[发明专利]压气蓄能电站地下储气库硐室初期支护的稳定性判别方法

说明书

本发明提供一种压气蓄能电站地下储气库硐室初期支护的稳定性判别方法，所述方法包括：考虑地下储气库硐室的亲水性围岩的膨胀力和软化性，绘制增湿过程中围岩响应曲线；获取地下储气库硐室的支护参数，计算并绘制支护结构特征曲线；联立围岩响应曲线与支护特征曲线，确定两个曲线的交点处的坐标，根据交点处的坐标获取亲水性围岩与支护平衡时的平衡支护力；根据平衡支护力和极限支护力计算地下储气库硐室的安全系数；根据安全系数判断硐室的稳定状态。本发明在围岩‑支护作用关系中充分考虑围岩的膨胀力、软化性和支护力效果，并以安全系数作为地下储气库硐室的稳定性指标，适用于复杂围岩特征的地下硐室稳定性评价，判别方法准确、高效。

技术领域

本发明涉及工程安全技术领域，具体涉及一种压气蓄能电站地下储气库 硐室初期支护的稳定性判别方法和一种压气蓄能电站地下储气库硐室初期支 护的稳定性判别装置。

背景技术

压气蓄能电站(压缩空气蓄能电站)是一种新型电能存储系统，具有动 态响应快、经济性能高、环境污染小等优点，可起到负荷平衡、战略规划、 提高供电质量的作用。对于压气蓄能电站地下储气库等地下硐室工程，往往 具有埋深大、穿越的地层地质条件复杂等特点，特别是当硐室穿越亲水性围 岩时，容易引发围岩大变形、初期支护破坏，甚至塌方现象，对工程质量及 安全造成严重影响。

亲水性围岩所含蒙脱石、伊利石等黏土矿物较多，岩石强度低，空隙度 大，亲水性围岩隧道开挖后，围岩因应力释放和浸水作用，不仅产生体积膨 胀，其强度亦随含水率的增加而下降，表现出典型的软化特性，导致围岩向 洞内塑性挤出或底板隆起，同时对硐室构筑物产生膨胀压力，进而导致硐室 支护结构破坏失效，影响硐室稳定性。初期支护是指隧道开挖后，用于控制 围岩变形及防止坍塌而及时施作的支护。

相关技术中，地下储气库硐室的初期支护设计主要采用经验类比的方法， 认为因素带来的误差较大，缺乏一种系统的、科学的、能够准确定量判定所 设计支护稳定性的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提出一种压气蓄能电站 地下储气库硐室初期支护的稳定性判别方法。

本发明的第二个在于提出一种压气蓄能电站地下储气库硐室初期支护的 稳定性判别装置。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一方面实施例提出了一种压气蓄能电站地下储气库硐室初期 支护的稳定性判别方法，包括以下步骤：结合地下储气库硐室的亲水性围岩 的膨胀力和软化性，计算围岩的临空面处的径向位移与支护力之间的数学关 系，并绘制增湿过程中围岩响应曲线；获取地下储气库硐室的支护参数，根 据所述支护参数计算并绘制支护结构特征曲线；联立所述围岩响应曲线与所 述支护特征曲线，确定所述围岩响应曲线与所述支护特征曲线的交点处的坐 标，根据所述交点处的坐标获取亲水性围岩与支护平衡时的平衡支护力；根 据所述平衡支护力和组合支护结构的的极限支护力计算地下储气库硐室的安 全系数；根据所述安全系数判断所述地下储气库硐室的稳定状态。

本发明上述提出的压气蓄能电站地下储气库硐室初期支护的稳定性判别 方法还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，具体根据以下公式计算围岩的临空面径向位 移与支护力间的数学关系：

式中，R₀为硐室半径，P₀为地应力，P_s为支护力，R_P为围岩塑性变形区 域，u_R0是围岩临空面处的径向位移，c是围岩粘聚力，φ是围岩内摩擦角，E 是围岩弹性模量，ν是围岩泊松比，P_s^ep是围岩弹塑性交界处的径向应力，P_sw是 围岩膨胀力，P₀为地应力；