數范圍與真實需要有較大偏差，先前案例不宜參考，返回(2)重新選取范圍，直至確定最終施工方案；

(5)竣工后繼續對儲油庫周圍的滲水壓力進行一段時間的監測，收集時序監測值以對運營期的油庫狀態進行檢測；

(6)對收集的時間序列數據進行線性預測，采用指數平滑法建立合理的估算公式，對未來滲水壓力變化趨勢進行預測，預測結果與后期測得真實值進行比較，驗證預測結果；

(7)結合施工期和運營期的水文監測數據以及未來運營期預測數據，對水幕系統參數做出實時調整；

所述步驟(6)中，指數平滑法基本公式為：其中S_t是時間t的平滑值，a是平滑因子，0＜a＜1，反映了不同時間道的數據在指數圓滑過程中所占的比重，其確定公式為：其中ω表示前期數據所占權重的百分比；n表示移動步長；Y_t是時間t的觀測值，S_t-1是時間t-1的平滑值；根據不同指數n取1，2，3，分別對應一次指數加權平滑、二次指數加權平滑以及三次指數加權平滑。

2.如權利要求1所述的一種地下水封儲油庫水幕系統設計及修正的分析方法，其特征是：所述步驟(1)中，選取的巖石力學參數包括彈性模量、泊松比、節理剪切剛度和水力開度，彈性模量、泊松比采用RLW–500型巖石三軸儀開展的巖石室內三軸試驗獲得；節理剪切剛度、水力開度通過室內結構面剪切滲流耦合試驗計算獲得；選取的巖石力學參數還包括硬度、密度、表面粗糙度，力學參數通過對爆破法開挖出的隨機形狀巖塊試驗測試獲得，其中硬度采用施密特回彈儀快速測得；密度根據巖塊質量和體積快速計算獲得；表面粗糙度通過粗糙度儀對巖石試樣制得的圓柱體試樣測定獲得。

3.如權利要求2所述的一種地下水封儲油庫水幕系統設計及修正的分析方法，其特征是：所述步驟(1)中，三軸壓縮試驗和各巖石力學參數試驗根據國家標準GB/T 50266-2013進行；

或，所述步驟(4)中，地下水封儲油庫的施工方案根據國家標準GB 50455-2008進行。

4.如權利要求1所述的一種地下水封儲油庫水幕系統設計及修正的分析方法，其特征是：所述步驟(3)中，有限元分析需考慮邊界條件和初始條件，并最終通過求解微分方程，從而確定水頭的分布；滲流場的模擬計算參考達西公式：k代表介質滲透系數；γ_w代表水的重度；p代表孔隙水壓力；v_i代表地下水滲流流速；z代表垂直坐標；x_i代表沿x方向距離。

5.如權利要求1所述的一種地下水封儲油庫水幕系統設計及修正的分析方法，其特征是：所述步驟(3)中，建立多物理場耦合仿真模型尺寸均以施工設計為準，介質參數和物理場施加按照勘察報告進行設定；庫址區圍巖視為多孔介質，滲流場基本方程為：S_a代表介質儲藏系數；Q_s代表體積源項；φ代表巖體介質的孔隙率；γ_w代表水的重度；t代表時間；μ代表地下水流速矢量；z代表垂直坐標；p代表孔隙水壓力；

巖體介質滲透系數為非線性，且孔隙率和滲透系數之間滿足關系式為：k₀代表介質初始滲透系數張量；模型初始靜水壓力分布為P₀＝ρgh，運營期根據主洞室充油時的油壓分布為P＝ρgh，φ₀代表初始孔隙率；k代表介質滲透系數；g代表重力加速度；h代表液面的高度。