1.一种储气库围岩弹塑性变形计算方法,其特征在于,所述方法包括:获取内衬储气库基础参数,基于内衬储气库基础参数构建内衬储气库在充放气过程中的受力模型,其中,内衬储气库在充放气过程中的受力模型为:内衬储气库围岩承受储气内压p a 和地应力p b 共同作用;加载内衬储气库在充放气过程中的受力模型,基于所述内衬储气库在充放气过程中的受力模型获取充放气过程中围岩的应力路径;基于充放气过程中围岩的应力路径,获取内衬储气库的应力场函数和位移场函数,完成内衬储气库在充放气过程中的受力计算。
2.如权利要求1所述的储气库围岩弹塑性变形计算方法,其特征在于:所述内衬储气库充放气过程中围岩的应力路径为:在充放气过程中,内衬储气库的储气内压循环变化;其中,初始状态下,围岩处于原岩应力状态p a =p b ;开挖后,储气内压降为0;在后续充放气过程中,储气内压在最大储气内压和最小储气内压之间循环p min ≤p a ≤p max ;其中,内衬储气库充放气过程中围岩满足MC屈服准则,MC屈服准则表示为:考虑等向地应力状态,围岩受力轴对称,径向应力和环向应力是最大主应力和最小主应力,σ 1 是第一主应力,σ 3 是第三主应力,c是黏聚力, 是内摩擦角;所述内衬储气库内压小时,围岩的应力状态满足低压屈服条件,其屈服线方程为:其中,径向是第三主应力,环向是第一主应力,σ r =σ 3 ,σ θ =σ 1 ,屈服时围岩应力状态位于低压屈服线上;若围岩在低压屈服线上加载,则其应力状态在低压屈服线上移动;所述内衬储气库内压大时,高压屈服线为:其中,径向是第一主应力,环向是第三主应力,σ r =σ 1 ,σ θ =σ 3 ,屈服时围岩应力状态位于高压屈服线上;若围岩在高压屈服线上加载,则其应力状态会在高压屈服线上移动;所述内衬储气库内压适中时,围岩处于弹性状态,应力为:其中,围岩应力状态位于低压屈服线和高压屈服线之间,r a 是储气库半径,所述内衬储气库内压小、大、适中通过预设的压力阈值评判;所述内衬储气库内压发生变化时,应力增量为:其中,径向应力和环向应力的增量互为相反数,围岩应力沿着垂直于σ r =σ θ 方向移动。
3.如权利要求1所述的储气库围岩弹塑性变形计算方法,其特征在于:所述内衬储气库在弹性区加卸载时,应力增量为:所述内衬储气库在弹性区加卸载时,储气内压增量为:其中,储气内压增量由应力路径上的点的坐标表示, 和 分别表示第i+1步和第i步在r=r a 处的径向应力;所述内衬储气库在低压屈服线上加载时,围岩会出现塑性区,塑性区内的应力可结合平衡方程进行求解,平衡方程为:所述内衬储气库在低压屈服线上加载时,塑性区内的应力为:其中, 和 分别为第i+1步的塑性区的径向应力和环向应力,r p 为对应的塑性区半径;塑性区之外为弹性区,弹性区应力根据叠加原理获得,所述弹性区应力为:其中, 和 分别为第i+1步的弹性区的径向应力和环向应力,(σ r ) i ,(σ θ ) i 分别为第i步求出的径向应力和环向应力,Δp ap 为塑性区半径处的径向应力增量;根据弹性区和塑性区在弹塑性区交界处应力连续条件求解r p,i+1 和Δp ap,i+1 ,r p,i+1 和Δp ap,i+1 连续求解表示为:所述内衬储气库在高压屈服线上加载时,围岩会出现塑性区,塑性区内的应力为:所述第i步的应力场为:所述应力场的递推关系为:其中,σ MC,i+1 表示第i步到第i+1步过程中是否在低压屈服线或高压屈服线上发生塑性加载;若在低压屈服线上加载,σ MC,i+1 按以下公式取:若在高压屈服线上加载,σ MC,i+1 按以下公式取:若是弹性加卸载,则取r p,i+1 =r a ,Δp ap,i+1 =Δp a 。
4.如权利要求2所述的储气库围岩弹塑性变形计算方法,其特征在于:基于充放气过程中围岩的应力路径,获取内衬储气库的应力场函数和位移场函数时,位移场函数通过应力场函数获取;所述围岩处于弹性状态时,位移为:弹性加卸载过程中,位移增量为:弹性区的位移增量为:储气库轴线方向的应变为:其中,dσ z 是储气库轴线方向的应力;径向弹性应变为:其中,dε r e 是径向应变增量,dε r 是径向应变增量,dλ是塑性乘子,g是塑性势函数。
5.如权利要求4所述的储气库围岩弹塑性变形计算方法,其特征在于:所述塑性势函数为:其中,φ为围岩的膨胀角;所述径向弹性应变为:环向弹性应变为:求解塑性区内变形的控制方程为:其中,A,B,Λ为系数,系数Λ的具体取值由应力路径判断;所述系数A,B,Λ为:所述求解塑性区内变形的控制方程,按照积分原理写为:其中,Δu r I 为塑性区发生的径向位移增量;每个应力增量Δσ r 和Δσ θ 所对应的位移增量Δu r II 为:位移边界条件为:位移场求解的递推关系为: