盐岩蠕变特性及其非线性本构模型_王军保

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金坛储气库岩盐蠕变特性及其实用本构研究

第26卷第3期辽宁工程技术大学学报 2007年6月 V ol.26 No.3 Journal of Liaoning Technical University Jun. 2007收稿日期：2005-04-18基金项目：国家自然科学基金重点基金资助项目（E50434050）；国家自然科学基金项目（50304011）；山西省自然科学基金资助项目（20041020）作者简介：梁卫国（1972－），男，山西盂县人，博士后研究人员，副教授，主要从事岩石力学与采矿工程研究，E-mail ：master_lwg@ 。

本文编校：赵娜文章编号：1008-0562(2007)03-0354-03金坛储气库岩盐蠕变特性及其实用本构研究梁卫国1,2，徐素国2 ，刘江1，杨春和1，赵阳升2（1.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉 430071；2.太原理工大学采矿研究所，山西太原 030024）摘要：通过对金坛盐矿储气库岩盐大量的实验发现：在不同应力水平作用下，岩盐的瞬态蠕变变形介于0.1%到2%之间，一般高应力水平作用下的变形量较低应力水平作用下的变形大；试件的稳态蠕变率从0.0023%/h 到0.15%/h 变化不等，随应力水平的提高，岩盐蠕变率变化十分明显。

表明：应力水平越高，瞬态蠕变变形和稳态蠕变率均越大；反之亦然。

在分析应力水平与蠕变变形关系实验及理论分析的基础上，结合金坛储气库实际，建立了基于应力水平的岩盐瞬态及稳态蠕变综合本构方程。

该本构方程理论计算与实验结果吻合较好，可为金坛储气库运营的稳定性分析提供一定的参考依据。

关键词：金坛储气库；岩盐；蠕变；本构方程；应力水平；岩石力学中图分类号：O 344.6; TD 313 文献标识码：AResearch on creep property and practical constitutiveequation of rock salt in Jintan gas storage of ChinaLIANG Wei-guo 1,2，XU Su-guo 2，LIU Jiang 1，YANG Chun-he 1，ZHAO Yang-sheng 2(1.Institute of Rock and Soil Mechanics, The Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China;2. Mining Technology Institute, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)Abstract ：Through a lot of experimental creep investigations on rock salt in Jintan, it is found that the transient creep deformation and steady creep ratio of samples vary greatly with the different suffered stresses, of which the transient creep deformation changes from 0.1% to 2%, while the steady creep ratio can vary from 0.0023%/h to 0.15%/h. Obviously, the higher the loaded stress is, the higher are the transient creep deformation value and steady creep ratio and vice versa. On the basis of experimental and theoretical analysis of the relation between creep deformation and the loaded stress level of samples, an integrated constitutive equation of transient creep and steady creep based on stress level of salt rock is established in this paper, with consideration of the geological and future running reality of Jintan Gas Storage. It demonstrates that the theoretical creep curve and the tested data are well inosculated, and can provide some references for the future running stability analysis of Jintan Gas Storage. Key words ：Jintan gas storage ；rock salt ；creep ；constitutive equation ；stress level ；rock mechanics0 引言料的典型蠕变曲线（如图1），三个阶段：即瞬态蠕变（初始蠕变）、态蠕变阶段。

芒硝蠕变特性及本构模型研究

芒硝蠕变特性及本构模型研究王军保;刘新荣;张倩倩;胡俊强【期刊名称】《四川大学学报（工程科学版）》【年(卷),期】2015(047)005【摘要】为研究芒硝蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对芒硝开展了三轴压缩蠕变试验;基于此,以分数阶粘滞体代替广义Kelvin模型中的常规粘滞体,建立了分数阶广义Kelvin模型;针对其蠕变方程形式复杂、应用不便的缺点对其进行了简化,将简化后的分数阶广义Kelvin模型与Heard稳态蠕变模型相结合,构建了一种新的岩石蠕变本构模型,并利用芒硝蠕变试验结果反演了模型参数.结果显示:同一围压下,随轴向应力增大,芒硝蠕变变形量和稳态蠕变率均随之增加,而各级荷载加载过程中芒硝变形模量不断减小;芒硝蠕变过程具有非线性特征,且随蠕变时间延长,芒硝屈服强度逐渐降低;拟合曲线和试验结果吻合良好,说明该模型能够较好地描述芒硝的蠕变特性.【总页数】8页(P78-85)【作者】王军保;刘新荣;张倩倩;胡俊强【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;重庆大学土木工程学院,重庆400045;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045【正文语种】中文【中图分类】TU45【相关文献】1.深圳湾海积软土的蠕变特性与本构模型研究 [J], 李惠;陈金光;乔卫国2.老化前后高密度聚乙烯土工格栅蠕变特性及本构模型研究 [J], 周志刚;苏行;廖伟;张鹏3.川藏铁路孜拉山区片麻岩蠕变特性及本构模型研究 [J], 王磊;郭长宝;郭朋瑜;吉锋4.溶浸作用下钙芒硝盐岩蠕变特性研究 [J], 安俊理;陈飞;刘金虎;穆景峰;鹿海洋;刘超;刘昊;刘彦雄5.饱水-失水循环条件下红层泥岩蠕变特性及本构模型研究 [J], 李安润;邓辉;王小雪;罗杰;张君因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型

