基于能量判据的盐岩库群整体稳定性分析方法杨强，邓检强，吕庆超，刘耀儒(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084)摘要：针对能源储备地下库群整体稳定性评价，发展考虑有限元强度折减法的变形稳定理论，建立基于K-E关系曲线的库群整体稳定性和破坏的关键判据，其中，K为强度折减系数，E为塑性余能范数。塑性余能范数是不平衡力的范数，其大小表征库群整体稳定性；不平衡力明确展现库群失稳破坏的部位和模式。研究单储库、双储库、多储库以及金坛盐矿油气储库群的整体稳定性和失稳破坏演化规律。考虑洞径、洞距、夹层、内压、失压和布置方式等多种因素的影响，从而确定最大洞径，最小洞室间距以及库群最小稳定内压和最优布置方式。研究表明，变形稳定理论为库群整体稳定性评价和失稳破坏分析提供了一套实用而有效的理论和方法关键词：岩石力学；变形稳定理论；盐岩库群；整体稳定性评价；失稳破坏分析；塑性余能；不平衡力：TU45文献标识码：A：1000–6915(2011)08–1513–09GLOBALSTABILITYANALYTICALMETHODOFCAVERNGROUPINSALTROCKBASEDONENERGYCRITERIONYANGQiang，DENG激anqiang，LUQingchao，LIUYaoru(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering，TsinghuaUniversity，Bei激ng100084，China)Abstract：Inordertoassesstheglobalstabilityofundergroundcaverngroupforenergyreserves，deformationstabilitytheorywhichconsidersthestrengthreductionapproachoffiniteelementmethodisdeveloped.TheglobalstabilitycriterionofcaverngroupisestablishedbasedontheK-Erelation，whereKisthestrengthreductionfactorandEistheplasticcomplementaryenergynorm.Theplasticcomplementaryenergynormisthenormofunbalancedforce，whosemagnitudeindicatestheglobalstabilityofcaverngroup.Theunbalancedforcesclearlyexhibitthepositionandpatternoftheunstablefailure.Theglobalstabilitiesandunstablefailureevolutionlawsofthesinglecavern，doublecavern，multi-cavernand激ntanoil-gasstoragecaverngroupinsaltdepositarestudied.Multipleinfluencingfactorssuchascaverndiameter，cavernspacing，weakintercalation，internalpressure，pressurelossandcavernlayoutareconsidered.Asaresult，themaximumcaverndiameter，theminimumcavernspacing，theminimumstableinternalpressureandtheoptimallayoutmodeofcaverngrouparedetermined.Theresultsshowthatthedeformationstabilitytheoryprovidespracticalandeffectivetheoryandmethodfortheglobalstabilityassessmentandunstablefailureanalysisofcaverngroup.Keywords：rockmechanics；deformationstabilitytheory；saltrockcaverngroup；globalstabilityassessment；unstablefailureanalysis；plasticcomplementaryenergy；unbalancedforce1引言盐岩具有良好的密封性、低渗透性和损伤自愈合性，因此深部地下盐矿成为世界各国进行能源储备的主要介质。与国外的海相沉积形成的巨厚盐丘不同，我国盐岩属于湖相沉积形成的层状结构，具有三大特征：盐层厚度小，不溶夹层多，埋深浅[1-3]。在这样的盐岩中建造密集地下储库群，其库群整体稳定性和库群破坏时空演化规律以及相应的灾变防护理论是需重点研究的问题[4]。这对我国能源战略储备的安全实现具有重要意义。经典的岩土稳定性问题主要包括边坡稳定性、地基承载力、地下洞室稳定性3个方面，其理论基础是极限分析理论。随着20世纪后期数值分析法的兴起，在极限分析中引入了离散元和有限元，出现了有限元超载法与强度折减法，直接采用有限元求解极限荷载与稳定安全系数。由于该数值极限分析法具有准确、简便、适用性广及实用性强的特点，尽管目前主要用于边坡稳定性分析中，但其应用前景十分广阔[5-8]。采用有限元强度折减法进行稳定性分析时，其中一个关键问题是如何根据有限元计算的结果判别岩体是否达到极限平衡状态。在针对边坡的稳定性分析中，通常会用塑性区贯通、有限元数值计算不收敛以及应变和位移发生突变来判别坡体是否达到极限平衡状态...