某地下水封石油洞库围岩结构面统计规律与水幕试验初步结果分析

石油储备是保障国家能源安全、国民经济稳定快速发展的重要手段，我国已成为石油消耗大国，加快建成保障国家能源安全的石油储备设施是当务之急。目前石油储备的方式有地上储罐、地下储罐、地下废弃矿井、地下盐穴储库和地下水封洞库等，其中地下水封洞库技术是在地下岩体中由人工挖掘形成的一定容积洞室中储存各种石油产品 [1]，并通过设计控制地下水由围岩裂隙流入油库实现密封储油的一种技术，因其安全高效且成本低成为国内外储存石油的主要发展方向。

对岩体结构面进行实地测量和统计分析，获得岩体结构面分布规律和特征，是岩体工程稳定性研究的基础。关于结构面分组的方法有结构面产状聚类算法 [2]、全局优化算法 [3]、模糊C均值聚类算法 [4]，目前最普遍的结构面分组方法是根据结构面的产状数据进行优势结构面分组。对于结构面迹长的计算方法最常见的是统计窗口法、Laslett迹长估计法、Cruden迹长估计法和H-H迹长估计法 [5]。

关于地下水封洞库水幕系统的研究，刘静华等 [6]通过水幕孔在不同水动力状态下压力变化的情况对水幕系统的密封效果作出判断评价；王者超等 [7]针对黄岛水封石油洞库研究了水幕系统设计原则与连通性判断方法。时洪斌等 [8-9]以黄岛地下水封储油洞库为研究背景，开展了人工水幕系统设计数值分析和水封效果评价，估算了储油洞室渗水量，优化了各水封参数的选取。张彬等 [10]进行了水封油库洞室的应力场和渗流场数值模拟，分析洞室周围地下水位、孔隙水压及围岩应力场的变化。平洋等 [11]建立了黄岛地下石油储库围岩的随机裂隙网络模型，采用离散介质流固耦合理论进行了洞库水封性评价。张奇华等 [12]通过分析现场水幕试验数据获得黄岛水封洞库水幕系统围岩等效渗透系数分区图，为渗透性试验的理论分析和渗透参数取值的研究提供了一定的参考。上述水幕系统围岩渗透系数的分区、水封性评价、主洞室渗水量的预测和随机裂隙网络模型建立都是以围岩裂隙岩土参数的统计分析为基础而进一步展开研究的。因此，对围岩裂隙岩土参数的统计分析对研究水封洞库有着重要的意义。

4. 前金州録事参军，因谴庐陵，系扵法理，□恋不及，颒血兴哀，上奉□仁，用摅冈极。(《杜娩墓志》)[4]

本研究以正在建设的某地下水封洞库为背景，现场获得大量的主洞室围岩结构面几何参数数据和较多单孔注水-回落试验数据，利用数理统计的方法，将数据进行分类统计，统计分析了结构面迹长的分布形式，确定主洞室围岩结构面优势产状，分析水幕巷道的地下水位位置和吕荣值分布特征，并与黄岛地下水封洞库吕荣值分布特征进行对比分析。通过分析以上数据获得的围岩结构面的优势产状、地下水位位置和吕荣值分布特征可为在地下水封石油洞库的建设与研究提供一定的指导和参考意义。

微课使得高中数学教学能够克服传统教育存在的缺陷，使学生能热爱学习、高效率的学习，使得老师数学教学更加得心应手，提高了教学效率。因此，微课将成为改革数学教学的重要途径，也是一种值得推广的教学方法。在新课程理念下，高中数学教师应采用多种方式开展微课结合课堂教学，积极坚持新课程理念，促进每个学生的发展。积极创造良好教学情境，激发学生学习兴趣，运用微课建立学生知识体系,帮助学生学好数学。

本文提出一种基于遗传优化算法的多列车运行节能研究方法，并以我国某地铁线路4个区间组成的短线进行多列车列车节能仿真分析，优化得到停站时间和发车间隔时间。结论可为多列车节能运行提供有效指导。

1 工程概况

1.1 洞库基本情况

某石油储备地下水封洞库地下工程包括主洞室和水幕系统，地下主洞室设计的总库容为5×1010 m3，共有10个主洞室，主洞室为直边墙圆拱洞，跨度为20 m，高度为30 m（每次开挖约10 m），长度923 m，主洞室底板高程-110 m，拱顶高程-80 m。此外地下洞室还布置3条主施工巷道、6条支施工巷道、15条连接巷道、15个竖井。主洞室壁与相邻施工巷道壁之间设计净间距为30 m，两个相邻主洞室之间设计间距为40 m [13]。水幕系统由8条水幕巷道和918个水幕孔组成，水幕巷道底板高程-55 m，水幕巷道1～3断面尺寸为5 m×4.5 m（宽×高），水幕巷道4～8断面尺寸7 m×6 m（宽×高），巷道为直墙圆拱形，在水幕巷道1～6中，设置孔径110 mm，孔长覆盖洞室壁以外10 m，水幕孔高程-53.5 m，水幕孔水平间距为10 m。