层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型赵延林1,2,张英3,万文1,2(1.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;2.湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;3.湖南科技大学土木工程学院,湖南湘潭411201)摘要：以湖北云应盐矿地下600~700m 的含泥岩夹层的层状氯化钠盐岩试件为研究对象,进行常规力学实验和不同应力批次下的单轴压缩蠕变试验,发现层状盐岩是一种特殊的组合软岩,其弹性模量比较少,盐岩层横向变形能力很大.蠕变试验得出:(1)在充分长的蠕变时间内,层状岩盐蠕变的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段显现明显,且加速蠕变阶段持续时间较长;(2)在稳态蠕变阶段出现了夹层内陷和盐岩层外鼓现象.这种不协调蠕变将导致层面的剪切错动.建立层状岩盐蠕变破坏模型,定义层状盐岩蠕变损伤变量为盐岩试件环向拉应变与盐岩的极限拉应变之比,从理论上揭示了夹层与盐岩层蠕变特性的差异而导致盐岩层蠕变破坏机理,较好地解释了夹层首先劈裂破坏,带动盐岩互层张拉裂纹扩展的实验现象.关键词：层状盐岩;蠕变特性;蠕变试验;破坏机理中图分类号：TU452;O357.3文献标识码：A文章编号：1674-5876（2010）01-0016-05收稿日期：2009-09-24基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB209400);国家自然科学基金资助项目(50774093)；煤矿安全开采技术湖南省重点实验室开放基金资助项目(2008001)通信作者：赵延林(1973-),男,湖南湘潭人,讲师,博士,研究方向:岩石力学及多场耦合.E-mail:yanlin_8@矿业工程研究Mineral Engineering Research第25卷第1期2010年3月Vol.25No.1M ar.2010能源作为国家的经济命脉具有重要的战略意义,石油、天然气等能源战略储备关系到国家的安全和社会的稳定.地下油气能源储库工程是供气(油)系统用来满足市场调峰需求的重要工程,也是关系国家能源安全的大型岩土工程.目前世界上通常将地下能源储库建造在岩盐沉积岩中,因为岩盐结构致密,孔隙率极低(0.01%~5%),渗透率约为10-17~10-21m 2,有良好的蠕变行为等优良物理特性而被世界广泛用于油气储备[1-3].但盐穴能源储库在我国还是全新的项目,为实现“西气东输”工程对长江三角洲地区安全稳定的供气,经过专业工作者结合地质、水文、工程等诸多因素的综合勘察设计,将常州盆地的金坛盐矿用以建设地下储气库[4,5].盐穴能源储库要选择岩盐纯度比较好的盐层造腔,但在我国盐丘型矿床的稀缺,盐层中经常含有平面上连续分布的夹层,这些夹层岩盐品位比较低,主要有石膏、泥页岩等组成,在层状盐岩矿床中建造油气能源储库,比厚盐丘内建造油气能源储库涉及的力学和技术问题更复杂[6].不仅要考虑溶腔的蠕变收敛性、矿柱及盖层的稳定性外,还要充分考虑层状盐岩蠕变特性的不均质性.目前,国内外对盐岩的力学特性,尤其是蠕变特性进行了大量的试验和理论分析,U.Hunsche 等[7]对盐岩蠕变本构模型作了较为详细的研究;马建春[8]对盐岩的流变特性作了系统研究;杨春和等[9]建立了互层盐岩体的Cosserat 介质扩展本构模型、陈卫忠等[10]建立了盐岩非线性蠕变损伤本构模型.层状盐岩是一种特殊的组合软岩,层状盐岩的蠕变特性及盐岩层和夹层之间的蠕变损伤破坏过程是值得深入研究[11],本文在对湖北云应盐矿地下600~700m 的层状盐岩试件进行短、长期试验的基础上,提出了层状盐岩的蠕变损伤破坏模型.可为层状盐岩矿床地下油气能源储库的安全性能评价提供理论参考[12].1层状岩盐的短、长期力学特性层状盐岩试样为含泥岩夹层的氯化钠盐岩试件,试样采自湖北云应盐矿地下600~700m 的盐岩矿床,采用地质钻机套取岩芯,由于层状盐岩含有弱面层,无法取得标准件,依据岩石力学试验标准,采用高径比为2∶1的φ90mm ×180mm 的圆柱试件,采用干式锯磨法进行全部试件的加工.1.1短期力学特性对层状盐岩、纯盐岩及泥岩进行各种常规试验得出:1)层状盐岩是一种特殊的组合软岩,其单轴抗压强度比常见岩石低,变形模量比较少,其中盐岩层横向变形能力很大,在轴向应力σ=0.5σc (σc 为盐岩试件的抗压强度)左右时,盐岩层横向变形系数可达到0.48,这其中已包含了非连续介质力学意义上的横向变形;表1为单轴压缩条件下层状盐岩的实验结果表.2)泥岩夹层的泊松比盐岩层的要小,而弹性模量比泥岩夹层要大.图1为泥岩、盐岩及层状盐岩单轴压缩应力-应变曲线,当应力达到峰值应力时,盐岩轴向应变最大,泥岩最小,而层状盐岩轴向应变值在盐岩和泥岩之间.泥岩弹性模量是盐岩的4.2倍左右,泥岩的泊松比是盐岩的0.74倍左右,在相同应力水平下,盐岩的变形比泥岩大许多,在应力水平σ=15.5MPa 时,盐岩试件的轴向应变为0.373％,而泥岩试件的轴向应变为0.08％,前者是后者的4.66倍,而单轴抗压强度泥岩只比盐岩略大,因此层状盐岩在单轴压缩应力下,其变形主要由层状盐岩中的盐岩层贡献[14].1.2长期力学特性为研究层状盐岩的长期强度,对层状盐岩试件进行中长期的单轴蠕变试验,岩石蠕变试验在岩土力学流变试验室进行,采用长春朝阳公司生产的RYL-600微机控制岩石剪切流变仪,该流变仪主要用于岩石和岩石弱面的流变试验或岩石直剪、单轴压缩、岩石双向压缩等试验,主机组合门式框架结构由轴向力加载框架、横向力加载框架、控制柜、吊车等部分组成,本试验用到的轴向力加载框架主要由机座、滚珠丝杠副、动横梁、固定横梁及轴向升降装置组成,并选用先进的日本松下全数字交流伺服高速系统,控制系统采用进口原装德国DOLI 全数字伺服控制器(图2).对层状盐岩试件按不同应力批次进行单轴蠕变实验,采用单级加载方式,将单轴抗压强度分成4级,第1~4批次分级应力分别为σ1=8MPa,σ2=11MPa,σ3=14MPa,σ4=16M Pa,蠕变进行时间在120~160d 之间;同一应力批次下设计5个岩样,加工后的试样侧面光滑,端部平整度0.05%以下,符合《国际岩石力学试验规程》要求.图3为加载应力11M Pa 下,层状盐岩试件2#的蠕变试验曲线,在此应力水平下,蠕变时间在0~130d 内,层状盐岩的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段及加速蠕变阶段均显现.衰减蠕变阶段历时大约为15d,衰减蠕应变占总蠕应变的70%~80%,稳态蠕变阶段持续很长,稳态蠕变率在6.07×10-6d -1左右,在t =130d 左右,蠕变进入加速阶段,约持续12d 后,试件破坏.图4为加载应力16M Pa 下,蠕变时间在0~160d 内,层状盐岩试件4#的蠕变试验曲线,在应力水平下,衰减蠕变阶段历时约30d,定常蠕变率3.7×10-5d -1,加速蠕变阶段从t =127d 开始,加速蠕变历时33d 后,试件破坏.表1单轴压缩条件下层状盐岩试件实验结果表Tab.1Experimental results oflayered rock salt samples under uniaxial compression单轴抗压强度σc /MPaσ=0.5σc出现宏观裂缝时泊松比μ轴向应力σv /M Pa 轴向应变ε/%22.80.4816.50.45切线模量E /GPa8.1图2层状岩盐单轴蠕变试验装置Fig.2Uniaxial static creep test of layered rocksalt试验发现层状岩盐试件蠕变具有2个显著的特征:(1)稳态蠕变阶段,由于泥岩夹层与岩盐蠕变率存在差异,具有强流变性的盐岩蠕变率要大于泥岩夹层的蠕变率,在稳态蠕变阶段出现了试件夹层内陷和盐岩层外鼓的现象.