CN116519489A - 模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置及方法，装置包括：地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块，储气库模拟模块中的气体接收模块设置在所述地质物理模型模块内部，气体供应模块设置在所述地质物理模型模块的外部；过程监测模块用于监测气体供应模块对气体接收模块的充气和放气过程中，气体接收模块周边围岩的变形过程。本发明的装置结构简单，所占空间适中，易于操作和调整，试验现象和结果直观明了，且经济性高，实现了室内条件下模拟压缩空气储能地下储气库在充放气过程中循环荷载对于储气库围岩的变形破坏作用影响，以及极端条件下储气库围岩破坏失效规律。

Description

模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置及方法

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，具体涉及模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置及方法。

背景技术

压缩空气储能是新型储能技术之一，是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在地下人工洞室、报废矿井、盐穴等储气库中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。该新型储能发展潜力巨大，目前正由商业化初期开始步入规模化发展阶段。

压缩空气储能电站一般采用高频率注采气每日循环方式运行，即每天一充一放，电站运行时储气库最高需承受10~20MPa的压缩空气压力。储气库围岩所受运行压力大、循环疲劳损伤强度高、气密封性要求高等是其显著的特点。但由于该大规模地下储气库的建设运营刚刚起步，目前关于其充放气过程中围岩变形、破坏规律，以及覆岩的安全稳定评价还没有成熟的认识和方法。因此，了解认识高频高内压下，储气库围岩变形破坏以及极端条件下的覆岩失稳形式迫在眉睫。

为研究储气库充放气过程围岩变形破坏规律，可采用数值模拟、现场试验或原型试验、室内模拟试验等方法。受限于对循环荷载下围岩劣化机理及本构模型的认识，数值模拟具有其局限性；现场试验虽能直观反应实际现象，但其耗费巨大、周期长、且安全风险大。因此，室内物理模拟试验具有无可比拟的优势，其耗费小、制造和试验操作方便，且对围岩的变形破坏规律揭示更加直观。

物理模型试验已成熟使用于常规隧洞工程的科学研究中，但在压缩空气储能地下储气库工程领域还未有过应用。结合以上技术问题和特点，为研究认识运营期地下储气库围岩变形破坏以及极限破坏规律，亟需提供一种能有效模拟储气库高频高压充放工况的相似物理模型试验装置。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种模拟压缩空气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，可在室内模拟压缩空气储能运行期高频高压充放气过程，能直观反映围岩变形、破坏现象，同时实现全过程围岩变形和应力监测。

一种模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，所述装置包括：地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块，其中，

所述地质物理模型模块用于模拟所述高压储气库周边的围岩；

所述储气库模拟模块包括气体接收模块和气体供应模块，所述气体接收模块设置在所述地质物理模型模块内部，用于模拟高压储气库；所述气体供应模块设置在所述地质物理模型模块的外部，用于向所述气体接收模块充气或放气；

所述过程监测模块分别与所述地质物理模型模块和储气库模拟模块连接，用于监测所述气体供应模块对所述气体接收模块的充气和放气过程中，所述气体接收模块周边围岩的变形过程。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述地质物理模型模块为具有一定尺寸的长方体，其中容置有根据实际地层物理学参数及一定相似比制成的围岩地层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一定尺寸为长1.5～2m，宽0.4～0.6m和高1.2～1.5m。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述模拟围岩地层由相似材料制成，所述相似材料包括砂、石膏和粉煤灰。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述模拟围岩地层中设置有隧洞，所述气体接收模块设置在所述隧洞内，其包括中空环形结构的气囊、拉力承受件、约束件和固定件，其中，所述拉力承受件从所述气囊的中空部分穿过，并伸出所述隧洞，伸出的两端分别采用所述约束件进行约束，两端的端部与所述固定件固定连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述气体供应模块为变频可控压缩机，与所述气体接收模块采用高压气管连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述过程监测模块包括计算机、应变传感器、气压传感器、摄像机和数据采集仪，若干所述应变传感器埋设在以隧洞的中心线为基准的模拟围岩地层中，所述气压传感器连接所述高压气管，所述摄像机对准地质物理模型模块设置，所述数据采集仪的一端与所述应变传感器和气压传感器连接，另一端和所述摄像机同时连接所述计算机。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述约束件包括并列设置的大法兰盘和小法兰盘，其中，所述小法兰盘的直径小于所述隧洞的直径，所述大法兰盘的直径大于所述隧洞的直径。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述气体接收模块与模拟围岩之间设置有若干云母片。