1.2 工程地质

拟建库址区属波状平原及滨海地带。剥蚀残丘地形，高程在-0.49 ～ 35.23 m。最高点与最低点分别位于库址区西北侧山顶与南侧西河边。库址区内的地层主要为片麻状花岗岩（约占洞库岩体的86 %）和花岗闪长岩。根据库址区范围的断层和结构面的调查，洞库范围内发育有F1、F2、F3三条断层破碎带断裂 [13]，如图1所示。

  

图1 库区工程地质水文地质简图Fig.1 The schematic diagram of engineering geology and hydrology geology in the storage cavern

1.3 水文地质

根据水文地质调查，库址区的含水介质主要以燕山一期片麻状花岗岩为主。地下水的主要类型为松散岩类孔隙水和浅层基岩网状、深层基岩脉状裂隙水。场区地下静止水位一般为4.60 ～ 24.18 m，库区地下水水位埋深浅，钻孔揭示的深层水位范围为4.96 ～ 18.92 m。

2 结构面几何参数统计分析

现场获取的1、2、3、4、7、8、9、10号主洞室第一层的地质素描图，采用窗口法统计分析这8个主洞室结构面迹长的分布规律。

2.1 迹长统计分析

2.1.1 迹长统计方法

统计8个主洞室围岩结构面的迹长频数分布，根据迹长频数分布情况拟合出正态曲线，如图2所示，从图中可以得知拟合出的正态分布函数的均值μ= 20.19 m，标准差σ = 8.55 m。其函数为：

假定8个主洞室结构面迹长呈现正态分布，函数为：

 

式中σ为标准差，μ为平均数。

运用窗口法研究结构面迹长的分布情况，窗口法是在宽度为w、高度为h的取样窗内，将结构面与该窗口的几何交切形式分成3种类型：① 两端可见；② 一端可见；③ 两端均不可见。根据结构面交切窗口概率与测量窗口尺度之间的关系，推导裂隙中点服从均匀分布条件下的迹长估算公式（简称H-H 迹长估算公式 [5]）：

水利部部长陈雷出席会议并讲话，他强调，要紧密团结在以习近平同志为总书记的党中央周围，全面贯彻落实中央一系列重大决策部署和李克强总理、汪洋副总理重要批示精神，扎实做好水利防灾减灾、改革发展、建设管理各项工作，努力开创中国特色水利现代化新局面。

 

式（2），式（3）中 n0——两端均不可见的结构面条数；

由式(1)可知，微波选择性加热矿石矿物时，矿石矿物吸收一定的微波能后，其始末温差与其比热容和热涨系数相关，表8和表9列出了黄铁矿和脉石矿物的比热容和热膨胀系数[17] 。

n2——两端可见的结构面条数；

N——结构面总数。

2.1.2 迹长统计结果与分析

对8个主洞室围岩结构面迹长统计中，按照高度33 m，宽度100 m作为一个窗口，分别统计得到两端可见迹长的类型共有2 957条、两端不可见迹长的类型共有269条、一端可见一端不可见迹长的类型共有2 542条，结构面总数为5 768条。可知8条主洞室结构面与窗口交切形式主要为两端可见、一端可见一端不可见。

阿东说：“好，我保证不讲。你去那边吧。”他说着指了指墓地边缘的树下，老巴正坐那里揉腿。阿东说：“爸爸的腿疼，你去陪爸爸坐。爸爸要是不舒服，你要好生招呼他，听到没有？等下叫你再过来。”

目前，普遍认为结构面的迹长服从负指数分布或者正态分布，假定主洞室围岩结构面迹长服从正态分布，运用窗口法研究迹长的分布情况，进而验证迹长符合哪种分布形式 [5]。

至2017我省栽培面积为50余万亩，产量约17万吨，种植面积居全国第4位。其中修文县、水城县、大方县、福泉市等猕猴桃商品生产基地。目前，我省主栽红肉品种（“红阳”猕猴桃）和绿肉品种（“贵长”猕猴桃），此外，还有新种植的黄肉品种（“金圆”猕猴桃）等。猕猴桃的成熟期因其特性而异和地域存在差异，早熟的品种如红阳猕猴桃一般集中在8月底成熟，中晚熟的品种如“贵长”和“米良一号”均在10月上旬成熟。

如式(2)中的Xi+Xj-2XiXj则是关于Xi和Xj的概率表达式.将Xi和Xj的值Pr(xi)和Pr(xj)代入式(2)即可得到如式(3)所示的信号概率求值公式.

