地下密集储库群时效变形引发地表沉降的机制与预测

Energy storage in the underground rock salt caverns is a widely recognized method for the strategic energy reserve world-widely. The monitoring and research results indicate that ground subsidence is one of important problems during the construction and operation of underground rock salt caverns. Large scale construction of rock salt caverns in China has just started，so the study on this subject have lagged behind. The layered rock salt mass and intensive layout of the caverns in China are the two main features which are different from the caverns in salt dome in foreign countries. So far the lacking of theoretical explanation and prediction method on ground subsidence has become one of primary barrier in the strategic ernergy reserve projects. The interaction mechanism of ageing deformation of the caverns and compatibale deformation transfer along the overlying strata have been set as the primary target in this research subject. Triaxial creep testing with low frequency flucating stress conditions, physical modeling with 3D loading conditions, 3D numerical modeling with GPU parallel computation and theoretical derivation are adopted to study the creep behavior of rock salt, ageing deformation of the underground storage caverns, deformation transfer along the overlying strata and prediction model of the ground subsidence. The mechanism explanation and theoretical prediction model will be presented after this study.

深部盐岩油气储库是国际认可的能源储备方式，监测和研究结果表明地表沉降是大规模储库群建设和运营期间的重要问题。我国盐岩地下储库群刚开始大规模兴建，这方面研究工作起步晚，而且层状岩盐和储库密集布置不同于国外的盐丘储库，到目前还没有成熟的理论解释及预测方法。因此，密集库群时效变形引发地表沉降的机制和预测，是中国盐岩地下储库群地表沉降研究的关键科学问题。项目拟从地下储库时效变形及相互作用机制、储库上覆地层变形协调与时空传递这两方面作为突破口，从介质流变力学本构、库群时效变形规律、变形传递机制与理论预测模型四个角度，拟采用"低频波动三轴流变试验"、"三维加载物理模拟试验"、"GPU加速三维数值模拟"和"时空传递理论预测模型"四种方法手段，研究储库围岩流变行为特性与本构、储库群时效变形规律、储库上覆地层变形传递机制以及地表沉降理论预测模型，揭示地下密集储库区地表沉降的理论机制并提出相应的预测计算模型。

项目“地下密集储库群时效变形引发地表沉降的机制与预测”从地下储库时效变形及相互作用机制、储库上覆地层变形协调与时空传递这两方面作为突破口，从介质流变力学本构、库群时效变形规律、变形传递机制与理论预测模型四个角度，研究储库围岩流变行为特性与本构、储库群时效变形规律、储库上覆地层变形传递机制以及地表沉降理论预测模型，揭示地下密集储库区地表沉降的理论机制并提出相应的预测计算模型。. 通过本课题的研究计划实施，主要取得了如下研究目标：1）揭示了地下储库群相互作用机制及其时效变形规律；2）搞清了地下储库群时效变形引发地表沉降的时空传递过程；3）建立了地下储库群时效变形引发地表沉降的预测计算模型。通过研究达到了预定的研究目标，揭示了密集储库群时效变形规律及相互作用机制以及储库群时效变形引发的上覆地层变形时空传递机制。. 根据项目计划任务书的要求， 课题组的研究工作紧紧围绕上述研究目标，以我国金坛储气库工程为依托，开展了广泛深入的资料调研、实验室试验、数值模拟以及理论分析计算等工作，开展了如下研究工作：1）收集了法国、德国、美国等国外以及我国盐岩储库区地面沉降的现场长期监测资料并对岩盐试样进行了相关力学试验，研究了盐岩变形破坏特点及岩盐储库地面沉降的机理与主要影响因素；2）研究了江苏金坛地下盐岩储气库区域地质与场地工程地质条件、泥岩夹层分布与组构特性，建立了金坛储库区工程地质三维力学结构模型，研究了地下储库的建腔与运营阶段的地表沉降时效变形规律；3）提出了岩盐储库区地面沉降时空预测的传递函数法，以及考虑时效变形的动态预测理论，深入研究地下库体变形传递到地表沉降的传递函数关系，并考虑地质条件和地形条件等有关参数对地表沉降的影响，对传递函数法进行完善和验证。