本发明还提供了一种模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置的试验方法，所述试验方法采用所述的模型试验装置来实现，包括如下步骤：

S1.制作地质物理模型模块：根据不同的试验要求，制作不同规格尺寸的长方体，并在其内填充由根据实际地层物理学参数制成的模拟围岩地层，并在所述围岩地层中预置隧洞；

S2.安装过程监测模块，将若干应变传感器以隧洞中心线为基准，沿多个不同方向布置在围岩地层中，气压传感器连接高压输气管，用时实时采集气压变化；高清摄像机正对地质物理模型模块架设并连接计算机；若干应变传感器和气压传感器通过数据采集仪连接计算机；

S3.安装储气库模拟模块:将气体接收模块放置在隧洞内，连接件穿过中空的气囊，约束件固定在连接件伸出隧洞的两端，并在两端的端部采用固定件进行固定；

S4.启动气体供应模块和过程监测模块，气体供应模块向气体接收模块的气囊循环充气或放气，模拟压气储能电站运营过程，过程监测模块对地质物理模型围岩内部因充气或放气发生的应变和/或表层变形破坏现象进行监测，同时对气体供应模块的供气管路的气压变化进行监测，并对上述监测得到的监测数据进行采集、记录和分析。

本发明的有益效果

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

本发明的模拟压缩空气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，所述装置包括：地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块，其中，储气库模拟模块中的气体接收模块设置在所述地质物理模型模块内部，用于模拟高压储气库，气体供应模块设置在所述地质物理模型模块的外部，用于向所述气体接收模块充气或放气；过程监测模块用于监测气体供应模块对气体接收模块的充气和放气过程中，气体接收模块周边围岩的变形过程。本发明的装置结构简单，所占空间适中，易于操作和调整，试验现象和结果直观明了，且经济性高，实现了室内条件下模拟压缩空气储能地下储气库在充放气过程中循环荷载对于储气库围岩的变形破坏作用影响，以及极端条件下储气库围岩破坏失效规律。本装置可以广泛适用于高校、科研单位及新能源相关企业对不同地质条件及工况下的地下储气库结构安全、稳定问题进行研究。

附图说明

图1为本发明的模拟试验装置的整体结构示意图。

图2为本发明模拟试验装置中储气库模拟模块的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，本发明内容包括但不限于下文中的具体实施方式，相似的技术和方法都应该视为本发明保护的范畴之内。为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

应当明确，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如图1所示，本发明的模拟压缩空气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，所述装置包括：地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块，其中，

所述地质物理模型模块用于模拟所述高压储气库周边的围岩；

所述储气库模拟模块包括气体接收模块和气体供应模块，所述气体接收模块设置在所述地质物理模型模块内部，用于模拟高压储气库，所述气体供应模块设置在所述地质物理模型模块的外部，用于向所述气体接收模块充气或放气；

所述过程监测模块与所述地质物理模型模块和储气库模拟模块连接，用于监测所述气体供应模块对所述气体接收模块的充气和放气过程中，所述气体接收模块周边围岩的变形过程。

优选地，所述地质物理模型模块为具有一定尺寸的长方体，其中容置有根据实际地层物理力学参数制成的模拟围岩地层。

优选地，所述一定尺寸为长1.5～2m，宽0.4～0.6m和高1.2～1.5m。

优选地，所述模拟围岩地层由相似材料制成，所述相似材料包括砂、石膏和粉煤灰。

优选地，所述模拟围岩地层中设置有隧洞，所述气体接收模块设置在所述隧洞内，其包括中空环形结构的气囊、拉力承受件、约束件和固定件，其中，所述拉力承受件从所述气囊的中空部分穿过，并伸出所述隧洞，露出隧洞的拉力承受件的两端分别采用所述约束件进行约束，两端的端部与所述固定件固定连接。

优选地，所述气体供应模块为变频可控压缩机，与所述气体接收模块采用高压气管连接。

优选地，所述过程监测模块包括计算机、应变传感器、气压传感器、摄像机和数据采集仪，若干所述应变传感器埋设在以隧洞的中心线为基准的模拟围岩地层中，所述气压传感器连接所述高压气管，所述摄像机对准地质物理模型模块，所述数据采集仪的一端与所述应变传感器和气压传感器连接，另一端和所述摄像机同时连接所述计算机。