这种不协调的蠕变将导致层面的剪切错动,在层状盐岩中建立油气储库,这种不协调的蠕变将导致盐岩与夹层间错动,为油气渗漏提供了通道.图5为层状盐岩蠕变不均质性而导致层间蠕变破坏示意图.(2)与其它岩石相比,层状盐岩的加速蠕变阶段持续时间较长,加载应力在11~16MPa时,加速蠕变阶段持续在10~32d之间.岩盐晶体中存在易于劈裂的解理面,在外力作用下很容易沿平行于解理面的平面裂开成立方体,盐岩层一般在蠕变初期就能形成微裂隙,逐渐发展,稳态蠕变阶段时裂隙基本上达到稳定,当蠕变进入加速阶段时,发现在许多层状盐岩试件中,夹层首先劈裂破坏,带动互层处盐岩层张拉破坏,最终盐岩层因轴向张拉裂纹劈裂而失效[14,15].图6为层状盐岩试件4#在实验前和蠕变破坏后的对比示意图.用唯象流变理论来研究试验结果,采用5次多项式对2#,4#试件的蠕变数据进行曲线拟合.得出了湖北云应盐矿层状盐岩试件2#,4#的蠕变拟合方程为ε(t)=C5t5+C4t4+C3t3+C2t2+C1t+C0.(1)拟合参数见表2.2层状岩盐蠕变损伤破坏模型层状岩盐试件蠕变试验发现蠕变破坏时,夹层泥岩首先劈裂破坏,裂纹逐渐扩展到盐岩层部分,带动盐岩层的张拉裂纹扩展.图7为夹层带动盐岩层张拉裂纹扩展破坏图.为深入研究这种蠕变破坏的力学机理,本文尝试建立层状岩盐蠕变损伤破坏模型.层状岩盐是由岩盐层和夹层组成的一个组合系统.根据层状盐岩的结构及蠕变力学特征,建立组合蠕变力学模型.假定各岩层的蠕变规律均符合Burgers模型但各岩层的蠕变参数相异;且组合系统的总变形量等于各岩层子系统的变形量之和.层状岩盐组合蠕变模型可用图8来表示.在施加常应力σ=σ0作用下,岩盐层的变形量为ε1(t)=J1(t)σ0=tη2+1E0+1E1[1-exp(-E1η1t)!"]σ0.(2)夹层的变形量为NaCl盐岩高盐分泥岩夹层图5层状盐岩各层间蠕变破坏示意图Fig.5Schematic diagram of creepfailure of each interlayer of bedded rocksalt(a)实验前(b)蠕变破坏后图6层状岩盐试件4#Fig.6Bedded rock salt specimen4#表2蠕变拟合参数Tab.2Fitting parameters of creep应力水平/MPa C0C1C2/10-3C3/10-4C4/10-6C5/10-911.0-0.1680.140-5.7 1.0-1.0 6.016.0-0.2080.139-6.1 1.0-1.08.0图7层状岩盐蠕变破坏Fig.7Creep failure of bedded rock saltspecimenε2(t)=J2(t)σ0=tη'2+1E'0+1E'1[1-exp(-E'1η'1t)]σ0.(3)组合系统的总变形量:ε(t)=ε1(t)+ε2(t).(4)当t=t r,夹层首先达到应变极限值εe,这时岩盐层所产生的轴向应变值为ε1(t r)=εe1J2(t r)J1(t r).(5)单轴压缩条件下,此时盐岩层的环向拉应变为εr(t r)=μJ1(t r)σ0,(6)式中,μ:盐岩的泊松比.当夹层达到应变极限值εe时,破坏后夹层出现弹性卸载,而进入塑性变形阶段,出现宏观破坏,同时伴随着体积膨胀和顺层变形,对相对完整的岩盐层形成拉应力作用,图9为夹层破裂时,层状盐岩受力状态示意图.夹层劈裂错动对互层附近盐岩产生的拉应力可用下式表示:σt(t)=β(t)σ0tanφ,(7)式中,tanφ:互层界面的摩擦系数,β(t):时间相关的影响函数在0~1之间.可用下式表示:β(t)=1-e-λ(t-t r).(8)单轴压缩条件下,由σt对盐岩层产生的附加环向拉应变为Δεr(t)=σtE0=β(t)σ0tanφE0.(9)盐岩环向拉应变可表示为εr(t)=μJ1(t r)σ0t<t rεr(t)=μJ1(t r)σ0+β(t)σ0tanφt≥t r≥≥≥≥≥≥≥≥≥.(10)当盐岩层的环向拉应变εr(t)达到盐岩的极限拉应变ε(t)时,层状盐岩失效破坏.定义层状盐岩蠕变损伤变量D为盐岩环向拉应变εr(t)与盐岩的极限拉应变εt之比:D=εr(t)εt=D1=μJ1(t r)σ0εtt<t rD1+D2=μJ1(t)σ0+β(t)σ0tanφE0tt≥t r≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥.(11)蠕变损伤变量D表征了层状盐岩随时间的损伤演化过程,当t<t r时,夹层没有破裂,夹层不会对盐岩产生损伤;t≥t r时,夹层劈裂错动对盐岩产生损伤,图10为层状盐岩蠕变损伤变量的特征演化曲线,其中D2表征夹层劈裂错动对盐岩产生损伤.图10显示了在,蠕变损伤是由盐岩晶粒错动而导致,夹层对盐岩的蠕变损伤没有贡献,t≥t r时蠕变损伤D来自两部分D1,D2,一部分为盐岩层自身D1,另一部分来自夹层破裂而导致的蠕变损伤D2.3结论1)层状盐岩是一种特殊的组合软岩,变形模量比较少,盐岩层横向变形能力很大;层状盐岩在单轴压缩Mechanical properties of bedded rock salt and creep failure modelZHAO Yanlin 1,2,ZHANG Ying 3,WAN Wen 1,2(1.Hunan Provincial Key Laboratory of Safe M ining Techniques of Coal M ines,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China;2.School of Energy and Safety Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China;3.School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201China)Abstract ：Taking the Sodium Chloride rock salt specimens containing mudstone interbed,located at 600~700m level of Yunying salt-mine in Hubei Province as the research objects,the conventional mechanical tests on the specimens and uniaxial compression creep tests on the specimens under multi batch stress levels were performed.The conventional mechanical tests obtained the result that the bedded rock salt is a kind of special combined soft rock,its elastic modulus is comparative little,but lateral deformation of the rock salt is great under uniaxial compression stress state.Through creep experiments,the results were obtained as follows:(1)If the duration of creep is enough long,the attenuation creep stage,the steady creep stage and the accelerative creep stage are appeared during the bedded rock salt creep,with the accelerative creep stage last longer compared with other rocks.