 

  

图2 8个主洞室迹长频数Fig.2 The frequency diagram of trace length in eight main cavities

2.2 主洞室倾向与倾角统计分析

水幕系统是地下水封洞库重要的组成部分，对洞库密封性起着关键作用。通过在水幕巷道中进行大量的水文地质试验，获取的数据可为水幕系统有效性评价、主洞室渗水量预测、水幕系统围岩渗透性分区等提供有效依据。

  

图3 结构面走向玫瑰花图Fig.3 The rose diagram of joint strike

  

图4 结构面等密度云图Fig.4 Theisodensity diagram of joint

从图3、图4中，可以得知8条主洞室围岩结构面主要走向是西北偏北，东北偏东，8条主洞室围岩存在4组优势结构面，4组倾角较陡。因此，在支护施工中应重点关注、考虑库区岩体结构面较陡倾角这一实际情况。同时，确定的优势结构面可为建立结构面网络模型提供依据。

3 水幕注水-回落试验结果分析

从这8条主洞室的地质素描图中，提取倾向、倾角数据，绘制结构面的走向玫瑰花图和结构面极点等密度云图，分析主洞室结构面走向和优势结构面。统计分析得到主洞室围岩结构面走向玫瑰花图和极点等密度云图，如图3、图4所示。

3.1 单孔注水-回落试验步骤

Q——压入流量，L / min；

（2）对钻孔进行加压，所加压力为稳定孔内压力加上0.3 ～ 0.5 MPa，加压过程中记录压力和流量。

n1—— 一端可见另一端不可见的结构面条数；

（3）停止注水，等待钻孔内自然回落，记录孔内压力。

对土地流转面积、流转形式的选择、流转收益的分配，基本上是与承包农户协商决定。全市尚未发现在土地流转中搞强迫命令强行推动的情况。

根据现场获得的4号水幕巷道水幕孔（共136个）注水-回落试验数据，绘制水幕孔注水-回落试验曲线，分析各水幕孔试验曲线类型、回落压力和吕荣值分布特征。水幕巷道水幕孔编号为D101～D168，D201～D269。

3.2 曲线类型

式中 q——试段的吕荣值，Lu；

3.3 回落压力

根据4号水幕的水幕孔注水-回落试验曲线绘制回落压力图，如图6所示，最大回落压力值为0.57 MPa，其水幕孔编号为D145；并且从图6中可知D104～D127、D201～D226的回落压力普遍偏低，由此可知对应这一区域下的主洞室1、2、3的地下水位偏低。

对4号水幕巷道水幕孔注水-回落试验的回落压力范围值进行分析，绘制回落压力范围值的百分比图，如图7所示。水幕孔回落压力值在0 ～ 0.01 MPa的数量占总水幕孔的44.85 %，回落压力值在0.01 ～ 0.1 MPa、0.1 ～ 0.25 MPa、0.25 ～ 0.4 MPa、0.4 ～ 0.57 MPa的水幕孔分别占总水幕孔的13.24 %、29.41 %、10.29 %和2.21 %，可见回落压力值在0 ～ 0.01 MPa的水幕孔就占到4号水幕巷道总水幕孔的近一半，即地下水位在水幕孔以上0 ～ 1 m的水幕孔就占到4号水幕巷道总水幕孔的近一半。

(一)广辟蹊径，全方位做好唐山城市旅游宣传工作。一是要舍得投入，利用广播电视、各大报刊等新闻媒体，全力做好唐山城市的广告宣传；二是多在高速公路两侧广告牌，外省、外市城市中心地带、标志性建筑广告屏、广告墙，以图文声像的形式，高频率宣传唐山中心区旅游景点；三是与国内各大旅行社联手，发布优惠政策、发放宣传海报，最大限度调动旅行社团和导游的积极性，借力发力，宣传唐山城市之美；四是实施“走出去”战略，主动与全国各大城市旅游主管部门和商家联系，重点推介唐山特色旅游品牌。同时，开展整合营销、活动营销、精准营销，下大力提升旅游景点的知名度、影响力、吸引力和美誉度。

3.4 吕荣值分布特征

吕荣值计算方法，压水试验吕荣值计算公式：

 

绘制注水-回落试验曲线，可将曲线分为三种类型 [7]。A型曲线回落压力为初始静水压力，此类曲线水幕孔孔壁围岩节理裂隙发育，透水能力强，A型曲线如图5（a）所示，在打开注水阀门后，5 min时压力上升至0.3 MPa，此时压力值对应的流量值为15.7 L，5 min以后压力开始处于稳定状态，在30 min时关闭注水阀门，压力开始回落，此时压力对应的流量值为93.7 L，回落压力值为0 Pa。B型曲线回落压力小于注水压力，但是不为零。此类水幕孔孔壁围岩节理裂隙发育，透水能力较强，如图5（b）所示。C型曲线回落压力等于注水压力，此类水幕孔孔壁完整性良好，不透水，如图5（c）所示。