优选地，所述约束件包括并列设置的大法兰盘和小法兰盘，其中，所述小法兰盘的直径等于所述隧洞的内径，所述大法兰盘的直径大于所述隧洞的内径。

优选地，在所述气体接收模块与模拟围岩之间设置有若干云母片。

本发明所述的室内模型试验装置包括地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块。本试验装置为相似模拟试验装置，以相似理论为基础，建立平面应力模型，平面应力模型是以沿长度方向力学状态不变的横向剖面作为模拟对象的一种模型。相似模拟试验成功与否关键在于模型与原型相似条件的满足程度，相似模拟试验就是要用和原型力学性质相似的材料，按照一定的几何比例模拟岩层。在制作试验模型时，应遵守下列相似条件：几何相似，物理现象相似，初始、边界条件相似，各同名无因次参数相等。

本发明的地质物理模型模块基于相似理论制备，所述地质物理模型模块包括模型架1和相似材料2，模拟实际地下储气库所处的周边围岩，相似材料2填充在模型架1内，并在其中设置有隧洞，隧洞置于模型中心线中下部。模型架1由角钢和钢板焊接组成形成一尺寸的长方体，模型架1的尺寸根据实际工程储气库埋深及相似比进行确定，取长1.5~2m，宽0.4~0.6m，高1.2~1.5m。制作模拟围岩地层的相似材料根据实际的地层物理力学参数，按相似理论进行制作，采用砂、石膏、粉煤灰等材料配比制作，并在制作过程中，在模拟围岩地层中设置隧洞，用于放置气体接收模块。

储气库模拟模块，用于模拟压缩空气储能电站储气库运营的压气（充气）、放气循环作用过程，储气库模拟模块包括气体接收模块和气体供应模块，所述气体接收模块设置在所述地质物理模型模块的相似材料2中的隧洞内，用于模拟高压储气库；所述气体供应模块设置在所述地质物理模型模块的外部，用于向所述气体接收模块充气或放气；所述气体供应模块为变频可控压缩机3，与所述气体接收模块采用高压气管4连接。所述气体接收模块包括中空环形结构的气囊、拉力承受件、约束件和固定件，其中，所述拉力承受件从所述气囊的中空部分穿过，并伸出所述隧洞，拉力承受件采用金属连接杆10来实现，约束件包括两个并列设置的大法兰盘11和小法兰盘12，金属连接杆10伸出隧洞后，伸出的两端分别采用所述约束件进行约束，即将小法兰盘12设置在隧洞的洞口内，封堵隧洞的洞口，大法兰盘11放置于小法兰盘12外侧压紧设置，并在大法兰盘11的外侧采用螺母旋紧在金属连接杆10上，金属连接杆10的两端的端部与所述固定件固定连接，固定件采用支架15来实现。 储气库模拟模块的作用是模拟压缩空气储能电站储气库运营的压气、放气循环作用过程，其中的气囊13用于模拟储气库密封结构，气囊13为柱体结构，与隧洞的结构相同，其长度小于隧洞的长度，气囊13充压后外表面与隧洞内壁紧密接触，气囊13中空部分的直径大于金属连接杆10的直径，保证金属连接杆10顺利从中穿过，气囊13上设置有开口与高压气管4连接，通过高压气管4接收来自变频空气压缩机3的气体，被充气后径向压力作用于隧洞周围的围岩上，轴向压力则作用于两端的小法兰盘12上。气囊13的外表面涂抹云母片，即在所述气体接收模块与模拟围岩之间设置有若干云母片，用于消除充放气过程中气囊13与围岩的水平剪切作用，大法兰盘11直径大于隧洞的洞径6~10cm，用于对模拟围岩地层的侧向临空面进行约束，避免气囊13加压时因边界效应对模拟围岩地层的侧边界临空位置造成破坏；大小法兰盘通过金属连接杆10进行连接并由螺母16固定，可以根据试验需要灵活改变法兰盘大小及金属连接杆10的长度，金属连接杆10可为铜管，以此实现对不同尺寸储气库的模拟；两端的支架15用于固定法兰盘、金属连接杆10和气囊13等，消除其因自重对地质物理模型中围岩外侧临边处造成局部破坏；变频可控压缩机3为气压供给源，通过高压气管4向气囊13充放气或放气，实现气压输出的持续循环变化。

过程监测模块包括若干应变传感器6、高清摄像机8、气压传感器7、数据采集仪9和计算机5，用于实现试验过程模拟围岩的内部变形监测、地质物理模型的前侧面变形破坏监测、以及空气压力变化的同步监测、并对实时监测的数据进行采集、记录和数据分析处理。

