项目名称大型地下水封洞库围岩系统稳定性研究及其示范应用

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1、项目名称：大型地下水封洞库围岩系统稳定性研究及其示范应用完成人：晏鄂川、宋琨、季惠彬、陈刚、宋矿银、曹洋兵、谭立勤朱华、梁建毅、胡成、王泽利、胡德新、王亚军、高连通王章琼完成单位：中国地质大学（武汉）北京东方新星石化工程股份有限公司黄岛国家石油储备基地有限责任公司三峡大学山东科技大学二、项目简介本项目属于工程地质学科、岩体力学与水力学科的交叉研究领域，用于解决石油、天然气储存与运输工程中重大问题。为确保国家能源安全，形成90天石油战略储备能力的重要保障是建设地下水封洞库。尽管已于2003年开始规划建设，但

2、至2009年我国地下水封洞库建设进展不大，重要原因是未完全掌握由国外控制的地下水封储能库建设核心技术。地下水封洞库要求安全的高边墙、大跨度地下洞室群与有效的人工水幕系统并存，显著特点是洞室群长期处于动态循环地下水作用。为此，工程上急需解决“洞室群水封效果与稳定性难题”，其中涉及的关键基础科学问题是H-M耦合中的围岩渗透特性与稳定性研究。因此，本项目围绕此科学问题重点研究“地下工程的岩体结构模型、渗透模型以及长期动态循环地下水与岩体相互作用的围岩稳定性”。本项目突破了长期动态循环地下水作用的洞室群稳定性评价

3、技术瓶颈，并在示范工程中成功推广应用。申报单位自2009年开始作为我国水封洞库的参建单位（黄岛、烟台万华、湛江洞库工程），从工程选址到施工的全过程，针对地下水封洞库围岩系统稳定性研究取得如下创新成果：（1）基于区域稳定性分区，提出了建库地质适宜性评价指标体系，解决了我国东部沿海地带水封洞库选址问题；（2）基于地质构造演化以及结构面测绘、钻孔摄像技术和井中充电法研究，提出了花岗岩类裂隙岩体结构模型建模与表征方法；（3）基于钻孔岩芯、电视摄像和声波测试，提出了岩体渗透系数“RMP估算模型”，揭示了结构面等效水

4、力隙宽与法向应力间的变化规律。为水幕系统设计提供了理论支撑；（4）针对洞室群长期动态循环地下水作用特点，首次揭示了洞室群的围岩水压力分布、变化规律及其主要影响因素。针对围岩渗透各向异性及洞库营运状况，研究了洞室群应力、应变、塑性区特点与变化，揭示了洞室围岩稳定性变化规律。基于离散介质力学的地下洞室围岩破坏空间分布及破坏模式，提出了建设中需及时采取有限注浆堵水措施控制围岩系统的稳定性。为水封洞库洞室群的结构、支护设计提供了理论基础。研究成果在烟台万华洞库（100万m3）、黄岛洞库（320万m3）、湛江洞库（

5、500万m3）工程中得到了示范推广应用，近三年节省建设成本1.43亿元，取得了显著经济效益。同时，在三部行业标准《地下水封石油洞库预可研设计规范》、《地下水封石油洞库初步设计规范》、《地下水封石油洞库工程建设规范》中得到采纳应用，提升了我国独立建设地下水封洞库工程的能力。在《岩石力学与工程学报》、《地球科学》等发表论文30余篇；出版《地下水封洞库围岩系统稳定性评价理论与应用》专著1部(印刷中)；申报“钻孔抽压水试验设备”、“含损伤裂隙系统岩石试件的制备方法”“一种岩石损伤裂隙系统标定方法”专利3项；登记注

6、册软件“三维数字洞库导航软件”1项。项目研究过程中培养从事地下水封洞库工程相关的工程地质、岩石力学和水文地质研究的博士研究生5名，硕士研究生4名和本科毕业生5名，显著提升了合作单位中青年技术人员的业务能力和水平，为国内地下能源洞库工程建设培养了大量技术人才。研究获得的“地下工程的岩体结构模型、渗透模型以及长期动态循环地下水与岩体相互作用”等理论成果，推动了地质工程、岩石力学等学科的发展。项目研究打破了国外在地下水封能源洞库建设方面的技术壁垒，突破了长期动态循环地下水作用的洞室群稳定性评价技术瓶颈，对保证国

7、家能源安全和石油、天然气储运等行业的进步发展具有重要意义。四、第三方评价和应用情况1.第三方评估（1）成果鉴定。2015年4月21日，中国岩石力学与工程学会在北京对“大型地下水封洞库围岩系统稳定性研究及其示范应用”项目成果进行了成果鉴定。鉴定专家组由蔡美峰院士、唐春安教授、杨强教授、殷跃平研究员、汪小刚教高、伍法权研究员、方祖烈教授等7位专家组成。研究成果得到中国岩石力学学会鉴定委员会专家的认真审阅。七位专家一致认为，项目对大型地下水封洞库围岩系统稳定性研究及其示范应用，首次提出了建库地质适宜性评价指标体

8、系、构建了可考虑指标权重的结构面自组织模糊聚类分组模型、建立了岩体非贯通结构面的离散元表征方法、提出了岩体渗透系数“RMP估算模型”、研究了考虑岩体渗透各向异性及其围岩水压力分布规律与稳定性特征等创新理论与方法。研究成果总体达到国际领先水平。研究成果在我国多座大型地下水封洞库工程成功应用，产生了显著的社会和经济效益，具有广阔的推广应用前景。（2）成果发表。项目团队针对大型地下水封洞库围岩系统稳定性研究，在《岩石力学与工程学报》