盐岩三轴蠕变力学试验与损伤演化规律研究

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盐岩具有良好的蠕变性和损伤修复功能,是世界公认的能源存储的理想介质。盐穴腔体蠕变过量是油气储库破坏的主要形式,盐岩损伤积累引起力学性能的劣化是导致盐岩蠕变破坏的主要原因。因此,研究盐岩的蠕变性质和损伤演化规律对指导盐岩储气库的设计、施工和运营有重要意义。本文基于室内试验与数值模拟相结合的研究手段,从宏观和细观两个角度研究盐岩的蠕变特性和损伤演化规律。(1)设计盐岩三轴蠕变和声发射同步试验,采用分级加载方式,深入分析岩石蠕变特性。研究发现,随着偏应力的增大,盐岩的瞬时应变、蠕变应变量和稳态蠕变率均增大,其中稳态蠕变率随偏应力增大呈指数特征增长;以蠕变曲线数据为基础反演本构模型及参数,认为Burgers本构模型能够准确的反映盐岩的蠕变特性。(2)利用声发射(AE)事件分布和声发射定位研究岩石蠕变损伤演化过程。研究发现,当岩石由衰减蠕变进入稳态蠕变时,声发射活动活跃度逐渐减弱,AE定位点集中于岩石中部和端部。(3)基于PFC2D软件,利用室内试验所得盐岩宏观参数对数值模型的细观参数进行标定和蠕变仿真试验,从细观角度对盐岩蠕变特性和损伤演化进行分析。研究发现,当偏应力较小时,试样呈现中部收缩的趋势,偏应力较大时,试样呈现中部向外膨胀的趋势;随着应力水平的升高,减速蠕变阶段产生的损伤所占比例增大,稳态蠕变阶段产生的损伤所占比例减小;蠕变损伤过程中裂隙的空间演化规律为随机散布-聚集成核-条状拓展-相互贯通,裂隙形成的整体多与主应力方向近似呈40-50°角。所得结论将为指导盐岩储库的设计、施工、安全运营提供理论依据。
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