盐岩剪切损伤自愈合试验研究

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随着我国经济的快速发展,对天然气的需求量也持续增长。预计到2020年,我国天然气需求量将达到3000亿立方米,届时地下储气库工作气量就至少要达到450亿立方米。未来储气库建设任重而道远。盐岩是建造能源地下储库的理想介质,但在储气库建腔和运行过程中仍会发生一些事故。在开采过程中,如溶腔顶部塌落、技术管扭曲变形等;由于盐岩具有典型的流变特征,在上覆岩层压力和远场地应力作用下盐穴储库体积不断减小;在盐穴储气库运营期间,容易发生油气泄露、储气库爆炸等事故。因此,对盐岩储库的稳定性研究成为储气库建设首先要考虑的问题。在盐岩储气库建造和运行过程中,无损的围岩会在复杂环境因素作用下,产生无法预料的损伤;而盐岩自身同时又具有可恢复性,这对储气库的使用寿命和运行稳定性是非常有利的。因此作者结合盐岩自身的赋存特点和盐穴建造工程实践,针对纯盐岩和含杂质盐岩损伤与自愈合的规律,开展压剪试验、三点弯曲试验和巴西劈裂试验以及在恒温条件下的自恢复试验,研究了两种盐岩在不同加载方式下的损伤特征和损伤演化规律,对损伤盐岩在恒温条件下的恢复规律和自愈合机理进行了分析,建立新的剪切损伤演化模型和提出损伤盐岩自愈合的新认识,以期为工程实践和科学研究借鉴之用。(1)对纯盐岩和含杂质盐岩进行压剪试验,分析两种盐岩在剪切角度、加载速率、加载方向、加载方式等不同加载条件下的损伤特征,并在前人的基础上建立纯岩盐在压剪条件下的剪切损伤演化模型。(2)盐岩的抗压强度大于抗剪切强度,抗剪切强度大于抗拉强度。盐岩在压剪条件下的峰值剪应力和切变模量会随着加载方式不同而发生明显的变化,这是不同于一般岩石的特性;研究发现在压剪条件下,放置角度对盐岩力学性质的影响最大,而加载速率的影响则不是十分明显,对于重复加载的试件,加载方向对盐岩的损伤演化过程影响很大。(3)借助声发射技术,盐岩材料在加载过程中的声发射信号被收集。盐岩的声发射信号从开始加载就表现的非常明显,但是峰值AE计数与应力峰值并没有明显的对应特征;对重复加载的试件进行分析,发现声发射信号在第二次加载的始一开始就非常明显。(4)利用恒温恢复环境,研究了损伤盐岩自愈合的规律,对损伤盐岩的自愈合特征进行详细分析,对自愈合机理进行研究,并提出对于损伤盐岩自愈合的新认识。(5)损伤盐岩在恒温恢复下的自愈合规律与作者关于自愈合的新认识一致,其力学特征会出现一定程度的恢复,综合来看,表现为试件完整性的恢复;研究发现损伤盐岩的恢复表现明显的时间效应,7天为短期恢复与长期恢复的分界点。
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