(2)The phenomenon of invagination of interlayer and bulge of rock salt is found at the steady creep stage.Uncoordinated creep deformation may lead to shear dislocation in the interbed.Creep failure model of bedded rock salt is also established in which the damage variable is viewed as the ratio of the ring tensile strain of specimens and ultimate tensile strain.M echanism of creep failure in the rock salt strata induced by the differences in creep characteristics of the interlayer and that of rock salt theoretically is revealed.The experimental phenomena that the interlayer splits failure firstly,then the failure of interlayer driving tension cracks propagating in interbedded rock salt is reasonably explained.Key words ：bedded rock salt;creep characteristics;creep test;failure mechanism下,其变形主要由层状盐岩中的盐岩层贡献.2)盐岩层蠕变率要大于泥岩夹层的蠕变率,泥岩夹层和盐岩层不协调的蠕变将导致层面剪切错动.3)在充分长的蠕变时间内,层状岩盐蠕变的3个阶段中加速蠕变阶段显现明显,且加速蠕变阶段持续时间较长.4)层状岩盐蠕变损伤破坏模型从理论上揭示了夹层与盐岩层蠕变特性的差异而导致盐岩层蠕变渐进破坏,较好地解释了夹层沿轴向首先劈裂破坏,然后裂纹扩展到盐岩层部分,带动盐岩层张拉破坏.参考文献:[1]Thorms R L,Gehle R L.A brief history of salt cavern use[M ].USA:SM RIFall Meeting,2000.[2]Cosenza P H,Ghoreychia M .In situ rock salt permeability measurementfor long term safety assessment of storage [J].International Journal of Rock Mechanics and M ining Sciences,1999,36(2):509-526.[3]谭羽非,陈家新.国外盐穴地下储气库的建设及研究进展[J].油气储运,2001,20(1):6-8.TAN Yufei,CHEN Jiaxin.The construction and development of foreign underground gas storage caverns in salt formations[J].Oil and Gas Storage and Transportation,2001,20(1):6-8.[4]李建中.我国建设盐穴地下储库工程的可行性[J].岩石力学与工程学报,2002,21(s):2254-2256.LI Jianzhong.Feasibility of underground salt cavern storage[J].Chinese Journal of Rock M echanics and Engineering,2002,21(s):2254-2256.[5]丁国生.具有广阔前景的盐穴地下储备库技术[J].地学前缘,2003,10(4):352-352.DING Guosheng.Technique of underground storages in salt caverns with capacious foreground[J].Earth Science Frontiers,2003,10(4):352-352.[6]杨春和,白世伟,吴益民.应力水平及加载路径对盐岩时效的影响[J].岩石力学与工程学报,2000,19(3):270-275.YANG Chunhe,BAI Shiwei,WU Yimin.Stress level and loading path effect on time dependent properties of salt rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2000,19(3):270-275.[7]Hunsche U.Measurement of creep in rock salt at small strain rates[G].The mechanicl behavior of sah proceedings of the second conference.Germany:Trans Tech Publications,1984.[8]马建春.盐岩流变特性的研究[D].重庆:重庆大学,1995.M A Jianchun.Study on rheological behavior of rock 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Technology,2006.[13]徐涛,唐春安,王述红.岩石破裂过程围压效应的数值试验[J].中南大学学报(自然科学版),2004,35(5):840-844.XU Tao,TANG Chunan,WANG Shuhong.Numerical tests on confining pressure effect in rock failure process[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2004,35(5):840-844.[14]刘江.层状盐岩力学特性试验研究及其理论分析[D].武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所,2006.LIU Jiang.Experimental investigation and theoretic analysis on the mechanical properties of layered rock salt[D].Wuhan:Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences,2006.[15]吕明.各种地下油气储存峒室及相关的岩石力学问题[C]//油气地下储库国际学术报告会论文集.北京,2004.LU咬Ming.Types of underground oil/gas storage caverns and related rock mechanics problems[C]//Proceedings of International Workshop on Underground Storage of Oil and Gas in Rock Caverns.Beijing,2004.。

