【正文】 洞室圍巖應(yīng)力分布最均勻，圍巖穩(wěn)定性最好。圓形洞室洞壁處的應(yīng)力 ?? 可表示為： hv?? ?? ???? （ 36） 式中：α，β為應(yīng)力集中系數(shù)，其大小僅 與點(diǎn)的位置有關(guān)。 洞壁圍巖的穩(wěn)定性條件為： ccsF??? ? （ 31） ttsF??? ? （ 32） 式中： c?? 、 t?? 為洞壁處最大的環(huán)向壓應(yīng)力和拉應(yīng)力； c? 、 t? 為巖體飽和抗壓與抗拉強(qiáng)度； Fs 為安全 系數(shù)，一般取 Fs＝２。 根據(jù)巖石試驗(yàn)成果，按巖性并考慮對(duì)洞庫(kù)的影響程度，對(duì)巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 。該類巖體的顯著特點(diǎn)是 ：抗風(fēng)化能力差，與空氣、水接觸后（加上卸荷作用），強(qiáng)度降低較快，局部巖體甚至出現(xiàn)強(qiáng)度完全喪失的崩解現(xiàn)象，下圖為 ZK014 鉆孔的巖脈崩解照片；因巖脈屬后期侵入的新巖體，受應(yīng)力影響，與之接觸的花崗片麻巖巖體也往往較破碎。 早白堊世二長(zhǎng)花崗巖 (K1ηγ) ：淺肉紅色 ~灰白色，主要礦物為：斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、角閃石、黑云母等，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造， 巖體較完整 ~完整，強(qiáng)度高，屬堅(jiān)硬巖。 Ⅰ、 II、 III 區(qū)節(jié)理線密度都隨高程降低而減小，均出現(xiàn)密集區(qū)和稀疏區(qū)間隔發(fā)育的特點(diǎn)（見圖 2 2 25）。結(jié)構(gòu)面； IV 區(qū)主要為 NE45~60176。和⑤緩傾角結(jié)構(gòu)面（該組結(jié)構(gòu)面為物質(zhì)分異形成，規(guī)模較大，延伸長(zhǎng)度 20~30m，產(chǎn)狀一般與地形一致，由于地表卸荷作用，該組結(jié)構(gòu)面隙寬在 ~1cm，露頭間距為 3~6m。 （ 2）節(jié)理水平方向分布特征及結(jié)構(gòu)面分區(qū) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科生畢業(yè)論文 8 圖 22 黃島油庫(kù)庫(kù)址區(qū)結(jié)構(gòu)面分區(qū)圖 根據(jù)區(qū)域斷層和結(jié)構(gòu)面等的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該 區(qū)結(jié)構(gòu)面在平面上存在如下的分布特征：該區(qū)主要發(fā)育五組結(jié)構(gòu)面：①產(chǎn)狀為 60~75176。 該破碎帶對(duì)洞庫(kù)西北角洞室及施工巷道影響較大。該斷層未見鉆孔揭露，對(duì)本工程影響不大。 ZK007 鉆孔在 211~ 深度揭露為夾泥破碎帶，推測(cè) 傾角為 176。 ； ZK002 鉆孔在 ~ 深度揭露為破 碎帶，推測(cè)傾角為 52176。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB5001120xx）附錄 A，青島 7 個(gè)市轄區(qū)（包括黃島區(qū)）的抗震設(shè)防烈度為 6 度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值為 ，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。洞庫(kù)主體位于龍雀山南側(cè)，地面平均標(biāo)高約 220m，最高點(diǎn)位于大頂子，標(biāo)高為 ，最低點(diǎn)位于 ZK012 鉆孔處的豎井口位置，標(biāo)高 ，相對(duì)高差 。區(qū)域內(nèi)規(guī)模較大的水庫(kù)為小 珠 山水庫(kù)，起設(shè)計(jì)庫(kù)容量為 3111104m 3， 匯水面積達(dá) 34km2， 1996～ 20xx 年平均汛前蓄水量為 萬 m3/a，汛后蓄水量達(dá) 萬 m3/a，主要用于城鎮(zhèn)用水，灌溉面積僅 10km2。年平均霜期達(dá) 90 天，年平均結(jié)冰期為 天，多年平均凍土深 度約為 43cm。段壓剛采用 ansys 對(duì)洞庫(kù)斷面形狀進(jìn)行了優(yōu)化，五心拱能更好的減小拱頂?shù)某两担?duì)洞庫(kù) 的間距做了探討。在 20oC 的巖層中，國(guó)產(chǎn)液化石油氣體蒸汽壓力為 間，為防止氣體滲漏，國(guó)產(chǎn)液化石油氣體洞庫(kù)設(shè)置拱頂深度為 90m。 石油液化氣在常溫、常壓狀態(tài)下是氣體加壓 20oC 時(shí)，丙烷約為 ，丁烷約為 或冷卻 氣壓下，丙烷為 42oC,丁烷為 1oC 都容易使液化石油氣體變成液體。 由于這種液化石油氣體地下儲(chǔ)庫(kù)是具有高邊墻，大跨度，不砌襯的超大斷面地下洞室群，不僅要解決好在開挖過程中的圍巖穩(wěn)定問題，更重要的是確保地下洞室 群能長(zhǎng)期安全，穩(wěn)定的運(yùn)行。由于我國(guó)石油煉廠的增加，石油液化氣作為煉化廠的副產(chǎn)品的產(chǎn)量也在不斷增加，而各個(gè)煉廠的液化石油氣體儲(chǔ)存能力有限，因此液化石油氣體儲(chǔ)庫(kù)對(duì)于煉廠的安全健康運(yùn)營(yíng)有重要的意義。 