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第1章 绪论1

1.1开采沉陷机理和规律1

1.2开采沉陷预测理论和方法3

1.3开采沉陷控制理论及方法5

1.4岩盐水溶开采沉陷7

1.5开采沉陷研究存在的不足及发展趋势8

第2章 开采沉陷机理及岩盐水溶开采沉陷特点9

2.1岩体内应力状态9

2.2地下开采引起的岩层移动形式10

2.2.1弯曲10

2.2.2冒落10

2.2.3片帮11

2.2.4滑移11

2.2.5滚动11

2.2.6底鼓11

2.3岩层移动稳定后采动岩层内的三带12

2.3.1冒落带12

2.3.2裂隙带13

2.3.3弯曲带13

2.4地表移动破坏形式13

2.5地表盆地形成机理及特征14

2.5.1地表移动盆地的形成14

2.5.2充分采动15

2.5.3非充分采动15

2.5.4地表移动盆地的特征16

2.5.5岩盐水溶开采下沉移动盆地16

2.6地表移动盆地移动和变形机理分析16

2.6.1单点移动分析16

2.6.2主断面地表移动和变形分析及对建筑物的影响17

2.7岩体初始损伤对开采沉陷影响的力学机制研究19

2.7.1岩体初始损伤对开采沉陷的影响19

2.7.2岩体初始损伤影响开采沉陷的力学机制19

2.7.3损伤量的测量方法20

2.8岩盐水溶开采沉陷的特点分析21

第3章 岩盐水溶开采沉陷相似材料模拟实验23

3.1实验目的及方案23

3.1.1实验内容及目的23

3.1.2实验方案24

3.1.3实验设备及耗材25

3.2测量系统25

3.2.1模型力学参数及损伤量测量25

3.2.2岩层位移测量方法及原理27

3.3相似原理及相似准则29

3.3.1相似原理29

3.3.2量纲分析法及步骤29

3.3.3相似准则30

3.4相似比的确定31

3.5材料配比实验32

3.6模型制作35

3.7水的处理36

3.8开采及测量36

3.9实验误差及修正37

3.10实验结果及分析39

3.10.1岩层损伤演化过程40

3.10.2岩层移动变形41

3.10.3开采沉陷的层面效应及分层特性43

3.10.4岩层破碎岩体尺寸特征43

第4章 水溶开采沉陷有限元数值模拟45

4.1 2D-Sink的特点及实现45

4.1.1有限元法的开挖46

4.1.2非线性接触元47

4.1.3单元破坏判断条件及处理49

4.1.4垮塌破碎岩体充填效果模拟51

4.1.5渗透作用下的等效节点力的计算52

4.1.6材料非线性问题处理方法53

4.1.7非线性方程组的解法56

4.1.8线性方程组的数值解法57

4.2水溶开采沉陷有限元数值模拟59

4.2.1地层条件及力学参数59

4.2.2模型建立59

4.2.3模拟结果及分析62

第5章 分层传递新概率积分三维预测模型68

5.1概率积分方法68

5.1.1基本原理68

5.1.2概率积分法的缺点及改进72

5.2新概率积分三维预测模型73

5.2.1单元开采新概率积分三维模型73

5.2.2新概率积分三维预测模型76

5.3新概率积分三维预测模型参数及获取78

5.3.1主要影响半径及力学获取途径79

5.3.2下沉系数、水平移动系数的确定80

5.4分层传递新概率积分三维预测模型81

5.5分层传递新概率积分三维预测模型的数值解法82

5.5.1地表下沉数值解算公式82

5.5.2延指定方向的地表倾斜数值解算公式83

5.5.3延指定方向的地表曲率数值解算公式84

5.5.4延指定方向的地表水平移动数值解算公式85

5.5.5延指定方向的地表水平变形数值解算公式85

5.5.6分层传递模型的数值解法85

5.6多溶腔开采沉陷预测模型85

5.7开采沉陷动态预测模型86

5.7.1模型原理86

5.7.2时间影响因素的确定86

第6章 岩盐溶腔稳定性88

6.1溶腔稳定性的主要影响因素88

6.1.1地应力的大小及方向对溶腔稳定性的影响88

6.1.2岩体的物理力学性质对溶腔稳定性的影响89

6.1.3地下水对溶腔稳定性的影响89

6.1.4地质构造对溶腔稳定性的影响90

6.1.5开采层厚度对溶腔稳定性的影响90

6.2岩盐溶腔稳定性突变模型91

6.2.1单溶腔顶板大变形失稳突变模型91

6.2.2连通井溶腔顶板失稳临界突变分析94

6.2.3井组溶腔间矿柱稳定性突变模型97

6.3溶腔储气库运营期稳定性综合评价模型100

6.3.1体系设计及评价指标100

6.3.2稳定性等级标准及指标评分方法101

6.3.3评价等级对应指标的量值103

6.3.4确定评价指标权重105

6.4金坛西1储气库稳定性可拓法评价106

6.4.1可拓法及评价步骤106

6.4.2金坛西1储气库运营期稳定性待评物元108

6.4.3西1储气库可拓法评价及结果108

6.5金坛西1储气库稳定性模糊综合评价111

6.5.1模糊综合评价及评价过程111

6.5.2西1储气库模糊综合评价及结果112

第7章 金坛溶腔储气库的地表变形预测114

7.1金坛盐矿地质情况114

7.1.1区域构造114

7.1.2地层沉积特征116

7.1.3盐岩层特征117

7.2溶腔建腔及长期营运地层损失120

7.2.1建腔过程地层损数值模拟研究120

7.2.2溶腔储库营运期的地层损失计算127

7.3溶腔储气库运营期地层损失导致地表沉陷预测129

7.3.1典型溶腔1——东1井129

7.3.2典型溶腔2——东2井130

7.4单溶腔储库破坏失稳导致地表沉陷预测133

7.4.1典型溶腔1——东1井133

7.4.2典型溶腔2——东2井133

7.5多溶腔油气储库地表沉陷预测135

7.5.1 4溶腔20年收缩变形导致的地表沉陷预测136

7.5.2 4溶腔破坏失稳导致的地表沉陷138

7.6溶腔储库地表沉陷动态预测139

7.6.1单井——东1井地表动态预测139

7.6.2单井——东2井地表动态预测139

7.6.3多溶腔油气储库共同作用的地表动态预测140

参考文献142