不同温度条件下盐岩卤水浸泡后损伤自恢复特性

为了研究地下盐穴开挖扰动区(EDZ)损伤盐岩在盐穴综合利用过程中的自恢复特性,设计了损伤盐岩在卤水温度作用下的自恢复试验。结果表明:损伤盐岩经过卤水浸泡后在不同温度下烘干时力学性质可以得到恢复,在试验温度范围(35～80℃)内,其恢复效果随着温度的增加而增强。经过恢复处理的损伤盐岩试件二次加载时的声发射特征显示,其Felicity比低于0.1,Kaiser效应基本不成立,说明损伤盐岩在自恢复处理过程中其内部损伤在细观尺度上发生愈合。根据损伤盐岩试件自恢复处理后的细观形貌特征,总结出盐岩损伤恢复3种不同的细观机理:(1)基于扩散作用的损伤微裂纹愈合;(2)基于NaCl晶体重结晶作用的微裂隙充填;(3)破碎区NaCl晶体颗粒的愈合粘结。盐岩损伤恢复过程中,裂纹中充填的饱和卤水为裂纹中的物质传递提供了通道,同时提供了大量的结晶基础物质,为盐岩损伤愈合奠定了基础;温度的升高为盐岩损伤恢复提供了更高的能量,提升了损伤愈合速度,同时使氯化钠重结晶密度增加,从而提高了损伤恢复程度。     

不同温度条件下盐岩卤水浸泡后损伤自恢复特性

为了研究地下盐穴开挖扰动区(EDZ)损伤盐岩在盐穴综合利用过程中的自恢复特性,设计了损伤盐岩在卤水温度作用下的自恢复试验。结果表明:损伤盐岩经过卤水浸泡后在不同温度下烘干时力学性质可以得到恢复,在试验温度范围(35～80℃)内,其恢复效果随着温度的增加而增强。经过恢复处理的损伤盐岩试件二次加载时的声发射特征显示,其Felicity比低于0.1,Kaiser效应基本不成立,说明损伤盐岩在自恢复处理过程中其内部损伤在细观尺度上发生愈合。根据损伤盐岩试件自恢复处理后的细观形貌特征,总结出盐岩损伤恢复3种不同的细观机理:(1)基于扩散作用的损伤微裂纹愈合;(2)基于NaCl晶体重结晶作用的微裂隙充填;(3)破碎区NaCl晶体颗粒的愈合粘结。盐岩损伤恢复过程中,裂纹中充填的饱和卤水为裂纹中的物质传递提供了通道,同时提供了大量的结晶基础物质,为盐岩损伤愈合奠定了基础;温度的升高为盐岩损伤恢复提供了更高的能量,提升了损伤愈合速度,同时使氯化钠重结晶密度增加,从而提高了损伤恢复程度。     

卤水浸泡后盐岩声发射特征试验研究

为了研究盐穴能源地下储库建造过程中,腔体围岩处在地温、卤水和地应力地质环境中盐岩的损伤演化特点,利用声发射技术分析盐岩受不同温度的饱和卤水作用后的单轴压缩损伤破坏过程。试验发现：在一定温度的饱和卤水中浸泡30 d后盐岩的单轴抗压强度和弹性模量有所降低,但降低的平均幅度很小;卤水对盐岩主要表现为溶蚀作用,而浸泡弱化作用非常小;单轴压缩过程中盐岩的应力-应变曲线与声发射-应变曲线具有较好的一致性,卤水浸泡后盐岩的累计声发射数随卤水的温度升高略有增加;卤水作用后盐岩试件的声发射率和累计数要小于无卤水作用盐岩;盐穴建造期盐岩受一定温度的卤水作用后盐岩的强度将出现一定弱化,但卤水也会促进损伤盐岩体的重结晶恢复,盐岩的这种特性有利于盐穴建造期安全和稳定。     

