(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210671345.4 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 中国电建集团贵阳勘测设计 研究院 有限公司 地址 550081 贵州省贵阳市观山湖区兴黔 路16号 (72)发明人 郑克勋　徐伟　胡大儒　余波　 朱代强　吴述彧　曾树元　李鹏飞　 韩啸　张斌　 (74)专利代理 机构 北京联创佳为专利事务所 (普通合伙) 11362 专利代理师 石诚 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 17/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库 的安全埋深计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种非顺向结构面斜坡地带 地下高压洞库的安全埋深计算方法， 它是基于考 虑高压洞库内压对洞室的作用、 岩体的抗剪作用 及反倾缓倾角软弱夹层或结构面的影 响、 岩土体 自重和临坡面侧岩体抗剪强度， 通过建立力学平 衡方程来计算得到非顺向结构面斜坡地带地下 高压洞库的安全埋深。 本发明可以更准确和有效 地得到深切峡谷和地形起伏较大等地区的宏观 地质条件下的地下高压洞库的安全埋深， 且在保 证安全的前提下 更具经济可行性。 权利要求书1页 说明书10页 附图2页 CN 115130174 A 2022.09.30 CN 115130174 A 1.一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： ①建立斜坡地带地下高压洞库 竖向埋深H和水平向埋深L的关系方程， 将水平向埋深转 换为竖向埋深； ②考虑岩体的抗剪强度及反倾缓倾角软弱 夹层或结构面的影响， 考虑洞内高压气体对 洞壁压力、 重力和结构面抗剪阻力， 建立地下高压洞库水平方向的力学平衡方程， 联立所述 地下高压洞库水平方向的力学平衡方程与步骤 ①中的关系方程， 解得高压洞库竖向埋深 H1； ③考虑洞内高压气体对洞顶压力、 岩土体自重和 临坡面侧岩体抗剪阻力， 建立地下高 压洞库竖直方向的力学平衡方程一， 解得高压洞库竖向埋深H2； 若存在陡倾角软弱夹层或 结构面， 考虑洞内高压气体对洞顶压力、 岩土体自重和夹层或结构面抗剪阻力的平衡， 建立 地下高压洞库竖直方向的力学平衡方程 二， 解得高压洞库竖向埋深H3； ④比较步骤 ②和步骤③的竖向深度值， 取大值， 得到非顺向结构面斜坡地下高压洞库 的安全埋深。 2.根据权利要求1所述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法， 其特征在于： 所述步骤 ①的关系方程是H＝L ·tanα， 其中H为高压洞库竖向埋深， L为高压洞 库水平向埋深， α 为 边坡倾角。 3.根据权利要求1所述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法， 其特征在于： 所述 步骤②的地下高压洞库水平方向的力学平衡方程 为 其中， Kh为安全系数； p为洞内高压气体压力； h为高压洞库断面高度； L为高压洞库水平 向埋深； c为软弱夹层或结构面的内聚力； δ为反倾缓倾角软弱夹层或结构面的倾角； α 为边 坡倾角； γ为岩土体重度； 为反倾缓倾角软弱夹层或结构面的内摩擦角。 4.根据权利要求1所述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法， 其特征在于： 所述 步骤③的地下高压洞库水平方向的力学平衡方程 一为 其中， Kv为安全系数； p为洞内高压气体压力； b为高压洞库断面顶板宽度； H为高压洞库 竖向埋深； γ为岩土体重度； θ为岩体破裂角； γ为岩土体重度； 为岩土体的内摩擦角； α 为 边坡倾角。 5.根据权利要求1所述的非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法， 其特征在于： 所述 步骤③的地下高压洞库水平方向的力学平衡方程 二为 其中， Kv为安全系数； p为洞内高压气体压力； b为高压洞库断面顶板宽度； H为高压洞库 竖向埋深； γ为岩 土体重度； c为陡倾软弱夹层或结构面的内聚力； θ为陡倾软弱夹层或结构 面的倾角； 为陡倾软弱夹层或结构面的内摩擦角； α 为 边坡倾角。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115130174 A 2一种非顺向结构面 斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算 方法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种非顺向结构面斜坡地带地下高压洞库的安全埋深计算方法， 属于 岩土工程、 地下工程及能源 储备技术领域。 背景技术 [0002]高压地下洞室是能源化工行业的重要基础设施， 例如天然气洞库、 储氢洞库等。 高 压地下储气洞库也是压缩空气储能电站的重要组成部分， 是保障其运行性能和可靠性的技 术关键。 地下储气洞室的储存气体气压一般大于10MPa， 可利用废弃地下洞室、 盐岩溶腔、 硬 岩中人工开挖的地下洞室等地下空间建设。 其中常用形式有盐岩溶腔和硬岩洞室， 在硬岩 中人工开挖地下洞室是最广泛 采用的地下储气洞室形式。 [0003]金维平等人认为洞址在地形条件上要求山体雄厚、 完整、 稳定， 避免深切沟谷和较 大的地形起伏， 洞址宜选在具有适宜的上覆和侧覆岩 体厚度、 岩 体坚硬完整、 水文地质条件 简单的部位， 按现有地下洞室埋深计算方法， 最有可能选择的高压洞室埋深是750～850m。 可见目前对于洞址选址要求过高， 埋深过大， 与深切峡谷和地形起伏较大等地区的宏观地 质判断也 不相符。 [0004]目前， 对于地下高压洞室埋深的确定方法， 夏才初等学者主要参考挪威准则、 水力 劈裂准则和最小主应力准则确定高压洞室埋深。 挪威准则原理是要求压力隧洞洞身部位上 覆岩体重量 不小于作用于洞身围岩面积上的垂直上抬力， 挪威 准则如下： [0005] [0006]式中： H——高压洞库最小覆盖厚度， m； [0007]p——洞内高压气体压力， kPa； [0008]F——经验系数， 一般取1.3～1.5； [0009]γR——岩土体重度， k N/m3； [0010]α ——地面倾角， 大于 60°时取60°。 [0011]水力劈裂准则是为了避免水力劈裂而选取合理埋深的方法， 在高压洞库中将水压 改为洞内气压后作为设计原则。 挪威德隆汉姆大学提出将无衬砌压力隧洞的内水压力应小 于围岩初始应力场最小主应力准则， 该准则包含了挪威准则， 将 内水压力改为洞内气压后 表示为： [0012]pF≤σmin       (3.2) [0013]式中： p——洞内高压气体压力， kPa； [0014]F——安全系数， 一般取1.3～1.5； [0015]σmin——隧洞周边围岩初始应力场最小 主应力， kPa。 [0016]将公式(3.2)中的σmin定义为初始应力场最小主应力和裂隙法向应力的较小值， 即 可同时包含挪威准则、 水力劈裂准则和 最小主应力准则。 水工隧洞有时不采用特殊密封措说　明　书 1/10 页 3 CN 115130174 A 3