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我国的盐岩地层具有“夹层层数多、夹层厚度薄”的特点,现场地质调查发现,这一显著特点在拟建储气库的湖北云应盐矿区尤为突出。相对于大型能源地下储备库而言,互层状盐岩围岩可视为薄互层盐岩,其工程力学特性研究是储备库稳定性评价的基础。本文以云应盐穴储气库项目为依托,首先通过现场地质调查研究了盐岩地层的沉积韵律及界面;然后相继开展了室内岩心试验、多互层岩体模型材料压缩破坏试验和理论分析,研究了夹层和界面对薄互层盐岩变形、强度和破损的影响规律;最后结合数值模拟的手段对储气库的稳定性进行了分析。主要内容包括:
⑴薄互层盐岩沉积韵律和界面研究:依托湖北应城盐穴油气储库项目,开展了现场地质调查,获取了地层岩心,揭示了该地区盐岩地层的沉积韵律特性,对盐岩地层中的界面进行了命名和分类,并结合扫描电镜对夹层和盐岩交界层面处进行了分析,指出了弱界面的潜在位置。
⑵含夹层盐岩岩心室内力学试验研究:在将薄互层盐岩中各种分层归类为盐岩和夹层的基础上,开展了含夹层盐岩岩心单轴压缩、三轴压缩和蠕变试验,分析了夹层对含夹层盐岩变形、强度和破损的影响;开展了直接剪切和抗拉强度试验,分析了夹层和界面对含夹层盐岩岩心变形、强度和破损的影响规律。
⑶多互层岩体模型材料压缩破坏试验研究:现场获取的岩心原则上属于含夹层盐岩,具有夹层厚度可选范围小、层数少、界面人为破坏、倾角不可调等诸多不足,并非相对意义上的薄互层盐岩问题。因此,开发了多互层岩体模型材料压缩破坏试验的方法,发明了制备互层状模型材料块体的装置及软薄层吸附平移装置,利用获得的多互层材料模拟试样开展了室内试验研究,分析了倾角、界面粘结状态、夹层力学特性等对薄互层盐岩变形、强度和破损的影响,归纳了不同倾角条件下薄互层盐岩变形破损的主控因素。
⑷考虑界面和夹层效应的薄互层盐岩变形破损理论研究:借鉴横观各向同性岩体的Jaeger强度准则及节理岩体单弱面破坏准则,分析了多互层材料模拟试验中观察到的试样破损具有不同主控因素的原因,提出了基于界面沉积特性的薄互层盐岩体破坏准则,指出了其在储库稳定性分析中的应用。
⑸泥质硬石膏夹层对云应储气库稳定性的影响研究:以湖北云应拟建储气库为工程背景,利用ANSYS建立了储气库分析模型;然后采用线性加权的方法,获得具有不同硬石膏含量的泥质硬石膏夹层的力学参数;最后利用数值计算,研究了不同力学特性的泥质硬石膏夹层对储气库静力和长期运行稳定性的影响规律。