弯曲加卸载下杂质盐岩断裂力学行为特征研究

摘要

受储藏能源周期性注、采循环载荷作用影响,地下盐穴储气库围岩会产生拉伸循环疲劳损伤,甚至破坏。为研究拉伸循环荷载下杂质盐岩断裂力学行为及损伤演化规律,基于三点弯曲试验方法,利用四川大学MTS815岩石力学测试设备及3维声发射监测系统,开展了纯盐岩、含杂卤石盐岩及杂质盐岩拉伸加卸载及岩石损伤声发射监测试验。结果表明:1)杂卤石成分及泥质胶结提升了盐岩的韧性,纯盐岩的断裂韧度均值KIC=6.36 MPa·mm^0.5,含杂卤石盐岩的断裂韧度较纯盐岩高43.08%,杂质盐岩的断裂韧度为纯盐岩的3.18倍。2)杂质导致盐岩脆性提高,纯盐岩声发射事件覆盖区域远大于含杂卤石盐岩及杂质盐岩;三点弯曲加卸载下岩石内部声发射事件由切槽尖端逐渐向荷载点扩散,直至岩石完全断裂。3)盐岩损伤程度随循环次数增长逐渐提高,但增长速度逐渐降低,损伤变量与切槽张开度符合指数函数关系,损伤变量-张开度曲线拐点对于研究岩石失稳倾向性具有一定的预测效果。4)声发射参数rc值能够反映盐岩弯曲加卸载破坏全过程中主裂纹与微裂纹的发展趋势。峰后残余阶段纯盐岩及含杂卤石盐岩rc曲线持续上升,微裂隙稳定发展;杂质盐岩表现出更强的脆性,峰后残余阶段其rc曲线表现出与纯盐岩及含杂卤石盐岩相反的变化趋势。