非連續(xù)周期性荷載作用下巖鹽的疲勞損傷和擴容特性.pdf

1、鹽礦資源開采形成的大量空置鹽穴是環(huán)境保護(hù)和地表安全的重大隱患之一。綜合治理，變廢為用，不僅可以實現(xiàn)安全風(fēng)險的有效控制，還可以創(chuàng)造經(jīng)濟效益，實現(xiàn)和危險治理的有機結(jié)合。巖鹽作為一種自然介質(zhì)，有較低的滲透性，較好的流變性和一定的裂縫自愈合能力，可以為一些液態(tài)、氣態(tài)烴以及相關(guān)產(chǎn)品（如石油，天然氣，壓縮空氣和一些工業(yè)廢料等）提供非常安全穩(wěn)定的地下存儲場所。使用鹽穴作為地下天然氣儲庫，壓縮空氣能儲庫，可以實現(xiàn)資源的合理配置和能源的均衡有序供應(yīng)。

2、r>　　在鹽穴儲存這些氣體介質(zhì)時，存在一個科學(xué)問題（不連續(xù)變化的周期性荷載）：例如壓氣蓄能電站需要在需求高峰時放氣發(fā)電，低谷時蓄氣儲能，平衡期時保壓，因而氣壓會隨市場能源需求呈現(xiàn)不連續(xù)性的周期性變化。儲氣庫在不連續(xù)循環(huán)氣壓作用下，容易造成疲勞損傷，體積容量會因此而不斷收縮變形。隨著疲勞損傷的累積演化，儲氣庫圍巖的力學(xué)參數(shù)會不斷劣化，承載能力下降。如果不引起關(guān)注，將最終導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，氣體泄漏等事故。
　　本論文結(jié)合鹽床賦存特點（包括

3、埋深、厚度、夾層產(chǎn)狀等）和目前鹽穴儲庫的實際運行參數(shù)特征，圍繞巖鹽塑性變形，擴容，損傷與應(yīng)力環(huán)境之間的相互關(guān)系，開展常規(guī)單軸、三軸以及疲勞等力學(xué)試驗，研究巖鹽在非連續(xù)周期荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)，并建立新型的適合巖鹽本身特征的本構(gòu)模型，并為數(shù)值試驗提供基礎(chǔ)參數(shù)依據(jù)。本論文的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?、匍_展巖鹽的單軸和三軸試驗，為周期荷載試驗提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考，分析巖鹽在持續(xù)加載條件下的塑性行為和損傷演化特征，分析巖鹽的擴容特征，建

4、立能夠描述巖鹽行為，尤其特有的持續(xù)的長時間應(yīng)變硬化的基礎(chǔ)本構(gòu)模型。
　　②巖鹽的損傷程度受應(yīng)力狀態(tài)和加載歷史的影響。開展不同荷載條件下的周期加卸載試驗。在不同的應(yīng)力幅度和應(yīng)力水平下，巖鹽的疲勞壽命和變形演化特征是巖鹽疲勞特性的關(guān)鍵。溫度和應(yīng)變率等環(huán)境或工況條件的不同對儲庫也存在較大的影響。因此結(jié)合鹽穴地質(zhì)狀況，研究應(yīng)力，溫度，應(yīng)變率對巖鹽疲勞特性的影響必不可少。
　?、壑芷谛缘募有遁d使巖鹽具有不同于持續(xù)加載下的力學(xué)特性，如應(yīng)

5、變硬化自弱化，應(yīng)變時效等特征。對基礎(chǔ)本構(gòu)模型的合理擴展能夠使其更好地描述巖鹽的力學(xué)特征，并能在數(shù)值計算中更好的跟蹤巖鹽力學(xué)行為的變化。基于實驗（巴基斯坦鹽）數(shù)據(jù)，建立適用巖鹽的動態(tài)疲勞本構(gòu)關(guān)系。
　?、芙Y(jié)合目前儲氣庫氣壓運行狀況，開展不連續(xù)周期（間隔疲勞）荷載作用下的巖鹽疲勞特性試驗，研究在不連續(xù)周期荷載下的棘輪效應(yīng)及間隔時間與應(yīng)力因素的耦合效應(yīng)。分析不連續(xù)疲勞中巖鹽的塑性行為和擴容特征。
　?、莼诓牧蠈W(xué)位錯理論解釋巖鹽基