本发明专利技术公开了一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法，它是基于考虑高压洞库内压对洞室的作用、岩体的抗剪作用及反倾缓倾角软弱夹层或结构面的影响、岩土体自重和临坡面侧岩体抗剪强度，通过建立力学平衡方程来计算得到非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深。本发明专利技术可以更准确和有效地得到深切峡谷和地形起伏较大等地区的宏观地质条件下的地下高压洞库的安全埋深，且在保证安全的前提下更具经济可行性。证安全的前提下更具经济可行性。
【技术实现步骤摘要】
一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法
[0001]本专利技术涉及一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法，属于岩土工程、地下工程及能源储备
技术介绍
[0002]高压地下洞室是能源化工行业的重要基础设施，例如天然气洞库、储氢洞库等。高压地下储气洞库也是压缩空气储能电站的重要组成部分，是保障其运行性能和可靠性的技术关键。地下储气洞室的储存气体气压一般大于10MPa，可利用废弃地下洞室、盐岩溶腔、硬岩中人工开挖的地下洞室等地下空间建设。其中常用形式有盐岩溶腔和硬岩洞室，在硬岩中人工开挖地下洞室是最广泛采用的地下储气洞室形式。
[0003]金维平等人认为洞址在地形条件上要求山体雄厚、完整、稳定，避免深切沟谷和较大的地形起伏，洞址宜选在具有适宜的上覆和侧覆岩体厚度、岩体坚硬完整、水文地质条件简单的部位，按现有地下洞室埋深计算方法，最有可能选择的高压洞室埋深是750～850m。可见目前对于洞址选址要求过高，埋深过大，与深切峡谷和地形起伏较大等地区的宏观地质判断也不相符。
[0004]目前，对于地下高压洞室埋深的确定方法，夏才初等学者主要参考挪威准则、水力劈裂准则和最小主应力准则确定高压洞室埋深。挪威准则原理是要求压力隧洞洞身部位上覆岩体重量不小于作用于洞身围岩面积上的垂直上抬力，挪威准则如下：
[0005][0006]式中：H——高压洞库最小覆盖厚度，m；
[0007]p——洞内高压气体压力，kPa；
[0008]F——经验系数，一般取1.3～1.5；
[0009]γ
R
——岩土体重度，kN/m3；
[0010]α——地面倾角，大于60
°
时取60
°
。
[0011]水力劈裂准则是为了避免水力劈裂而选取合理埋深的方法，在高压洞库中将水压改为洞内气压后作为设计原则。挪威德隆汉姆大学提出将无衬砌压力隧洞的内水压力应小于围岩初始应力场最小主应力准则，该准则包含了挪威准则，将内水压力改为洞内气压后表示为：
[0012]pF≤σ
min
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3.2)
[0013]式中：p——洞内高压气体压力，kPa；
[0014]F——安全系数，一般取1.3～1.5；
[0015]σ
min
——隧洞周边围岩初始应力场最小主应力，kPa。
[0016]将公式(3.2)中的σ
min
定义为初始应力场最小主应力和裂隙法向应力的较小值，即可同时包含挪威准则、水力劈裂准则和最小主应力准则。水工隧洞有时不采用特殊密封措
施，主要依靠围压防止渗漏，而硬岩压气储能洞室采用内衬和密封层，围岩密封性所起作用有限，故采用公式(3.2)作为设计准则过于保守，所得埋深偏大。
[0017]从经济可行性角度考虑，实践中洞室的埋深应在保证安全的前提下尽量小。
技术实现思路
[0018]本专利技术的目的在于，提供一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法。它可以更准确和有效地得到深切峡谷和地形起伏较大等地区的宏观地质条件下的地下高压洞库的安全埋深，且在保证安全的前提下更具经济可行性。
[0019]本专利技术的技术方案：一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法，包括如下步骤：
[0020]①
建立斜坡地带地下高压洞库竖向埋深H和水平向埋深L的关系方程，将水平向埋深转换为竖向埋深；
[0021]②
考虑岩体的抗剪强度及反倾缓倾角软弱夹层或结构面的影响，考虑洞内高压气体对洞壁压力、重力和结构面抗剪阻力，建立地下高压洞库水平方向的力学平衡方程，联立所述地下高压洞库水平方向的力学平衡方程与步骤
①
中的关系方程，解得高压洞库竖向埋深H1；
[0022]③