围压作用下盐岩应变与损伤恢复试验研究

为了研究盐岩在特定环境下的损伤自恢复效应,通过改变盐岩初期损伤度、围压大小与保压时间3个变量分别开展了损伤盐岩保压恢复试验。基于材料破坏的应变控制理论,主要分析了盐岩初期损伤度、围压大小与保压时间3个因素在压力恢复作用下对盐岩应变恢复和损伤愈合进程的影响。试验结果表明:围压可以改变盐岩自恢复能力;盐岩应变恢复可以分为应变快速恢复、减速恢复与缓慢恢复3个阶段,这3个阶段与围压大小、裂隙发育度、时间之间存在密切关系,该恢复趋势呈现出类似负指数型降低趋势;保压时间和围压的增加在一定范围内都可以加强损伤试件的应变恢复效果与损伤愈合能力;盐岩保压期间围压的增加都相对地加快了整体的恢复速率,延长了减速恢复阶段的时间;较大初始损伤的试样虽在保压期恢复速率较高,但并未改变恢复后损伤大小的排序;较大的围压可以促使应变恢复和损伤愈合,但过大的围压容易造成应变假恢复和损伤增加的现象。     

二次加载盐岩损伤自愈合与应变硬化试验研究

为研究损伤盐岩的应变硬化和损伤自愈合特性,通过力学试验、孔渗测试试验、核磁试验,探究损伤盐岩于常温静置和围压保压两种情况下盐岩试样的力学性质、渗透率和孔隙度以及孔径分布在应变硬化和损伤自愈合的共同作用下的变化规律,结果表明：（1）损伤盐岩的应变硬化使得岩样塑性减弱,二次加载峰值应变减小,弹性模量变大。常温静置或围压保压处理后盐岩发生损伤自愈合,塑性逐渐恢复,二次加载时峰值应变增大,弹性模量减小。（2）完整盐岩和损伤盐岩试件的应力-应变曲线几乎没有压实阶段,而经过长时间常温静置和围压保压处理后的试件应力-应变曲线出现了明显的压实阶段。（3）完整盐岩渗透率和孔隙度极低,损伤盐岩的渗透率均高出完整盐岩两个数量级,并随着常温静置时间的变长,渗透率和孔隙度缓慢减小。围压保压后的损伤盐岩的渗透率恢复到了与完整盐岩相同的数量级。（4）常温静置和围压保压作用后,部分中孔和大孔愈合成小孔和中孔。（5）常温静置下损伤盐岩就会产生缓慢的损伤自愈合,而围压保压作用可以大幅度提升盐岩损伤自愈合的速度。（6）盐岩的损伤自愈合可分为前期的快速阶段和后期的缓慢恢复阶段。     

盐岩损伤自愈合特性研究综述

盐岩具有渗透率低、延展性高、蠕变特性好以及损伤自愈合等特性,已经成为国内外公认的地下石油天然气储库以及储存放射性废料最理想的储存介质之一。盐岩损伤自愈合作为盐岩损伤演化重要的一部分,对储库开采扰动区盐岩力学稳定性以及渗透性具有重要影响。从发生机理、影响因素、本构模型等方面综述了国内外盐岩损伤自愈合研究进展,总结了国内盐岩损伤自愈合研究成果。盐岩损伤自愈合主要机理包括压力闭合、表面能驱动下的扩散效应以及盐岩内部晶体再结晶作用。影响盐岩损伤自愈合特性的主要因素有压力、温度、初始损伤、湿度、化学环境等。对考虑盐岩损伤自愈合特性的MDCF模型以及Lux/Hou模型作了简要介绍。最后指出了我国含杂质层状盐岩损伤自愈合特性值得关注的几个重点研究方向。     

盐岩损伤自愈合特性研究综述

盐岩具有渗透率低、延展性高、蠕变特性好以及损伤自愈合等特性,已经成为国内外公认的地下石油天然气储库以及储存放射性废料最理想的储存介质之一。盐岩损伤自愈合作为盐岩损伤演化重要的一部分,对储库开采扰动区盐岩力学稳定性以及渗透性具有重要影响。从发生机理、影响因素、本构模型等方面综述了国内外盐岩损伤自愈合研究进展,总结了国内盐岩损伤自愈合研究成果。盐岩损伤自愈合主要机理包括压力闭合、表面能驱动下的扩散效应以及盐岩内部晶体再结晶作用。影响盐岩损伤自愈合特性的主要因素有压力、温度、初始损伤、湿度、化学环境等。对考虑盐岩损伤自愈合特性的MDCF模型以及Lux/Hou模型作了简要介绍。最后指出了我国含杂质层状盐岩损伤自愈合特性值得关注的几个重点研究方向。     