關(guān)鍵詞 ：穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、塊體理論、平衡拱、圍巖壓力、支護(hù) ABSTRACT Liquefied petroleum gas as a clean energy source, but also a Grade flammable chemicals, liquefied petroleum gas underground storage is the use of underground caverns and seal technology to store liquefied petroleum gas, a safe, economical, large reserves advantages. LPG underground storage is the future direction of development of energy storage, in a foreign country has dozens of types of underground oil and gas reservoirs, and our pilot study is currently being liquefied petroleum gas underground storage of various technologies. Underground engineering has bee the development trend of social geotechnical engineering, engineering and construction of many large space on the ground is not only a waste of land resources, but there is a big security risk. Since the development of China39。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目： 黃島某原油地下庫(kù)洞室圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 摘要 石油液化氣既是一種清潔能源 ,又是甲級(jí)易燃易爆化學(xué)品 , 石油液化氣地下儲(chǔ)庫(kù)是利用地下洞室及水封技術(shù)來儲(chǔ)存液化氣 ,具有安全、經(jīng)濟(jì)、儲(chǔ)量大的優(yōu)點(diǎn)。首先是理論準(zhǔn)備，對(duì)原油地下庫(kù)洞室進(jìn)行介紹；然后對(duì)所在地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行了介紹；再次對(duì)洞室穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為整體和局部進(jìn)行，整體穩(wěn)定性利用圍巖的應(yīng)力重分布的方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，根據(jù)圍巖重分布應(yīng) 力計(jì)算或?qū)崪y(cè)結(jié)果，求出圍巖中的最大拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，將其與巖體的抗拉或抗壓強(qiáng)度比較，來評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性，而局部穩(wěn)定性利用塊體理論進(jìn)行分析，又分為拱頂和側(cè)壁兩種分別進(jìn)行評(píng)價(jià)；最后利用平衡拱理論算出圍巖壓力，然后以圍巖壓力作為參考，計(jì)算出錨桿面積，從而給出支護(hù)建議。石油液化氣作為石化能源 的重要組成部分，在我國(guó)年消耗量達(dá) 2300 萬噸。洞室開挖過程及開挖后巖體內(nèi)部的初始地應(yīng)力將發(fā)生重新分布，洞室圍巖的內(nèi)力和變形將怎樣變化，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件和工況下 (如高水位情況、受動(dòng)荷載影響等 )對(duì)圍巖的應(yīng)力和變形進(jìn)行定量的分析，對(duì)圍巖的安全穩(wěn)定性做出正確的判斷，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)施工提供理論依據(jù)，因此研究具體地質(zhì)條件下地下洞室圍巖穩(wěn)定性意義是十分重大的。同時(shí)利用油比水輕以及油水不能混合的性質(zhì)，流入洞內(nèi)的水則沿洞壁匯集到洞底部形成水床，并由油泵抽出 ,這就是水封式儲(chǔ)氣的原理。而國(guó)內(nèi)石油液化氣是石油煉廠的副產(chǎn)品，其中包括丙烷，丁烷及其他烷烴類氣體。 在液化石油氣體儲(chǔ)庫(kù)穩(wěn)定研究方面，我國(guó)專家學(xué)者對(duì)此方面的研究處于起步階段，王中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科生畢業(yè)論文 3 芝銀教授采用數(shù)值模擬的方法模擬試驗(yàn)了石油洞庫(kù)群的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為油庫(kù)的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)王怡通過三維流固禍合分析發(fā)現(xiàn)地下水滲流對(duì)洞庫(kù)圍巖強(qiáng)度弱化，特別是在洞室交叉部位，塑性區(qū)及圍巖變形明顯增大。春季為 ℃ ～ ℃ ，易出現(xiàn)低溫，干燥多風(fēng)；夏季為 21℃ ～ 26℃ ，最高出現(xiàn)在 8 月，盛吹東南季風(fēng)，氣候涼爽宜人；秋季為 7℃ ～20℃ ；冬季為 ℃ ～ ℃ ，最低氣溫在 1 月。