考虑洞内高压气体对洞顶压力、岩土体自重和临坡面侧岩体抗剪阻力，建立地下高压洞库竖直方向的力学平衡方程一，解得高压洞库竖向埋深H2；若存在陡倾角软弱夹层或结构面，考虑洞内高压气体对洞顶压力、岩土体自重和夹层或结构面抗剪阻力的平衡，建立地下高压洞库竖直方向的力学平衡方程二，解得高压洞库竖向埋深H3；
[0023]④
比较步骤
②
和步骤
③
的竖向深度值，取大值，得到非顺向结构面斜坡地下高压洞库的安全埋深。
[0024]前述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法中，所述步骤
①
的关系方程是H＝L
·
tanα，其中H为高压洞库竖向埋深，L为高压洞库水平向埋深，α为边坡倾角。
[0025]前述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法中，所述步骤
②
的地下高压洞库水平方向的力学平衡方程为
[0026][0027]其中，K
h
为安全系数；p为洞内高压气体压力；h为高压洞库断面高度；L为高压洞库水平向埋深；c为软弱夹层或结构面的内聚力；δ为反倾缓倾角软弱夹层或结构面的倾角；α为边坡倾角；γ为岩土体重度；为反倾缓倾角软弱夹层或结构面的内摩擦角。
[0028]前述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法中，所述步骤
③
的地下高压洞库水平方向的力学平衡方程一为
[0029][0030]其中，K
v
为安全系数；p为洞内高压气体压力；b为高压洞库断面顶板宽度；H为高压洞库竖向埋深；γ为岩土体重度；θ为岩体破裂角；γ为岩土体重度；为岩土体的内摩擦
角；α为边坡倾角。
[0031]前述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法中，所述步骤
③
的地下高压洞库水平方向的力学平衡方程二为
[0032][0033]其中，K
v
为安全系数；p为洞内高压气体压力；b为高压洞库断面顶板宽度；H为高压洞库竖向埋深；γ为岩土体重度；c为陡倾软弱夹层或结构面的内聚力；θ为陡倾软弱夹层或结构面的倾角；为陡倾软弱夹层或结构面的内摩擦角；α为边坡倾角。
[0034]前述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法中，作为优选，所述K
h
取值为1.5～3.0，所述K
v
取值为1.5～3.0。
[0035]与现有技术相比，本专利技术基于考虑岩体的抗剪强度及反倾缓倾角软弱夹层或结构面的影响及岩土体自重和临坡面侧岩体抗剪强度，通过建立力学平衡方程来计算得到非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深。本专利技术可以适用于深切峡谷和地形起伏较大等地区的宏观地质条件下的地下高压洞库的安全埋深计算，因而克服了现有技术中“洞址选址避免选在深切峡谷和地形起伏较大区域”问题。本专利技术可用于非顺向结构面斜坡地下高压洞库工程选址中预测洞室埋深，或已初步选定洞室位置，判断埋深是否满足要求等情况。依据本专利技术得到的安全埋深相比于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
①
建立斜坡地带地下高压洞库竖向埋深H和水平向埋深L的关系方程，将水平向埋深转换为竖向埋深；
②
考虑岩体的抗剪强度及反倾缓倾角软弱夹层或结构面的影响，考虑洞内高压气体对洞壁压力、重力和结构面抗剪阻力，建立地下高压洞库水平方向的力学平衡方程，联立所述地下高压洞库水平方向的力学平衡方程与步骤
①
中的关系方程，解得高压洞库竖向埋深H1；
③
考虑洞内高压气体对洞顶压力、岩土体自重和临坡面侧岩体抗剪阻力，建立地下高压洞库竖直方向的力学平衡方程一，解得高压洞库竖向埋深H2；若存在陡倾角软弱夹层或结构面，考虑洞内高压气体对洞顶压力、岩土体自重和夹层或结构面抗剪阻力的平衡，建立地下高压洞库竖直方向的力学平衡方程二，解得高压洞库竖向埋深H3；
④
比较步骤
②
和步骤
③
的竖向深度值，取大值，得到非顺向结构面斜坡地下高压洞库的安全埋深。2.根据权利要求1所述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法，其特征在于：所述步骤
①
的关系方程是H＝L
·
tanα，其中H为高压洞库竖向埋深，L为高压洞库水平向埋深，α...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑克勋，徐伟，胡大儒，余波，朱代强，吴述彧，曾树元，李鹏飞，韩啸，张斌，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。