升温过程中盐岩动力特性实验研究

利用超声波技术对盐岩进行了升温过程中(无侧压,温度为20～270 ℃) 的动力学测试,分析了超声波波速、动弹性常数以及温度所导致的损伤变化规律。试验结果表明,随着温度升高,盐岩的超声波波速、动弹性模量和泊松比都有不同程度地降低,且呈现一定的规律性。试验过程中所观察到的现象和理论分析说明,盐岩的热损伤主要由矿物失水和晶间裂纹所导致,损伤变量和平行轴向相对裂纹密度随温度的升高而增大,但速度逐渐变缓,试验中未观察到温度对盐岩损伤的门阀值以及损伤愈合现象。     

单轴压缩下含表观裂纹盐岩力学特性试验研究

利用RMT-150B岩石力学多功能系统,对不同形态的含表观裂纹盐岩的力学特性进行试验研究,分析了表观裂纹对盐岩的强度和变形性能影响以及盐岩表观裂纹扩展及其贯通模式。表观裂纹扩展演化主要分两类:一类是试件初始表观裂纹扩展形成主裂纹;二类是试件初始表观裂纹闭合,而重新萌生微裂纹,聚集、扩展形成主裂纹,同时,附近伴随生长次生裂纹。表观裂纹盐岩的贯通模式主要表现为拉贯通和拉剪贯通,未呈现明显的压贯通等其他贯通模式;受自身结构致密性影响,裂纹贯通路径呈现明显的曲折线。竖向贯通裂纹对盐岩变形模量影响较大,而倾斜裂纹对盐岩变形模量影响相对较小。     

卤水浸泡环境下盐岩剪切特性影响因素分析

为了解水溶造腔过程中盐岩在卤水浸泡环境中的剪切特性,设计了盐岩剪切特性影响因素的正交试验,研究了卤水浸泡时间、温度和加载速率对盐岩剪切特性的影响规律。试验结果表明,卤水浸泡会弱化盐岩的抗剪强度,卤水浸泡时间越长盐岩抗剪强度越低,但最终趋于稳定;卤水温度升高,加剧盐岩内部损伤,盐岩抗剪强度随之降低;经一定温度卤水浸泡后盐岩的抗剪强度随加载速率的增大而降低,且其延性特征也随浸泡时间、温度和加载速率的增大逐渐减弱。通过对任意两个影响因素分别进行二元线性回归,根据其标准回归系数对盐岩抗剪强度的相对重要性比值构建判断矩阵,运用层次分析法计算出温度、加载速率和浸泡时间等影响因素的权值分别为0.397,0.340,0.263。极差分析和权值计算表明,盐岩剪切强度的影响因素主次关系依次为温度、加载速率和浸泡时间。     

应力损伤盐岩的声波、溶解试验研究

采用声波技术研究盐岩在单轴载荷条件下的损伤特征,并对受损盐岩进行溶解试验分析,以此来分析盐穴建造期盐岩的损伤溶蚀机制。试验发现：随着轴向应力的增加,侧向波速逐渐较小,在达到极限强度后波速快速减小,而不像轴向波速那样在弹性压密阶段会出现小幅增加之后才开始减小;盐岩所受压力越大,对应的溶解速度越快。由岩石单轴强度理论和损伤理论分析表明,盐岩应力损伤由盐岩晶粒相互错动促使微裂纹增多所致,侧向波速确定的损伤变量与应力具有相关性,盐岩的溶解速率随损伤变量的增加而增加。     

基于细观变形理论的盐岩塑性本构模型研究

唯象学本构模型不能很好解决诸如夹杂含量、温度、应变速率等对盐岩力学性质的影响,更难以解释盐岩变形机制。盐岩为石岩晶体组成,其变形机制主要由多晶结构所控制,故基于固体位错理论研究方法建立的盐岩塑性本构模型更能反映盐岩的变形机制。研究表明,盐岩的塑性-蠕变交互作用机制是（亚）晶粒内部位错的滑移与（亚）晶界及其干涉面内位错的攀移运动之间的耦合。基于此,可确定亚晶（或晶粒）平均尺寸与流动应力之间的关系、（亚）晶内的位错平均密度;建立微观参量（位错、亚晶直径、亚晶界宽度等）演化模式;根据Orowan定律建立盐岩微观-宏观变形联系,从而导出盐岩塑性本构方程。导出的本构方程体现了盐岩塑性-蠕变变形的物理机制,相对于传统的塑性本构方程具有更好的物理意义。     

