考虑蠕变特性的盐岩相似模型及相似材料试验研究

摘要

目前，国际上常用的能源存储方式有陆地储罐储存、海上储罐储存和地下储备库储存等。其中，以盐岩为介质的地下储备库由于其经济安全、隐蔽性高、力学性能稳定等优点，成为各个发达国家能源存储以及核废料处理的首选方式。
　　自从盐岩被选为地下储库的介质以来，已有众多学者对其在不同温度、不同应力、不同加载方式下的常规力学特性、蠕变变形特性和蠕变机制以及蠕变本构模型等进行了研究，并选择相似材料模拟盐岩的一般力学特性，得出了很多建设性的成果，成功应用于实际的盐岩地下储库的开采、建设、运营等过程中。
　　尽管如此，目前很少有人对盐岩的蠕变特性进行相似模拟研究。因此，本文在前人研究的基础上，根据相似理论的基本原理，采用量纲分析法推导出与盐岩蠕变速率、应力、应变、弹性模量、重度、重力加速度、几何尺寸、泊松比等参数相关的相似判据。然后采用正交试验设计法，对砂胶比为1:0.02、1:0.04、1:0.08，粗细颗粒比为2:8、6:4、8:2，以及压制应力为0.196kN、0.392kN、0.784kN等几种条件进行安排，得到了9种不同的配比试验方案。在得到配比试验方案后，按这9种方案的要求分别制作相似材料试样，并对其进行常规的单轴压缩试验。研究了砂胶比、粗细颗粒比和压制应力对相似材料一般力学特性的影响。并发现按砂胶比为1:0.04、粗细颗粒比为6:4、压制应力为0.196kN的配比制成的试件的常规力学特性满足相似比的要求。对该配比的相似材料进行了单轴及三轴条件下的蠕变试验，对比盐岩原岩的蠕变特性，发现该配比的相似材料的蠕变特性也基本与原岩相似。除此以外，本文还简要介绍了盐岩的蠕变本构方程及其微观蠕变机制。
　　这些研究为开展盐岩地下储库建造及运营期的变形、破坏等相关机理的相似材料模拟试验打下了坚实的基础。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文的研究内容和思路

2 盐岩相似模型理论研究

2.1 相似理论基本概念及相似三定理

2.2 相似理论分析方法

2.3 量纲分析法

2.4 盐岩蠕变模型相似判据推导

2.5 量纲分析的优缺点

2.6 本章小结

3 盐岩相似材料正交试验设计

3.1 试验设计的内容及其常用的方法

3.2 正交试验设计

3.3 盐岩相似材料正交试验方案设计

3.4 本章小结

4 盐岩相似材料常规力学特性模型试验研究

4.1 相似模型参数选择

4.2 相似材料的选择及相关特性

4.3 相似模型试样制备

4.4 试验装置

4.5 试验过程

4.6 试验结果分析

4.7 本章小结

5 盐岩相似材料蠕变试验及蠕变机制研究

5.1 盐岩相似材料蠕变试验

5.2 盐岩蠕变试验结果分析

5.3 盐岩蠕变本构关系及本构模型概述

5.4 盐岩蠕变现象的细观分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 研究前景展望

致谢

参考文献

附 录