盐岩巴西劈裂损伤自愈合特性实验研究

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随着中国经济建设水平的不断提高,对能源的需求也越来越大。为了满足能源安全与能源调峰等的需求,中国在江苏金坛率先建立了一批盐岩储库。截止2017年,中盐金坛已经有近30个盐穴用于储存天然气,总储量达到了1.1亿立方米。同时,由于盐岩在中国大量赋存,每年采盐都会形成大量的溶腔,不仅有引发地表沉降等地质灾害的危险,同时也浪费了大量的地下空间。因此,大力发展岩穴储库的建设有助于变废为宝,合理利用地下空间。
  相比与其他地下储库,盐岩的自愈合特性使得盐穴可以自发地修复损伤,从而降低渗透率并提高稳定性。不管是哪种地下储库,在开挖建设中,不可避免的会对围岩产生扰动并在腔体周围形成开挖扰动区。因此,研究盐岩的自愈合作用有助于更好的了解盐穴储库的损伤演化,以便于建设更加安全经济的地下盐穴储库。由于地下盐穴储库的安全稳定主要涉及稳定性和密闭性两个方面,而已有的研究主要集中在稳定性方面,对地下盐岩储库的密闭性方面研究较少。为此,作者结合已有的研究成果和国内外盐岩地下储库的实际工程现状,设计了巴西劈裂损伤盐岩的自愈合实验。针对盐岩损伤自愈合的机理,进行了损伤盐岩在不同愈合时间、温度、围压和湿度条件下的损伤愈合实验,探究了不同的外部环境对于盐岩损伤自愈合效果的影响。最后,在借鉴国内外已有研究的基础上,结合愈合时间、温度和围压等因素,提出了盐岩的损伤愈合模型,希望能够进一步推动盐岩损伤愈合的理论研究并取得更好的实际工程应用。论文的主要内容如下:
  (1)通过进行损伤盐岩的愈合实验,分析了损伤盐岩愈合过程中,愈合时间、温度、围压和湿度对于损伤盐岩愈合效果的影响。发现时间、温度、围压和湿度都和损伤盐岩愈合效果呈正相关,时间越长,温度越高,围压越大和湿度越大,损伤盐岩的愈合效果越好,但其愈合效果的上升速度越缓慢。
  (2)研究发现不同的因素对于损伤盐岩愈合效果的影响程度有较大的区别,其中损伤盐岩的愈合效果对围压最为敏感,较大的围压能够有效提高损伤盐岩的愈合效果;相反,温度对损伤盐岩的愈合效果影响不够显著,温度的升高只能小幅度提高损伤盐岩的愈合效果。
  (3)研究发现在无应力条件下,损伤盐岩试件在一定条件下仍然可以产生愈合效果,说明围压不是损伤盐岩愈合的必要条件。
  (4)研究发现在无应力条件下,在无外界水分供给环境中试件不会发生愈合,说明水是损伤盐岩在无应力条件下产生愈合效果的必要条件。
  (5)通过借鉴已有的研究成果,结合实验数据,提出了包含愈合时间、温度和围压的盐岩损伤自愈合模型,并通过拟定的工况条件使用模型进行了计算。
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