近海地下石油储备库海水入侵风险研究

地下石油储备库于近海处建立,可降低石油运输成本,同时有较强的军事意义。但是临近海岸线,海水易入侵库区,导致库区内金属结构腐蚀,使储备库的使用年限降低。以某近海地下石油储备库工程为背景,构建了综合断层、节理密集带、导水通道等15种地质结构的精细化三维水文地质模型,研究了库区自然状态下和运行期的地下水渗流场及溶质运移场,模拟海水入侵风险。研究表明:(1)自然状态下地下石油储备库无海水入侵。(2)运行期只在洞库顶部以上25m处设置四周超出洞室50m、水幕孔间距为10m、孔径0.11m的水平水幕时,不能有效防治海水入侵。(3)洞库运行9 a时,3#洞室东南侧Cl-物质的量浓度超过7 mol/m^(3),海水开始入侵洞室群;运行22~23 a时,海水入侵速率最快;运行41a时,3#洞室东南侧Cl-物质的量浓度超过143 mol/m^(3),海水入侵达到对钢筋的强腐蚀程度;运行50 a时,除1#洞室外其余所有洞室均受到海水入侵,3#、4#洞室有部分区域达到强腐蚀程度,海水入侵最严重。建议增设垂直水幕等设施,以增强对海水入侵的防治。研究成果可为近海地区地下石油储备库抑制海水入侵提供借鉴。

水工隧洞灌浆圈耐久性数值模拟

灌浆是水工隧洞补强防渗的有效措施,但因水工隧洞的运行期较长,灌浆结石体长期处于地下水环境中,受到多种物理化学作用,结石体性能劣化,将无法继续满足需要,因此有必要对水工隧洞灌浆圈进行耐久性分析.为研究灌浆圈在运行期内的实际情况,本文利用COMSOL Multiphysics软件,实现了渗流场、溶解沉淀场以及溶质运移场的三场耦合,模拟了随时间变化下灌浆圈在计算域内与地下水溶液进行物质交换的动态过程,并在此基础上进行了钙离子浓度、氢氧化钙质量分数以及灌浆圈耐久性的分析.研究表明:在渗流的长期作用下,灌浆圈将不断地发生溶蚀,各部位的溶蚀程度有所不同,其中灌浆圈外部和拱底处的溶蚀量较大,为薄弱区域,需重点控制;当采用莫斯科文的研究成果,即氧化钙累计溶出率达到25%则灌浆失效的判据时,本文所采用的算例中灌浆圈的有效运行年限为64a.

灌浆帷幕耐久性数值仿真分析

渗漏问题是涉及水库安全和经济运行的关键问题之一,为了有效增强基岩结构面内软弱充填物的抗渗性及渗透稳定性,降低坝基扬压力,控制坝基渗漏及两岸绕渗,通常在坝基及两岸山体内设置一定深度的灌浆帷幕,形成防渗体系.因此,灌浆帷幕的耐久性与大坝安全运行及管理息息相关.为了研究灌浆帷幕防渗性能的衰减过程,采用COMSOL Multiphysics软件,建立了坝基渗流场、化学场以及溶质运移场的三场全耦合有限元数值模型,研究帷幕在渗透力作用下,溶质的溶解-沉淀和迁移-扩散随时间的变化过程.研究结果表明:在库水的长期侵蚀和溶解作用下,帷幕缓慢地不断发生溶解侵蚀,其微观结构发生改变,帷幕中胶凝材料逐渐减少,使其渗透系数逐渐增大,防渗性能逐渐衰减;帷幕不同部位的溶蚀程度不同,底部溶蚀量最大,其次为上部,中部溶蚀量最小,因此帷幕底部是灌浆的质量控制重点区域;靠近坝基上游侧的帷幕溶蚀量高于下游侧.