流域面積在 10 平方公里以上的河流共 5 條，即南辛安河、辛安前河、橫山河、周家夼河、獨(dú)垛子西河， 徑流分別匯入膠州灣和黃海。 ，山脊南北兩側(cè)發(fā)育近南北向及北東向沖溝。 依據(jù) 20xx 年國(guó)家地震局頒布的第四代區(qū)劃圖及其對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)關(guān)系，場(chǎng)地的地震基本烈度為 6 度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值為 ，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。 ZK001 鉆孔在 ~ 深度揭露為破碎帶，推測(cè)傾角為 50176。 呈沖溝負(fù)地形，在南北兩端沖溝中均有露頭，山脊鞍部位置有閃長(zhǎng)巖脈出露，地表破碎帶寬度 ~，具右行壓扭性質(zhì)。 ，山脊南側(cè)近 直立。 ，破碎帶向西南延伸逐漸變窄，至洞庫(kù)西側(cè)地表破碎跡象已不明顯。該類結(jié)構(gòu)面主要分布在巖脈與花崗片麻巖接觸的花崗片麻巖巖體中，其產(chǎn)狀變化較大，密度較大?！?74~85176。結(jié)構(gòu)面； III 區(qū)主要為近南北方向和NE45176。Ⅳ和Ⅴ區(qū)在洞庫(kù)之外，對(duì)洞庫(kù)影響不大，在此不做深入的統(tǒng)計(jì)分析。洪積層主要分布在沖溝內(nèi)，多為含粘性土碎塊石，松散 ~稍密，厚度一般為 ~。 早白堊世中煌斑巖、閃長(zhǎng)巖 (K1χ 、 δ) ：灰綠 ~深灰色，細(xì)晶 ~隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)度稍低于與其接觸的花崗片麻巖，地表多呈條帶（脈）狀產(chǎn)出，局部呈小巖珠產(chǎn)出， ZK00ZK00 ZK00 ZK006 、 ZK00 ZK012 鉆孔揭露厚度較大，因此，可判定該 6 個(gè)鉆孔所在區(qū)域?yàn)閹r脈密集區(qū)。 第五節(jié) 巖石物理力學(xué)性質(zhì) 對(duì)洞庫(kù)區(qū)巖體采取巖芯樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見巖土物理力學(xué)試驗(yàn)成果表。計(jì)算方法是根據(jù)圍巖重分布應(yīng)力計(jì)算或?qū)崪y(cè)結(jié)果，求出圍巖中的最大拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，將其與巖體的抗拉或抗壓強(qiáng)度比較，來評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性。該系數(shù)反映了洞壁各點(diǎn)開挖前后應(yīng)力的變化情況。③長(zhǎng)方形短邊中點(diǎn)應(yīng)力集中大于長(zhǎng)邊中點(diǎn)，而角點(diǎn)處應(yīng)力集中最大，圍巖最易失穩(wěn)。同時(shí)也說明裂隙水對(duì)洞室的穩(wěn)定性影響極其大。這時(shí)分離體 DEF 的穩(wěn)定性系數(shù)為： 242c o s ta ns inW cLW??? ? ?? 如圖 33 計(jì)算側(cè)壁的穩(wěn)定性系數(shù)過程如下表所示： 表 34 側(cè)壁計(jì)算過程 巖體分級(jí) 重度（ kN/m3） 內(nèi)聚力C（ MPa） 內(nèi)摩擦角φ（176。 圖 41 平衡拱及受力分析示意圖 xoy 如圖，曲線 LoM 為平衡拱，對(duì)稱于 y 軸。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科生畢業(yè)論文 24 圖 42 圍巖壓力的計(jì)算圖 如果洞室側(cè)壁邊也不穩(wěn)定，則洞的半跨將由 b 擴(kuò)大至 b1，如圖所示。） 抗拉強(qiáng)度（ MPa ） 單軸抗壓強(qiáng)度（干燥） f b b1 l h1 P1 P2 I 10 100 10 5 12 30 II 6 60 6 5 15 30 1672 III 30 3 5 19 30 1519 3285 IV 15 5 23 30 3483 7482 V 8 5 24 30 6719 12803 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科生畢業(yè)論文 27 第二節(jié) 圍巖支護(hù)方案的建議 由規(guī)范《巖土錨桿 (索 )技術(shù)規(guī)程》 可知，鋼錨桿桿體的截面面積應(yīng)按下式確定： ttsrkKNA f? （ 415） 其中 Kt 為錨桿桿體的抗拉安全系數(shù) Nt 為錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)值 frk 為鋼筋郊縣的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ kPa）。最后得出以下結(jié)論： 由圍巖的整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可知，對(duì)于主洞室在干燥情況下 %的穩(wěn)定性系數(shù)是小于 1 的， 處于失穩(wěn)狀態(tài)的。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科生畢業(yè)論文 29 致謝 光陰似箭，歲月如梭，四年大學(xué)生活即將結(jié)束，短暫而美好！在大學(xué)里，我認(rèn)識(shí)了很多讓我終生難忘的老師和同學(xué)，與你們相遇是我人生中頗為得意的事