相似模型试验技术因有着可行性强、应用范围广、试验成本低等优点,被广泛应用于地下岩土工程模型试验中。由于试验存在着破坏性或不可复原性,而且实验室条件下难以按照实际试验目标的大小来复原试验,其通常做法是做一个缩尺的模型来代替。在保证原型与模型之间有着物理力学相似的基础上,通过模型的试验结果,结合相似原理,推导原型的可能试验现象与结果。相似模型试验最终是通过缩尺的模型进行试验,成功制作一个模型是试验成功的关键。试验结果与模型所用的材料有着密切的关系,为保证原型与模型的物理力学性质相似,找到适合模型的原材料是模型成功制作的关键,也是模型试验成功的关键。文章以大5含水层储气库盖层岩石为研究目标,初步探究了用于大5盖层岩石模型试验的材料及材料配比。浇筑试样并对试样进行单轴压缩试验和巴西劈裂试验,统计分析试验数据,找寻其物理力学性质(密度、弹性模量、单轴抗压强度和抗拉强度)随骨胶比(骨料与胶结剂的质量比)、水膏比(水泥与石膏的质量比)及重晶石比(重晶石粉与骨料的质量比)的变化规律。同时,在归纳总结现有脆性评价指标的基础上,建立脆性评价改进指标。结合仅有的大5盖层岩石部分试样获取的应力应变曲线,运用改进方法对其盖层岩石进行脆性评价。本文取得以下研究结果:1.结合相似原理和弹塑性力学等知识,推导了相似比之间的相似关系;综合考虑试验条件和试验目标,确定了原型与模型之间的相似比,选定重度相似比_γC=4.1,几何相似比_lC=30,强度、弹性模量相似比C_σ=C_E=42。用于制作模型的原材料为骨料和胶结剂两大类,骨料有粗骨料砂和细骨料重晶石粉,胶结剂有水泥和石膏。材料之间具体配比为:骨胶比为2:1、4:1、6:1、8:1、10:1,水膏比为1:9、3:7、5:5、7:3、9:1,重晶石比为0、0.1、0.2、0.3、0.4。为浇筑出用于单轴压缩试验和巴西劈裂试验的标准圆柱形试样,自行设计并加工了模具;2.运用正交试验设计方法,共设计试验组数25组。浇筑试样,并进行了单轴压缩试验和巴西劈裂试验。结果表明相似材料密度范围是1.68g/cm~3~1.95g/cm~3,单轴抗压强度范围是0.26MPa~4.23MPa,弹性模量范围是7.781MPa~322.222MPa,抗拉强度范围是0.0653MPa~0.8981MPa,同目标模型参数(模型材料密度为1.79g/cm~3,抗压强度为1.53MPa,弹性模量为150.40MPa,抗拉强度为0.13MPa)相比,制备的相似材料基本上能符合大5含水层储气库盖层岩石相似材料的要求;3.探索了相似模型材料的物理力学性质随骨胶比、水膏比及重晶石比的变化规律。密度、单轴抗压强度、弹性模量及抗拉强度的变化趋势均表现出与骨胶比、水膏比、重晶石比有一定的相关关系。其中,密度随骨胶比的增大而减小,随水膏比、重晶石比的增大而增大;单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度均随骨胶比、水膏比、重晶石比的增大而减小,其中与骨胶比的相关度大于水膏比和重晶石比;4.提出基于应力应变曲线的脆性评价改进方法,阐述指标建立及计算过程。综合考虑峰后应力降的相对大小、绝对速率及屈服阶段对脆性评价的影响,弥补现有评价方法没有考虑屈服阶段影响的不足。将该方法应用于不同岩石单轴压缩试验、同种岩石三轴压缩试验及兴9盖层岩石的脆性评价中,阐述分析其局限性、优越性和实用性,并与他人评价结果对比说明该方法的适用性。将该方法应用于大5盖层岩石的脆性评价中,得到特定地层条件下大5盖层岩石脆性较弱,即塑性变形性能力较强的结论。5.推导流体注入储层过程可能的储层压力分布及盖层变形分布,运用ABAQUS有限元软件对盖层的弯曲变形效应进行研究,对比分析流体注入过程不同参数对Mises应力、张拉破坏区及塑性屈服区的影响。结果表明:侧压系数、粘聚力、弹性模量影响较大,内摩擦角、泊松比、剪胀角影响较小。