应变传感器6为内埋式，在地质物理模型模块制作时，埋设于相似材料2内部，例如以隧洞中心线为基准，沿水平、垂直和45°角倾斜等不同方向布置，若干应变传感器6用于监测试验过程中所在位置处围岩的内部变形；气压传感器7通过三通接头连接高压输气管4，用时实时采集气压变化；高清摄像机8沿隧洞轴线方向，正对地质物理模型模块架设，用于实时监测记录模拟围岩变形破坏发展现象。所有的应变传感器6、气压传感器7通过数据采集仪9收集数据，由计算机5连同高清摄像机8录像数据进行实时同步处理分析。

本发明还提供了一种模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置的试验方法，所述方法采用所述的模拟试验装置来实现，包括如下步骤：

S1.制作地质物理模型模块：根据不同的试验要求，制作不同规格尺寸的长方体，并在其内填充由根据实际地层物理力学参数制成的模拟围岩地层，并在所述围岩地层中预置隧洞；

S2.安装过程监测模块，将若干应变传感器以隧洞中心线为基准，沿多个不同方向布置在围岩地层中，气压传感器连接高压输气管，用时实时采集气压变化；高清摄像机正对地质物理模型模块架设并连接计算机；若干应变传感器和气压传感器通过数据采集仪连接计算机；

S3.安装储气库模拟模块:将气体接收模块放置在隧洞内，连接件穿过中空的气囊，约束件固定在连接件伸出隧洞的两端，并在两端的端部采用固定件进行固定；

S4.启动气体供应模块和过程监测模块，气体供应模块向气体接收模块的气囊循环充气或放气，模拟压气储能电站运营过程，过程监测模块对地质物理模型围岩内部因充气或放气发生的应变和/或表层变形破坏现象进行监测，同时对气体供应模块的供气管路的气压变化进行监测，并对上述监测得到的监测数据进行采集、记录和分析。

具体来说，本发明所述的试验装置包括地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块。模型试验装置的试验方法及实施步骤如下：

（1）制作地质物理模型模块：模型架1由角钢和钢板焊接组成，模型架尺寸根据实际工程储气库埋深及相似比进行确定，为便于室内制作和试验操作，选择合适相似比和尺寸，一般长1.5~2m，宽0.4~0.6m，高1.2~1.5m；制作模拟围岩地层的相似材料2根据实际的地层物理力学参数，按相似理论进行计算，采用砂、石膏、粉煤灰等材料配比制作；进行相似材料2铺设时，同时埋设若干应变传感器6。

（2）安装过程监测模块：内埋式应变传感器6在地质物理模型模块制作时，埋设于相似材料2内部，具体以隧洞中心线为基准，沿水平、垂直和45°角倾斜等多个不同方向布置，应变传感器6用于监测试验过程中围岩的内部变形；气压传感器7通过三通接头连接高压输气管4，用时实时采集气压变化；高清摄像机8沿隧洞轴线方向，正对地质物理模型模块架设，用于实时监测记录模型表面围岩变形破坏发展现象。应变传感器6、气压传感器7通过数据采集仪9收集数据，由计算机5连同高清摄像机8录像数据进行实时同步处理分析。

（3）模拟洞室开挖并安装储气库模拟模块：将气体接收模块放置在隧洞内，连接件穿过中空的气囊，约束件固定在连接件伸出隧洞的两端，并在两端的端部采用固定件进行固定。

气囊13用于模拟储气库密封结构，气囊13采用中空环形结构，圆形金属连接杆10从气囊13的中空部分穿过，两端分别用螺母16固定大法兰盘11、小法兰盘12。气囊13充气后径向压力作用于围岩上，轴向压力作用于两端的小法兰盘12上，气囊13的外表面涂抹云母14，用于消除充放气过程中气囊与围岩的水平剪切作用；大法兰盘11直径大于模拟储气库洞径6~10cm，用于对相似材料围岩的侧向临空面进行局部约束，避免气囊加压因边界效应对围岩侧边界临空位置造成破坏；下方的支架15用于固定大法兰盘11、小法兰盘12、金属连接杆10、气囊13处于稳定高度，消除试验过程中因法兰盘自重对地质物理模型洞口外侧临边处造成局部破坏；变频可控压缩机3为气压供给源，通过高压气管4向气囊13充放气，实现气压输出的持续循环变化，最大充气压力通过工程实例按相似理论确定，最大不超过1.5MPa。该储气库模拟模块的特点是可以根据试验需要灵活改变法兰盘大小及金属连接杆长度，以此实现对不同尺寸储气库的模拟。

