層狀鹽巖力學(xué)特性與蠕變機(jī)理研究

徐月生?陳建忠?王永志

摘?要：對(duì)層狀鹽巖力學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與分析，獲取相應(yīng)的力學(xué)特征參數(shù)，是鹽巖地下溶腔蠕變特性數(shù)值模擬的必要步驟，是數(shù)值計(jì)算中力學(xué)模型的組成要素。本文通過單軸壓縮、三軸壓縮和壓縮蠕變等實(shí)驗(yàn)，獲取層狀鹽巖短期強(qiáng)度特性和長(zhǎng)期蠕變特性的力學(xué)特征參數(shù)，為鹽巖蠕變模擬提供必要的參數(shù)支持。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)層狀鹽巖蠕變機(jī)理進(jìn)行分析，并將對(duì)鹽巖蠕變率方程進(jìn)行解析，為構(gòu)建鹽巖蠕變本構(gòu)模型作鋪墊。

關(guān)鍵詞：層狀鹽巖?壓縮蠕變?力學(xué)特性

中圖分類號(hào)：TU452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0025-04

鹽巖地下溶腔的穩(wěn)定性和密閉性是在鹽巖中成功建造儲(chǔ)氣庫以及儲(chǔ)氣庫安全運(yùn)行所涉及的兩個(gè)重要問題。溶腔穩(wěn)定性和密閉性與鹽巖力學(xué)特性密切相關(guān)。

已有研究表明：鹽巖具有較低的滲透性、良好的蠕變特性和較強(qiáng)的裂隙自愈性[1-5]，其力學(xué)性能較為穩(wěn)定，對(duì)建設(shè)儲(chǔ)氣庫和儲(chǔ)氣庫運(yùn)行壓力的變化有較大的適應(yīng)性。因此，充分了解掌握含鹽系地層的鹽巖、含夾層鹽巖及非鹽巖夾層等的巖石力學(xué)特征，預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)溶腔存儲(chǔ)庫的穩(wěn)定性，對(duì)于溶腔存儲(chǔ)庫庫址的選擇、存儲(chǔ)庫容參數(shù)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)的控制，避免由于圍巖應(yīng)變或應(yīng)力達(dá)到極限而產(chǎn)生損傷以及損傷擴(kuò)展等均具有重要的實(shí)用價(jià)值和工程實(shí)際意義。

國(guó)內(nèi)外科研人員針對(duì)鹽巖地下溶腔用作能源地下存儲(chǔ)庫和層狀鹽巖中鹽巖以及夾層的強(qiáng)度與變形特性，廣泛開展了鹽巖工程力學(xué)特性、變形時(shí)效規(guī)律等實(shí)驗(yàn)研究，正確獲取和運(yùn)用鹽巖以及夾層的強(qiáng)度與變形參數(shù)直接關(guān)系到這些存儲(chǔ)庫的安全穩(wěn)定性。

層狀鹽巖力學(xué)特征包括短期強(qiáng)度特征和蠕變特征。通過室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲取鹽巖常規(guī)及蠕變力學(xué)參數(shù)，是研究巖石強(qiáng)度特征和變形規(guī)律的重要手段。室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括常規(guī)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和蠕變實(shí)驗(yàn)[6-9]，具體內(nèi)容包括單軸壓縮實(shí)驗(yàn)、三軸壓縮實(shí)驗(yàn)、壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)、蠕變溫度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)等。