基于广义Kelvin模型的非定常盐岩蠕变模型

第51卷第5期2020年5月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.5May 2020基于广义Kelvin 模型的非定常盐岩蠕变模型韩伟民1，闫怡飞2，闫相祯1(1.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛，266580；2.中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛，266580)摘要：针对川东北油气田盐岩地层普遍出现的套损现象，对该地层段盐岩的蠕变特性进行研究。

用非定常黏壶元件替换广义Kelvin 模型中的线性黏壶元件，建立非定常广义Kelvin 模型；将其与能够描述盐岩稳态蠕变特征的Heard 模型进行串联，构建新的四元件NGKH 盐岩非线性蠕变本构模型，可以描述盐岩的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段特征。

基于室内三轴蠕变试验结果，利用Levenberg −Marquardt 算法对NGKH 模型蠕变参数进行识别。

基于FLAC 3D 的UDM 接口程序，采用C++编程语言对其进行二次开发；并通过三轴蠕变试验的数值模拟对开发NGKH 模型进行验证。

研究结果表明：NGKH 模型的拟合结果与室内试验结果吻合良好，该蠕变模型能够准确描述盐岩的非线性蠕变特性；通过黏弹性与非线性计算结果，验证了开发NGKH 模型程序的正确性和合理性。

关键词：蠕变本构模型；非定常广义Kelvin 模型；Heard 稳态蠕变模型；二次开发；有限差分法中图分类号：TU45文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）05-1337-13Non-stationary creep model for salt rock based on generalizedKelvin modelHAN Weimin 1,YAN Yifei 2,YAN Xiangzhen 1(1.College of Pipeline and Civil Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.College of Mechanical and Electronic Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)Abstract:The creep characteristics of salt rock were studied in northeastern Sichuan oil and gas field in view of the casing damage commonly occurring in salt rock formation.A non-stationary generalized Kelvin model was established by replacing the linear viscous component with a nonlinear viscous component.By connecting it with the Heard model,which could describe the steady creep stage of salt rock,a new non-linear four-element NGKH creep constitutive model for salt rock was constructed,which could describe the characteristics of decay creep stage and steady creep stage of salt rock.Based on the results of triaxial creep tests in laboratory,the creep parameters of NGKH model were identified by Levenberg −Marquardt algorithm.The NGKH model wasDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.05.018收稿日期：2019−07−14；修回日期：2019−09−18基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51804330)；国家科技重大专项(2016ZX05017-003)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(18CX02154A)(Project(51804330)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2016ZX05017-003)supported by the National Science and Technology Major Program;Project(18CX02154A)supported by Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：闫怡飞，博士，讲师，从事油气安全工程研究；E-mail ：****************第51卷中南大学学报(自然科学版)redeveloped using UDM interface program of FLAC3D with C++programming language,and verified by numerical simulation of triaxial compression tests.The results show that the fitting results of NGKH model are in good agreement with the laboratory test results,and the creep model can accurately describe the non-linear creep characteristics of salt rock.The correctness and rationality of developing NGKH model can be verified by the viscoelastic and non-linear calculation results.Key words:creep constitutive model;non-stationary generalized Kelvin model;Heard steady creep model; secondary development;finite difference method四川盆地作为油气资源的重要赋存地，分布着大量厚度不一的盐岩地层。