（4）储气库模拟模块安装完成后，开启变频压缩机3，使其对气囊13循环充气、放气，模拟压气储能电站运营过程，试验气压根据实际运行压力按相似比确定，或根据试验需求确定，一般不超过0.6MPa。变频压缩机3开启的同时，同步启动过程监测模块，通过应变传感器6对地质物理模型围岩内部应变进行监测、通过高清摄像机8对地质物理模型表层变形破坏现象进行监测记录，通过气压传感器7对气压变化进行监测，并由数据采集仪9及计算机5对监测数据进行采集、记录、分析。

本发明在室内环境实现了对压缩空气储能电站地下储气库的模拟，可模拟不同尺寸下储气库的充放气过程，并实现对循环充放气荷载作用下围岩变形、破坏现象的模拟，方便高校、科研机构及相关企业开展研究地下储气库围岩结构安全稳定问题。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述装置包括：地质物理模型模块、储气库模拟模块和过程监测模块，其中，

所述地质物理模型模块用于模拟高压储气库周边的围岩；

所述储气库模拟模块包括气体接收模块和气体供应模块，所述气体接收模块设置在所述地质物理模型模块内部，用于模拟高压储气库；

所述气体供应模块设置在所述地质物理模型模块的外部，用于向所述气体接收模块充气或放气；

所述过程监测模块分别与所述地质物理模型模块和储气库模拟模块连接，用于监测所述气体供应模块对所述气体接收模块的充气和放气过程中，所述气体接收模块周边围岩的变形过程。

2.根据权利要求1所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述地质物理模型模块为具有一定尺寸的长方体，其中容置有根据实际地层物理学参数及一定相似比制成的围岩地层。

3.根据权利要求2所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述一定尺寸为长1.5～2m，宽0.4～0.6m和高1.2～1.5m。

4.根据权利要求2或3所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述模拟围岩地层由相似材料制成，所述相似材料包括砂、石膏和粉煤灰。

5.根据权利要求2所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述模拟围岩地层中设置有隧洞，所述气体接收模块设置在所述隧洞内，其包括中空环形结构的气囊、拉力承受件、约束件和固定件，其中，所述拉力承受件从所述气囊的中空部分穿过，并伸出所述隧洞，伸出的两端分别采用所述约束件进行约束，且两端的端部与所述固定件固定连接。

6.根据权利要求5所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述气体供应模块为变频可控压缩机，与所述气体接收模块采用高压气管连接。

7.根据权利要求6所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述过程监测模块包括计算机、应变传感器、气压传感器、摄像机和数据采集仪，若干所述应变传感器埋设在以隧洞的中心线为基准的模拟围岩地层中，所述气压传感器连接所述高压气管，所述摄像机对准地质物理模型模块设置，所述数据采集仪的一端与所述应变传感器和气压传感器连接，另一端和所述摄像机同时连接所述计算机。

8.根据权利要求5所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，所述约束件包括并列设置的大法兰盘和小法兰盘，其中，所述小法兰盘的直径等于所述隧洞的内径，所述大法兰盘的直径大于所述隧洞的内径。

9.根据权利要求1所述的模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置，其特征在于，在所述气体接收模块与模拟围岩之间设置有若干云母片。

10.一种模拟压气储能储气库围岩变形破坏的模型试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法采用权利要求1-9任一项所述的模型试验装置来实现，包括如下步骤：

S1.制作地质物理模型模块：根据不同的试验要求，制作不同规格尺寸的长方体，并在其内填充由根据实际地层物理学参数制成的模拟围岩地层，并在所述围岩地层中预置隧洞；

S2.安装过程监测模块，将若干应变传感器以隧洞中心线为基准，沿多个不同方向布置在围岩地层中，气压传感器连接高压输气管，用时实时采集气压变化；高清摄像机正对地质物理模型模块架设并连接计算机；若干应变传感器和气压传感器通过数据采集仪连接计算机；

S3.安装储气库模拟模块：将气体接收模块放置在隧洞内，连接件穿过中空的气囊，约束件固定在连接件伸出隧洞的两端，并在两端的端部采用固定件进行固定；

S4.启动气体供应模块和过程监测模块，气体供应模块向气体接收模块的气囊循环充气或放气，模拟压气储能电站运营过程，过程监测模块对地质物理模型围岩内部因充气或放气发生的应变和/或表层变形破坏现象进行监测，同时对气体供应模块的供气管路的气压变化进行监测，并对上述监测得到的监测数据进行采集、记录和分析。