EARTHQUAKE ANALYSIS OF GRAVITY DAMS BASED ON DAMAGE MECHANICS CONCEPT

In this paper, the seismic response analysis of concrete gravity dams is presented using the concept of Continuum Damage Mechanics. The analysis is performed using the finite element technique and a proper material degradation/damage model. The damage criterion used here is a second order tensor model based on elastic-brittle characterization and on a power function of the principal tensile stress. The methodology employed is shown to be computationally efficient and consistent in its treatment of both damage growth and propagation. Other important features considered in the analysis are: (1) dam–foundation interaction (2) appropriate modelling of joined rock mass using continuum damage mechanics, and (3) proper modelling of unbounded domain of foundation rock. The infinite media representation of the foundation material has been achieved by using doubly asymptotic approximation. The results of the analysis indicate that the seismic response of a damaged concrete dam could be significantly different from that of an undamaged one. In particular, the analysis shows that during a seismic event, the microstructure of a damaged zone can significantly change due to growth and propagation of microcracks.     

盐岩地下油气储库运营期风险的故障树分析

盐岩以其良好的蠕变特性、低渗透性和损伤自我恢复性而被广泛用于地下油气能源储备,虽然目前国内外对盐岩力学特性的研究成果较多,但关于盐岩地下油气储库风险分析的研究报道却尚不多见。为了探讨盐岩地下油气储库运营期的风险机制,以江苏金坛盐岩地下油气储库为示范工程,对储库运营期的风险因子进行了辨识。应用故障树分析方法对储库运营期事故进行研究,建立了储库运营期腔体失效、地表沉陷、油气渗漏的故障树模型。通过对运营期故障树最小割集和结构重要度的分析,将储库运营期的风险因子按其影响程度进行了排序,并对故障树分析方法进行了评价,所得结论为进一步开展储库风险评估与控制提供了指导意见。     

岩石材料的三维各向异性损伤破坏模型与数值模拟

基于复合材料以及连续介质损伤理论,给出了岩石材料的各向异性损伤破坏模型。通过引入与岩石材料单轴加载行为相对应的特征模态构成的四阶对称损伤张量,描述了岩石材料的损伤演化过程,其中对不同主应变方向采用不同的损伤变量,而对同一主应变方向拉压时的损伤则采用不同的损伤变量来描述。在数值模拟岩石破坏过程的程序中,采用了张量分解的方法。将该模型编写用户材料子程序,并嵌入到大型有限元分析程序ABAQUS中,通过ABAQUS/EXPLICIT SOLVER的显式有限元算法求解。利用此程序对岩石材料的单轴压缩进行了数值模拟。     

河南东濮凹陷古近系沙河街组盐岩沉积特征及成因

东濮凹陷是渤海湾盆地的一个次级构造单元，其古近系的两个沉积旋回发育了四套盐岩，分别位于沙河街组第三段的第四亚段(S34)、第三亚段(S33)、第二亚段(S32)和沙河街组的第一段(S1)。主要分布在凹陷北部。每套盐岩又由若干个盐韵律组成，每一单韵律由盐岩和泥岩组成。两套等时对比标志层（深湖沉积）之间盐岩与砂泥岩存在着相变关系。盐岩是在深盆背景下干旱成因的，盐类物质来自地下深处上涌的卤水，分层卤水是盐形成的基本形式，上涌通道是基底大断裂，动力基础是岩浆活动。盐的阻隔作用使其对下部地层的温度、压力均有影响，这种影响有利于加快盐下地层中的有机质成熟与演化。盐又是良好的盖层，且在高温、高压下盐呈塑性状态。勘探实践看出东濮凹陷的岩性油气藏与盐岩的沉积有密切的关系，因此搞清盐岩的分布规律对东濮凹陷下步勘探有着极为重要的意义。