内衬式高压储气库群布局参数优化及稳定性分析
发布时间：2021-01-06 11:43
内衬式岩洞高压储气库兼具抽取率高、循环能力强,且能承受更高的内压力等优点,克服了传统压缩空气储能系统的诸多缺陷,是一种应用前景广阔的储能方式。论文以洞室埋深、内径和间距等3个最主要的储气库布局参数为影响因素,采用ABAQUS有限元软件基于正交试验设计模拟工况,以关键点的位移和塑性区面积作为评价指标,通过单因素试验研究了洞室间距、埋深及内径对围岩变形和稳定性的影响规律,提出了洞室群优化布局建议。研究表明:洞室埋深是影响储气库围岩变形和塑性区面积的最显著因素,其次为洞距和洞径;随着埋深的增大洞室围岩塑性区的发育区域得到有效的抑制,且塑性区主要分布于洞室顶部;增大洞距可有效削弱高内压对围岩的启裂效应;衬砌的最大拉应力主要分布在结构的顶部和底部,增大埋深或减小高径比都有助于提高衬砌的稳定性;综合分析表明储气库群的最优布局方案为埋深400 m、内径42 m、间距60 m。研究成果为内衬式高压储气库群的优化布局和稳定性评价提供了参考依据。
【文章来源】：工程地质学报. 2020,28(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
研究区区域构造地质图
模型采用Quad单元形状进行网格划分，网格最大尺寸为10im，洞室附近为3～5im，以便进行加密和过渡，如图2所示。因研究区域所在的构造应力水平相对较低，计算过程仅考虑岩石自重。进行初始应力计算时，模型除上表面为自由边界，不受任何约束之外，其余边界均取法向位移约束。分3个步骤进行计算，即初始地应力平衡、洞室开挖、施加衬砌和10 MPa内压，最终获取计算结果。2.2 物理力学参数
通过图4可以看出，洞室间距对洞室围岩的变形影响较小，衬砌对洞室稳定性的增强效果体现明显，其中靠近内部一侧边墙，即右边墙(G1、G2、G3)的位移呈增大趋势，分析原因可能是间距增大之后，洞内高压力对左右洞室开挖之后径向应力卸载效应的补偿减弱，从而使得储气库群间的相互作用受到削弱(Martin et al.,2009)。远离一侧，即左边墙(G5、G6、G7)的位移呈减小趋势。顶部(G4)和底部(G8)均产生抬升和隆起，且随间距的增大而减小，底部隆起量是顶部抬升量的2倍左右。在洞室间距为60～100 m范围内，围岩均未出现塑性区。图4 不同洞距下位移和塑性区面积变化曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CDEM的隧道卸压爆破及岩爆抑制效应模拟[J]. 陈柯竹,李天斌,马春驰,张航,高美奔. 工程地质学报. 2020(03)
[2]基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析[J]. 周亚东,张彬,耿招,陈大伟,罗俐,苏海峰. 工程地质学报. 2019(05)
[3]基于渗流-损伤-应力耦合作用下考虑力学参数弱化的巷道围岩变形破坏分析[J]. 孙琪皓,马凤山,赵海军,郭捷,冯雪磊. 工程地质学报. 2019(05)
[4]海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统水封可靠性研究[J]. 李玉涛,张彬,石磊,彭振华,李俊彦. 工程地质学报. 2019(02)
[5]不同开挖方法偏压大跨隧道围岩稳定性对比分析[J]. 耿招,张彬,李伟瀚,黄峰,王汉勋. 工程地质学报. 2018(04)
[6]压缩空气储能技术现状与发展趋势[J]. 张建军,周盛妮,李帅旗,宋文吉,冯自平. 新能源进展. 2018(02)
[7]高地应力条件下深埋洞室围岩损伤区孕育机制[J]. 范勇,卢文波,周宜红,赵春菊,严鹏. 工程地质学报. 2017(02)
[8]埋深对压气储能内衬洞室稳定性影响的定量分析[J]. 夏才初,赵海斌,梅松华,周舒威,张平阳,周瑜. 绍兴文理学院学报(自然科学). 2016(03)
[9]Design issues for compressed air energy storage in sealed underground cavities[J]. P.Perazzelli,G.Anagnostou. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016(03)
[10]压缩空气储能技术及其应用探讨[J]. 梅生伟,薛小代,陈来军. 南方电网技术. 2016(03)
本文编号：2960508
【文章来源】：工程地质学报. 2020,28(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
研究区区域构造地质图
模型采用Quad单元形状进行网格划分，网格最大尺寸为10im，洞室附近为3～5im，以便进行加密和过渡，如图2所示。因研究区域所在的构造应力水平相对较低，计算过程仅考虑岩石自重。进行初始应力计算时，模型除上表面为自由边界，不受任何约束之外，其余边界均取法向位移约束。分3个步骤进行计算，即初始地应力平衡、洞室开挖、施加衬砌和10 MPa内压，最终获取计算结果。2.2 物理力学参数
通过图4可以看出，洞室间距对洞室围岩的变形影响较小，衬砌对洞室稳定性的增强效果体现明显，其中靠近内部一侧边墙，即右边墙(G1、G2、G3)的位移呈增大趋势，分析原因可能是间距增大之后，洞内高压力对左右洞室开挖之后径向应力卸载效应的补偿减弱，从而使得储气库群间的相互作用受到削弱(Martin et al.,2009)。远离一侧，即左边墙(G5、G6、G7)的位移呈减小趋势。顶部(G4)和底部(G8)均产生抬升和隆起，且随间距的增大而减小，底部隆起量是顶部抬升量的2倍左右。在洞室间距为60～100 m范围内，围岩均未出现塑性区。图4 不同洞距下位移和塑性区面积变化曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CDEM的隧道卸压爆破及岩爆抑制效应模拟[J]. 陈柯竹,李天斌,马春驰,张航,高美奔. 工程地质学报. 2020(03)
[2]基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析[J]. 周亚东,张彬,耿招,陈大伟,罗俐,苏海峰. 工程地质学报. 2019(05)
[3]基于渗流-损伤-应力耦合作用下考虑力学参数弱化的巷道围岩变形破坏分析[J]. 孙琪皓,马凤山,赵海军,郭捷,冯雪磊. 工程地质学报. 2019(05)
[4]海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统水封可靠性研究[J]. 李玉涛,张彬,石磊,彭振华,李俊彦. 工程地质学报. 2019(02)
[5]不同开挖方法偏压大跨隧道围岩稳定性对比分析[J]. 耿招,张彬,李伟瀚,黄峰,王汉勋. 工程地质学报. 2018(04)
[6]压缩空气储能技术现状与发展趋势[J]. 张建军,周盛妮,李帅旗,宋文吉,冯自平. 新能源进展. 2018(02)
[7]高地应力条件下深埋洞室围岩损伤区孕育机制[J]. 范勇,卢文波,周宜红,赵春菊,严鹏. 工程地质学报. 2017(02)
[8]埋深对压气储能内衬洞室稳定性影响的定量分析[J]. 夏才初,赵海斌,梅松华,周舒威,张平阳,周瑜. 绍兴文理学院学报(自然科学). 2016(03)
[9]Design issues for compressed air energy storage in sealed underground cavities[J]. P.Perazzelli,G.Anagnostou. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016(03)
[10]压缩空气储能技术及其应用探讨[J]. 梅生伟,薛小代,陈来军. 南方电网技术. 2016(03)
本文编号：2960508
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