不同加載路徑下鹽巖蠕變力學(xué)特性與鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究.pdf

1、利用深部鹽巖洞穴進(jìn)行能源儲(chǔ)備是國(guó)際上廣泛認(rèn)可的能源儲(chǔ)備方式，也是我國(guó)實(shí)施能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備計(jì)劃的重點(diǎn)部署方向。蠕變特性作為鹽巖最重要的力學(xué)特性之一，直接關(guān)系到鹽巖儲(chǔ)存庫(kù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性，因此對(duì)鹽巖蠕變特性進(jìn)行研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)不同加載路徑下鹽巖蠕變特性、鹽巖非線性粘彈塑性蠕變模型、鹽巖在循環(huán)荷載作用下的蠕變模型、鹽巖非線性蠕變模型二次開(kāi)發(fā)以及鹽巖地下

2、儲(chǔ)氣庫(kù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　?、俨捎肦LW-2000巖石流變?cè)囼?yàn)機(jī)，對(duì)不同加載路徑（圍壓恒定、分級(jí)增加軸壓；軸壓恒定、分級(jí)卸除圍壓；軸壓恒定、周期性循環(huán)圍壓）下鹽巖的三軸蠕變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，基于試驗(yàn)結(jié)果，分析了不同加載路徑和不同應(yīng)力狀態(tài)下鹽巖蠕變過(guò)程的變形特性和蠕變速率隨時(shí)間的變化規(guī)律；
　?、诨趲r石非線性流變力學(xué)基本理論，從牛頓體粘滯系數(shù)在不同蠕變階段隨時(shí)間的變化規(guī)律入手，分別提出了非

3、線性Kelvin模型、非線性Maxwell模型和非線性 Bingham模型，并對(duì)各非線性模型的基本力學(xué)特性進(jìn)行了分析。分析表明，由于非線性系數(shù)的引入，使得修正后的非線性模型在描述巖石蠕變特性時(shí)具有更好的適應(yīng)性。
　?、蹖⒎蔷€性Kelvin體、非線性Maxwell體和非線性Bingham體進(jìn)行串聯(lián)建立了能夠反映鹽巖蠕變?nèi)A段的非線性粘彈塑性蠕變模型，并根據(jù)鹽巖三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)鹽巖加速蠕變階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用1stOpt

4、優(yōu)化軟件，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了反演識(shí)別。理論曲線和試驗(yàn)曲線對(duì)比顯示兩者吻合良好，說(shuō)明本文非線性粘彈塑性蠕變模型能夠很好的描述鹽巖的蠕變特性。
　?、芤訠ugrers模型為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了其在低頻循環(huán)荷載作用下的蠕變方程，并根據(jù)鹽巖恒軸壓、循環(huán)圍壓加載路徑下的蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果，對(duì)循環(huán)荷載蠕變模型參數(shù)進(jìn)行了反演。理論曲線和試驗(yàn)曲線對(duì)比表明，該模型能夠較好的反映鹽巖在循環(huán)荷載作用下的蠕變特性，特別是能夠反映出不同圍壓循環(huán)周期下鹽巖蠕變應(yīng)變隨圍壓升降

5、而發(fā)生的明顯的波動(dòng)現(xiàn)象。
　　⑤基于有限差分理論，推導(dǎo)了鹽巖非線性粘彈塑性蠕變模型的有限差分表達(dá)形式，結(jié)合FLAC3D二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用Mohr—Coulomb準(zhǔn)則作為屈服判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了非線性蠕變模型的二次開(kāi)發(fā)，獲得了該模型的動(dòng)態(tài)鏈接程序，并通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M和算例分析驗(yàn)證了二次開(kāi)發(fā)模型程序的正確性和合理性。
　　⑥利用非線性粘彈塑性蠕變模型二次開(kāi)發(fā)計(jì)算程序，對(duì)依托工程鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析，探討了洞周塑性區(qū)、圍巖變形