葉舞鹽礦深部鹽巖疲勞損傷演化機(jī)理.pdf

1、鹽巖礦床經(jīng)過(guò)水溶開采后形成的溶腔被世界各國(guó)公認(rèn)是液化天然氣儲(chǔ)備的理想場(chǎng)所。隨著我國(guó)能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備工程的實(shí)施，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)作為重要的儲(chǔ)備工程設(shè)施，對(duì)我國(guó)能源儲(chǔ)備和天然氣調(diào)峰具有不可或缺的重要作用。由于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)在水溶開采時(shí)會(huì)產(chǎn)生溶蝕裂紋，裂紋鹽巖在注采氣過(guò)程中，受到周期荷載作用從而產(chǎn)生疲勞損傷；同時(shí)，深部鹽巖受到的圍壓、溫度變化也將對(duì)其損傷過(guò)程產(chǎn)生一定影響。針對(duì)這些問(wèn)題，本文以河南省第一個(gè)擬建鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)——平頂山鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)為研究重點(diǎn)，通過(guò)掃描

2、電鏡、體視熒光顯微鏡分析了葉舞鹽巖的微細(xì)觀組構(gòu)特征；通過(guò)單、三軸壓縮試驗(yàn)和聲發(fā)射定位等試驗(yàn)，研究了鹽巖的損傷演化力學(xué)特性；通過(guò)理論分析，構(gòu)建了基于聲發(fā)射定位點(diǎn)數(shù)的損傷模型和疲勞損傷累積演化模型。主要包括如下幾個(gè)方面：
　　(1)根據(jù)河南葉舞鹽田勘探地質(zhì)資料，利用掃描電鏡和體視顯微鏡研究了葉舞鹽巖的細(xì)觀組構(gòu)特征，對(duì)國(guó)內(nèi)擬建鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鹽巖溶蝕特征進(jìn)行了分析，研究了鹽巖的溶解機(jī)理和溶解特性。
　　(2)通過(guò)單軸、三軸壓縮試驗(yàn)，研究

3、了河南葉舞鹽巖的損傷演化力學(xué)特性，基于能量耗散理論，分析了鹽巖損傷破壞過(guò)程中的能量特征；利用多通道聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)，對(duì)鹽巖受荷破壞過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)，對(duì)鹽巖損傷演化過(guò)程進(jìn)行了分析研究；構(gòu)建了基于聲發(fā)射定位點(diǎn)參數(shù)的損傷模型，該模型能夠較好地描述完整鹽巖的損傷演化過(guò)程。
　　(3)利用巖石力學(xué)伺服控制試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)不同幾何參數(shù)下的裂紋鹽巖進(jìn)行了三軸壓縮試驗(yàn)研究，分析了不同裂紋對(duì)鹽巖的三軸壓縮強(qiáng)度、變形特性以及能量耗散特征的

4、影響規(guī)律，及裂紋鹽巖在不同圍壓作用下的破裂模式。通過(guò)對(duì)含表面裂紋鹽巖在單軸壓縮下的裂紋擴(kuò)展演化試驗(yàn)研究，分析了表面裂紋對(duì)強(qiáng)度和變形的影響，探討了裂紋擴(kuò)展及貫通模式。
　　(4)在儲(chǔ)氣庫(kù)注采過(guò)程中，腔體附近的鹽巖體處于加、卸載的周期荷載作用。利用巖石力學(xué)伺服控制試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)不同參數(shù)的裂紋鹽巖進(jìn)行了單軸疲勞試驗(yàn)，研究了不同預(yù)制裂紋鹽巖的疲勞破壞特性以及破壞過(guò)程中的能量特征，并將疲勞破壞過(guò)程與簡(jiǎn)單加載過(guò)程結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。此外，通過(guò)恒荷

5、載疲勞和變荷載疲勞試驗(yàn)，對(duì)鹽巖在周期循環(huán)荷載作用下的抗拉疲勞破壞特征及其破壞機(jī)理進(jìn)行了研究，分析了巴西劈裂過(guò)程中破壞斷口的形貌特征。
　　(5)在總結(jié)損傷變量定義方法的基礎(chǔ)上，分析了利用不同方法定義損傷變量的可行性。根據(jù)鹽巖在單軸循環(huán)加載過(guò)程中的強(qiáng)度和變形規(guī)律，建立了能表征循環(huán)荷載作用下鹽巖疲勞損傷累積演化規(guī)律的曲線模型，并對(duì)損傷累積演化曲線模型中的參數(shù)物理意義進(jìn)行了分析，該損傷累積演化模型可以較好地描述裂紋鹽巖的損傷累積演化特性