（1）向孔内注水，注满后关闭栓塞，持续记录孔内压力，直至稳定。

P——试段内压力，MPa；

L——试段长度，m。

  

图5 水幕孔压力、流量与时间关系Fig.5 Relationships of pressure and discharge of water curtain bore-holes with time

将现场试验中的上述参数值代入式（5），计算各水幕孔的吕荣值。在库区CAD图中标出4号水幕巷道各水幕孔吕荣值所属范围，得出水幕孔吕荣值分布，如图8所示。

概括说来,纯技术问题除了集中式中已提到的谐波问题外,还有分布式新能源发电中的电力电子装置相互影响引发的新型稳定问题;系统非正常运行状态下可能出现的非计划孤岛影响孤岛中设备安全、影响电网维护人员安全等问题。

绘制4号水幕巷道水幕孔吕荣值百分比，由图9可知各吕荣值范围的水幕孔数量占总水幕孔数量的百分比，其中吕荣值在0.1 ～ 0.5 Lu和0.5 ～ 2.5 Lu的水幕孔数量占总水幕孔数量的80 %，大于0.1 Lu的水幕孔数量占总水幕孔数量的94 %，由此可知4号水幕巷道围岩渗透率较大。

  

图6 回落压力分布图Fig.6 The distribution diagram of down pressure

  

图7 回落压力范围值百分比Fig.7 The percentage of down pressure value range

  

图8 4号水幕吕荣值分布特征Fig.8 The distribution characteristics of lugeon value in the fourth water curtain roadway

  

图9 吕荣值范围百分比Fig.9 The percentage of lugeon value range

4 讨论

4.1 结构面统计结果对比分析

统计分析施工期间主洞室第一层围岩结构面产状，确定了围岩4组优势结构面并与勘察期库区地质调查结果比较分析，如表1所示。两次结构面统计结果中，都确定了库区存在4组优势结构面，比较可知，其中有两组结构面产状比较一致，另外两组结构面产状有一定差别；施工期间主洞室第一层围岩4组优势结构面倾角都为陡倾，勘察期库区地质调查中确定结构面有三组陡倾，一组缓倾，在施工中应重点关注主洞室高边墙的稳定性，同时应注意陡倾倾角结构面对水幕连通性和注浆堵水方法的影响。

4.2 吕荣值分布对比分析

与黄岛库区吕荣值相比，黄岛库区吕荣值大于0.1 Lu的水幕孔数量不足总数的30 % [14]，本文分析的某水封洞库4号水幕巷道水幕孔吕荣值大于0.1 Lu的水幕孔数量占总数量的94 %，由此可知，本库区岩体渗透性更强。

 

表1 结构面产状对比Tab.1 The comparative table of joint attitude

 

5 结论

以某地下水封洞库工程为依托，依据现场水幕孔注水-回落试验和开挖主洞室第一层的地质素描图，分析了围岩迹长分布规律，主洞室围岩结构面的产状，地下水位和水幕巷道的吕荣值分布特征，研究得知：

（1）8个主洞室围岩结构面的迹长服从均值为20.19 m，标准差为8.55 m的正态分布；其结构面主要走向是西北偏北，东北偏东，确定了主洞室围岩的4组优势结构面，并且4组优势结构面倾角都为陡倾。

（2）水幕孔D104～D127，D201～D226的回落压力普遍偏低，因此对应这一区域下的主洞室1、2、3的地下水位偏低。

（3）水封洞库4号水幕吕荣值在0.1 ～ 0.5 Lu和0.5 ～ 2.5 Lu的水幕孔数量占总水幕孔数量的80 %，吕荣值大于0.1 Lu的水幕孔数量占总水幕孔数量的94 %，与黄岛库区吕荣值分布情况相比，黄岛库区吕荣值大于0.1 Lu的水幕孔数量不足总数的30 %，故4号水幕巷道围岩渗透率较大。

参考文献

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[2]陈剑平，石丙飞，王清.工程岩体随机结构面优势方向的表示法初探[J].岩石力学与工程学报，2005（2）：241-245.

[3]卢波，丁秀丽，邬爱清.岩体随机不连续面产状数据划分方法研究[J].岩石力学与工程学报，2007（9）：1809-1816.

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[8]时洪斌，刘保国.水封式地下储油洞库人工水幕设计及渗流量分析[J].岩土工程学报， 2010， 32（1）：130-137.

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[10]张彬，李卫明，封帆，等.基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究[J].工程地质学报， 2012， 20（5）：789-795.

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[13]何国富.湛江某地下水封洞库涌水量估算与分析[J].西部探矿工程，2011，23（11）：19-24， 33.

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