低频循环荷载下盐岩轴向蠕变的Burgers模型分析_王军保

1 引言
盐岩具有结构致密、渗透性低、力学性质稳定、蠕变性良好和损伤自恢复能力强等诸多优点，是国际上公认的能源（石油、天然气）地下储存的理想
介质[1]。蠕变特性作为盐岩最为重要的力学性质之一，是影响盐岩地下储存库长期稳定性和安全性的关键因素。由于盐岩在能源地下储存方面的重要地位，近年来国内外学者对盐岩蠕变本构模型进行了较多研
－8]
2 试验结果
为了研究盐岩在低频循环荷载作用下的蠕变特性，采用恒轴压、循环围压的应力加载方式在 RLW-2000 岩石流变试验机上对 2 个圆柱形（直径为 50 mm、高度为 100 mm）盐岩试件进行了低频循环荷载三轴蠕变试验。其中围压加载波形采用三角波，应力加载方式如图 1 右半轴所示。
－13]
图 1 恒轴压、循环围压应力加载方式示意图 Fig.1 Schematic diagram of loading mode of cyclic confining pressure with a constant axial stress
在循环荷载蠕变试验之前，首先对盐岩进行了不同围压（0、5、10、15 MPa）下的三轴压缩试验，获得了其对应围压下的强度分别为[17]21.29、54.72、 71.17、94.04 MPa。可以看出，随着围压增加，盐岩强度近似成线性规律增大，基本符合 Mohr-Coulomb 准则。将该试验数据代入以主应力表示的 Mohr-Coulomb 准则进行回归分析可得盐岩强度与围压的关系式为 S 4.70 3 25.08 ，相关系数为 0.99。据此推算，当围压为 20 MPa 时，盐岩强度约为 120 MPa。由于本次蠕变试验所采用的 RLW-2000 岩石流变试验机变形传感器量程有一定限制，加之盐岩蠕变性较强，因此，蠕变试验所施加的偏应力不宜太大，否则可能导致盐岩蠕变变形超过试验机的有效测量范围。综合以上分析，本次低频循环荷载蠕变试验 2 个盐岩试件轴向应力均取 25 MPa，最大围压取 20 MPa，最小围压取 10 MPa，所不同的是围压循环周期。之所以选择低频循环，是因为考虑到盐岩储气库在运行过程中注采气周期相对较长，使用年限内循环次数相对较少[5]。因此，假定其属于低频循环，不考虑盐岩的疲劳效应。另外，受试验条件限制，试验时间不可能持续太久。综合以上考虑，

层状岩盐蠕变特性及其储库密闭性的研究

河北工业大学硕士学位论文层状岩盐蠕变特性及储库密闭性研究摘要我国岩盐矿床大部分为薄盐层矿床，单层厚度薄，软弱夹层多，内含大量高盐份泥岩夹层，从而加大了我国岩盐矿床地下能源储存库和核废料处置库洞室的建造难度。

不仅要考虑岩盐矿体的渗透性、溶腔的蠕变收敛性、矿柱的稳定性外，还要充分考虑夹层的不均匀性，如夹层及层理的渗透性，夹层和岩盐蠕变的差异性。

本文结合以往层状岩盐研究的成果，根据目前岩盐蠕变特性研究存在的问题，从以下几个方面做了工作。

1、针对以往对含泥岩夹层岩盐的研究都是通过对固定盐样进行试验，对含泥岩夹层岩盐蠕变特性没有一个全面的把握，本人结合以往的试验数据，采用FLAC3D对各种工况进行数值模拟，包括泥岩层数、泥岩倾斜角度的变化等，对含泥岩夹层岩盐蠕变特性做了进一步的探讨。

2、基于以上得出的泥岩夹层对岩盐蠕变特性的影响，研究了在不同泥岩层数、洞室内压及不同的泥岩模量情况下，层状岩盐储库长期变形特性。

其中，泥岩层数和内压变化对洞室变形影响较大，泥岩模量影响较小。

3、通过节理单元的引入，研究泥岩夹层剪切位移的变化规律，进而探讨了层状岩盐储库的密闭性问题。

由于层间位移差存在的范围较小，加上岩盐较强的流变性，本人认为气体渗透通道是封闭的，泥岩夹层不会对储库的密闭性造成严重影响。

关键词：层状岩盐，夹层，蠕变特性，密闭性，数值模拟i层状岩盐蠕变特性及储库密闭性研究i iRESEARCH ON THE CREEP CHARACTERISTICSAND STORAGE CA VERN TIGHTNESSIN BEDDED ROCK SALTABSTRACTMost rock salt deposit are very thin,and the thickness of single-layer is small, have manyweak interlayers and rock salt with salt-mudstone interlayer in china, which increased the difficulty in constructing energy storage and nuclear waste repository in our rock salt deposit underground.Not only the permeability of the rock salt body, the convergence of the cavity and the stability of jambs must be considered,but also the heterogeneity of the interlayers must be full considered, like the permeability of interlayers and layers,the difference of interlayers .In this paper,I combine the results of the study on layered rock salt in the past, base on the existing problems of current rock salt creep characteristics,and work from the following aspects.1.In the past,people study the rock salt with mudstone interlayer through the experiment of rock salt samples, do not have a comprehensive grasp with the creep properties of rock salt with mudstone interlayer.I combine previous datas, and study further on creep properties of rock salt with mudstone interlayer using FLAC3D numerical simulation on varieties of operating conditions, including layers of mudstone, changes in the angle of mudstone, and so on.2.By the impact of mudstone interlayer on the creep properties of rock salt,study on the long-term deformation characteristics of layered rock salt storage with different mudstone interlayers, internal pressures and mudstone modulus. The mudstone interlayers and internal pressures have a greater impact on the cavern deformation, and mudstone modulus have less effects.3.By introducing interface units, study on the shear displacement between mudstone layers and explore the tightness problem in layered rock salt cavity. As the interface displacement difference exists in a less scope,and rock salt has strong creep properties, I think that the channel of gas permeability is closed, and mudstone interlayer has not a great impact on the storage cavern tightness.KEY WORDS: Bedded Rock Salt, Interlayer, Creep Characteristics, Tightness,Numerical Simulation河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1 研究背景和意义目前，西方主要工业发达国家在岩盐矿床中建造的地下储库越来越多，对岩盐溶腔的建造、利用以及岩盐性质的研究也在深入。

