基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2012／20(5)一0789_07基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究水张彬李卫明封帆吴兵曹小亮(中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083)摘要地下水封油库通常建造于完整性好的结晶岩体内部，利用“隙存水封”的原理将油气封闭于地下洞室内部，洞库围岩在施工及运营期间具有典型的流固耦合特征。论文基于裂隙岩体流固耦合理论，采用COMSOLMuhiphysics软件对洞库围岩不同工况下流固耦合特征进行了模拟研究。研究结果表明：地下洞库

2、在不设置人工水幕情况下，开挖后洞室顶部地下水位明显下降，并形成降落漏斗，可能导致洞室油气外溢；设置人工水幕后，洞室顶部地下水位下降趋势得到明显控制，有效确保了水封的可靠性；在设置水幕的情况下，洞室直墙及洞室拱顶与底板角点处出现明显的应力集中，但围岩仍未出现连贯塑性区，洞室最大位移不超过5mm，洞室围岩稳定性良好。分析成果对于指导洞库优化设计及施工具有一定的参考价值。关键词地下水封油库流固耦合COMSOLMutiphysics软件渗流场应力场中图分类号：Ir【J46文献标识码：ANUMERICALSS】[cULATIoNFoRFLUID．

3、SoLIDCoUPLGCHARATER．ISTICSINSURRoUNDINGRoCKoFUNDERGRoUNDWATER．SEALEDoILSToRAGEBASEDZHANGBinLIWeimingFENGFanWUBingCAOXiaoliang(ChinaUniversityofGeoscienees(Beifng)，SchoolofEngineering&Technology，Beijing100083)AbstractUndergroundwater—sealedoilstorageisusuanybuiltinintegra

4、lcrystallinerockmasses．Basedonthetheoryofwatersealing，oilisstoredinundergroundcavern．Inthesurroundingrock，typicalfluid—solidcouplingcharacteristicsexistintheprocessofconstructionandrunning．Basedonflow—solidcouplingtheoryoffracturedrockmass，COMSOLMuhiphysicssoftwareisused

5、tosimulatethefluid—structureinteractionofsuroundingrockunderdifferentworkingconditions．Researchresultsshowthefollows．Withoutsettingwatercurtainstheundergroundwa—terlevelattopofthecaverndecreasesobviouslyandformsthefunnel，whichcouldleadthespillofoilandgas．Af-terthewatercu

6、rtainsareset，thefalltrendofwaterleveliseffectivelycontrolledandthesealingofcavernisen-sured．Withsettingwatercurtains，obviousstressconcentrationappearsinstraightwall，vaultandthecornerpointsoffloor．Buttheplasticzonestilldoesnotappearinsurroundingrock．Themaximumdisplacement

7、ofcaverndoesnotexceed1mm．Besides．thestabilityofsuroundingrockisgood．Theresultscanserveasreferencestothede—signandconstruction0tundergroundengmeenng．KeywordsUndergroundwater-sealedoilstorage，Fluid-solidcoupling，COMSOLMultiphysicssoftware，Seepagefield，Stressfield收稿日期：2012—

8、05—20；收到修改稿日期：2012—06—28．基金项目：国家自然科学基金项目(40902086)，水利部岩土力学工程重点实验室开放基金项目(G07-08)和中央高校基本科研业务经费项目(2010ZY14