地下水封油库工程中三维地应力测量及其应用.pdf

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1、第22卷第1期地质力学学报V01．22No．12016年3月JOURNALOFGEOMECHANICSMar．2016文章编号：1006-6616(2016)01-0114—1i地下水封油库工程中三维地应力测量及其应用郭书太，崔少东，王成虎，孟静，谭成轩(1．中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000；2．中国地震局地壳应力研究所。北京100085；3．中国地质科学院地质力学研究所。北京100081)摘要：地下水封油库是一种复杂的地下工程，在施工期间开展岩体原位应力三维测量．对设计的开挖和支护方案进行检验和复核，有利于设计优化和指导施工。

2、采用水压致裂测量方法，在油库内南北水平、东西水平和垂直3个方向钻探成孔进行地应力测量，综合3个方向的地应力测量结果，计算确定三维地应力大小和方向。计算结果验证了设计所使用的勘察阶段地应力测量结果的可靠性，检验和复核了设计施工方案的合理性，并进一步评价了地下水封油库围岩稳定性。关键词：地下水封油库；三维地应力测量；油库围岩稳定性中图分类号：P553文献标识码：A大型地下水封油库是一个复杂的地下空间结构，在有限的范围内，包含了三维空间相互交叉或重叠的储油洞室、水幕系统、施工巷道、竖井等。尤其对于大跨度、高边墙的储油洞室，高度往往达到2O～30m，宽度在

3、20m左右。这些地下空问要求尽量以无衬砌岩洞的形式存在，并且必须要保证50a甚至更长时间的长期稳定性。原岩应力的存在对洞室稳定性有重要影响[1]，因此有必要对岩体的地应力大小和方向进行测量，以便对洞室的布置、设计优化和长期稳定性做出可靠的判断“j。本文对于正在建设中的某地下水封油库，在洞室开挖完成后，于洞室内选取适当的位置进行三维地应力测量，验证了设计时所用的勘察阶段地应力测量结果的可靠性，检验和复核了设计的开挖和支护方案的合理性，为地下工程的安全性评估和油库的运营管理提供了准确的基础数据。1工程场地条件本文研究的某地下水封油库拟建库容为300×1

4、0m，储油洞室底板在地表下100IYI左右。库址属于低缓丘陵地貌，占地约1km，地面高程17—43m，表层被第四系覆盖，局部收稿日期：2015．10-29作者简介：郭书太(1966．)，教授级高级工程师，主要从事岩土工程、油气储运工程等方面的勘察、设计和研究丁作。E-mail：cppe—guost@cnpc．corn．cn通讯作者：谭成轩(1964一)，博士，研究员，主要从事构造应力场、区域地壳稳定性评价等研究工作。E—mail：tanchengxuan@tom．com第1期郭书太，等：地下水封油库工程中三维地应力测量及其应用115出露基岩。该地下

5、水封油库大地构造位置属中朝准地台燕山台褶带山海关台拱与辽西台陷交接部位东缘的北镇凸起，位于朝阳穹褶断束和绥中凸起的交汇处。场区外有3组区域断裂：近东西向断裂、北东向断裂和北西向断裂，距离较远，都在12km之外，不会产生直接影响。场区岩性主要为燕山期花岗岩，平面形态呈北西一南东的椭圆形，出露面积7．6km。，岩石呈浅肉红色，中粒结构，块状构造；含有辉绿岩、角闪闪长玢岩、花岗斑岩等岩脉。表层风化．全风化及强风化层厚度15～30m2三维地应力测量2．1测量方法水压致裂法地应力测量是国际岩石力学学会试验方法委员会颁布的确定岩石应力所推荐的方法，也是目前国际

6、上能较好地直接进行深孔应力测量的先进方法[9一。该方法无需知道岩石的力学参数就可获得岩体中现今地应力大小和方向，并具有操作简便、可在任意深度进行连续或重复测试、测量速度快、测值可靠等特点。在钻孔内进行的水压致裂法，是基于与钻孔轴向垂直的二维应力测量方法，因此只能获得垂直于钻孔轴向的二维应力场。要想获得三维应力场，需要对相互垂直交汇的3个钻孔分别进行应力测量，每一个钻孔建立各自的应力平衡方程，通过坐标变换求解出大地坐标系下的主应力方向和大小l】卜]。2．2测点布置三维地应力测点位于其中一个洞室内，包括3个NTL：东西向水平钻孔JZNS．1、南北向水平

7、钻孔JZWE．2和垂直钻孔JZVZK一3。3个钻孔的布置如图1所示，其中JZNS一1孔深30．O0m，JZWE．2孔深30．00m，JZVZK一3孑L深60．00in。图1锦州某地下水封油库内地应力测点钻孔布置示意图Fig．1Thesketchmapshowingthearrangementofdrillingboreholesforin—situcrustalstressmeasurementinanundergroundwater—sealed0ilstoragecaveinJinzhoucity为确保测试结果的可靠性，根据岩芯状况，在钻孔中共

8、选择多个深度段进行水压致裂地应力测量，压裂段长度为0．55m，选择在无裂隙的完整岩石、孔径均匀处。116地质力学学报201