塔中膏盐岩蠕变特征

塔中膏盐岩蠕变特征
塔中膏盐岩是一种特殊的岩石，它是由盐水在地下长期沉积形成的。

在地质漫长的时间里，塔中膏盐岩经历了多次地质变化，其中最重要的就是蠕变。

蠕变是指岩石在长期的应力作用下发生的形变现象。

在塔中膏盐岩中，蠕变是一种非常普遍的现象。

由于盐岩的特殊性质，它在受到应力作用时会发生流动，这种流动就是蠕变。

塔中膏盐岩的蠕变特征主要表现在以下几个方面：
1. 塑性变形
塔中膏盐岩在受到应力作用时，会发生塑性变形。

这种变形是一种流动性的变形，它会使岩石的形状发生改变。

在塔中膏盐岩中，塑性变形是一种非常普遍的现象。

2. 蠕变速率
塔中膏盐岩的蠕变速率非常缓慢，通常需要数年甚至数十年的时间才能发生明显的变化。

这是因为盐岩的流动性很强，但是它的黏度很高，所以需要很长时间才能发生明显的变化。

3. 蠕变方向
塔中膏盐岩的蠕变方向通常是沿着应力方向发生的。

这是因为在受
到应力作用时，盐岩会沿着应力方向发生流动，从而形成蠕变。

4. 蠕变形态
塔中膏盐岩的蠕变形态通常是流线状或波浪状。

这是因为在受到应力作用时，盐岩会沿着应力方向发生流动，从而形成流线状或波浪状的形态。

塔中膏盐岩的蠕变特征是非常显著的，它是由盐水在地下长期沉积形成的特殊岩石，在地质漫长的时间里经历了多次地质变化，其中最重要的就是蠕变。

了解塔中膏盐岩的蠕变特征对于研究地质学和工程学都有着重要的意义。

盐岩非线性流变性态及地下复杂溶腔r变形数值分析

盐岩非线性流变性态及地下复杂溶腔r变形数值分析王志荣;郭志伟;王泉更;陈玲霞;张利民【摘要】Based on the characteristics of Pingdingshan salt field, an equivalent composite unit mathematical model was built to replace the interbedded salt rock. The triaxial creep simulation curve of the model was con-sistent with experimental result of the interbedded salt rock. Meanwhile,three-dimensional numerical simulation of underground cavern was conducted by ABAQUS and the law of creep zone extension and volume reduction under different pressure was discussed. The results show that:(1)The equivalent composite unit has good nu-merical stability at steady-state creep stage. The mudstone interlayer can effectively limit the visco plastic areas and movement of surrounding rock. (2)The composite unit basically presents as small linear deformation under the confining pressure (8 MPa) . The cavern volume shrinkage rate and creep duration showed the lowest val-ues of 3% and 2. 5 respectively. With the increase of internal pressure(8~12 MPa),the equivalent composite unit began to show nonlinear creep deformation. The the volume shrinkage rate reached to a small value (3. 5%) after a short time (2. 5 a). With the rapid decrease of internal pressure(≤4 MPa),the surrounding rock showed nonlinear large deformation with the duration of steady creep and creep rate were increasing. The creep of surrounding rock will occur in next five years. (3) The viscosity coefficient of the plastic zone in the test area is increasing with time,which shows the deformation trend is more and more stable inthe process of gas storage. Therefore,store pressure should be controlled in an appropriate range(4~12 MPa) when wheel-ing,particularly the duration of small internal pressure should be reduced.%针对平顶山盐田盐岩层数多、单层厚度薄、泥岩夹层多的特点,建立等效复合单元代替互层状盐岩体,利用ABAQUS软件对马庄井田的地下溶腔进行三维数值模拟研究,探讨不同内压下,腔周塑性区围岩的非线性流变性态以及溶腔体积缩减规律.结果表明:(1)等效复合单元在稳态蠕变阶段具有较好的数值稳定性,泥岩能有效地限制黏塑性区范围以及围岩向洞内位移的发展;(2)在围压(8 MPa)作用下,互层状盐岩单元体基本呈现线性小变形特征,溶腔体积收缩率与蠕变持续时间均呈现最低值,分别为3%与2.5 a,随着内压增大(8~12 MPa),互层状盐岩单元体开始呈现非线性蠕变,但经过较短时间后(2.5 a)体积收缩率逐渐稳定至一较小值,约为3.5%,随着内压的迅速减小(≤4 MPa),腔周盐岩逐渐呈现非线性大变形特征,表现为稳态蠕变时间增长,蠕变速率增加,5 a后围岩蠕变仍在稳定增加;(3)塑性区围岩内的黏滞系数随时间普遍加大,体现了互层状盐岩在储气运行过程中越来越稳定的变形趋势,因此,实际运行时储气压力应控制在合理范围(4~12 MPa),尤其要减少在较小内压下的蓄气运行时间.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】7页(P49-55)【关键词】互层状盐岩;盐穴溶腔;复合单元;变形数值分析【作者】王志荣;郭志伟;王泉更;陈玲霞;张利民【作者单位】郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;河南省煤田地质局资源环境调查中心,河南郑州450053【正文语种】中文【中图分类】TE121能源是国民经济的重要命脉，关系到国家的经济增长与社会发展。

水环境下岩石蠕变特性及本构模型研究综述

Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(9), 1197-1202 Published Online September 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.129138水环境下岩石蠕变特性及本构模型研究综述石棋军重庆科技学院建筑工程学院，重庆收稿日期：2023年8月6日；录用日期：2023年8月27日；发布日期：2023年9月7日摘要岩石的重要力学特性之一是蠕变，而水又是影响岩石的蠕变力学性能的一个关键因素。

本文主要阐述了近年来国内外学者对岩石在水环境下进行的蠕变试验和本构方程方面的研究成果，并对未来的岩石蠕变及本构方程研究方向进行了展望。

关键词岩石，蠕变试验，本构方程，水环境Research Review on Creep Characteristics and Constitutive Model of Rock under Water EnvironmentQijun ShiSchool of Civil Engineering and Architecture, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing Received: Aug. 6th , 2023; accepted: Aug. 27th , 2023; published: Sep. 7th , 2023AbstractOne of the important mechanical properties of rocks is creep, and water is a key factor affecting the creep mechanical properties of rocks. In this paper, the research results of creep test and con-stitutive equation of rock in water environment carried out by domestic and foreign scholars in recent years are mainly described, and the research direction of rock creep and constitutive equa-tion in the future is prospected.石棋军KeywordsRock, Creep Test, Constitutive Equation, Water EnvironmentCopyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言随着我国经济实力的快速发展，如地下洞室、大型水电站、道路桥梁等基础工程开始大规模建设，在建设这些大工程中，水环境中岩土工程类问题急需解决，水对岩石的作用对岩土类工程的时效变形和稳定性有着举足轻重的地位，因此这类问题成为国内外学者的关注重点。

盐岩蠕变特性及其非线性本构模型

盐岩蠕变特性及其非线性本构模型王军保;刘新荣;郭建强;黄明【摘要】为了研究盐岩的蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了三轴压缩分级加载蠕变试验.试验结果表明:在围压一定的情况下,随着轴向应力增大,盐岩瞬时应变、蠕变应变以及蠕变速率等均随之增大,同时进入稳态蠕变阶段所需要的时间逐渐延长;等时应力-应变曲线显示,盐岩蠕变具有非线性特征,且其非线性程度与蠕变时间和应力水平有关,蠕变时间越长、应力水平越高,非线性程度越高.基于非线性流变力学理论,提出了一种非线性黏滞体,其黏滞系数是所加应力水平和蠕变时间的函数,将非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立了可描述盐岩非线性蠕变特性的MBurgers模型,并根据盐岩蠕变试验结果,采用曲线拟合法对MBurgers模型的参数进行了反演识别.拟合曲线和试验曲线对比显示,两者吻合良好,误差较小,说明该模型可以描述盐岩的蠕变特性.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)003【总页数】7页(P445-451)【关键词】盐岩;蠕变特性;非线性模型;参数识别【作者】王军保;刘新荣;郭建强;黄明【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;重庆大学土木工程学院,重庆400045;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;福州大学土木工程学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TD313;TU45Key words:salt rock;creep properties;nonlinear model;parameters identification蠕变特性作为盐岩典型的力学性质之一,是影响盐岩地下储存库长期稳定性、安全性以及可用性的关键因素。

由于盐岩在能源地下储存方面的重要地位,近年来国内外学者对盐岩蠕变特性及其本构模型进行了较多研究。

岩石蠕变及疲劳损伤特性的研究进展

岩石蠕变及疲劳损伤特性的研究进展１２０ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＶｏｌ.４６，Ｎｏ.４，２０１６工业建筑２０１６年第４６卷第４期综述岩石蠕变及疲劳损伤特性的研究进展*王亚松马林建刘新宇陈艳（解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，南京２１０００７）摘要：在岩体工程中，岩石的力学特性对工程稳定性的影响较大，特别是岩石的时间效应和累积疲劳效应。

为了避免岩石因蠕变和疲劳而引发灾害，学者们对岩石的蠕变及疲劳的机理和因此产生的物理力学性能的变化做了大量研究。

通过总结岩石的蠕变和疲劳的性质、机理，从损伤的角度，着重对岩石蠕变和疲劳损伤的研究进展进行介绍。

借鉴金属蠕变-疲劳交互作用研究的成果，对岩石蠕变-疲劳交互作用的性质、机理以及研究方法做了简单的探讨，为盐岩储气库的安全稳定研究提供参考。

关键词：蠕变；疲劳；损伤；交互作用ＤＯＩ：１０.１３２０４／ｊ.ｇｙｊｚ２０１６０４０２４ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＩＮＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＣＲＥＥＰＡＮＤＦＡＴＩＧＵＥＤＡＭＡＧＥＯＦＲＯＣＫＷａｎｇＹａｓｏｎｇＭａLｉｎｊｉａｎ LｉｕXｉｎｙｕＣｈｅｎＹａｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙLａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎ＆ＭｉｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＥｘｐｌｏｓｉｏｎ＆Ｉｍｐａｃｔ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰLＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｒｅｓｔｒｏｎｇｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｏｃｋ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｄｉｓａｓｔｅｒｒｅｓｕｌｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃｒｅｅｐａｎｄｆａｔｉｇｕｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒｏｃｋ，ａｌｏｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｏｎｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｒｅｅｐａｎｄｆａｔｉｇｕｅｏｆｒｏｃｋｓ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｒｅｅｐａｎｄｆａｔｉｇｕｅｏｆｒｏｃｋ.Ａｎｄｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｐｏｉｎｔｏｆｄａｍａｇｅ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｃｒｅｅｐａｎｄｆａｔｉｇｕｅｏｆｒｏｃｋｗａｓｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙｐｒｅｓｅｎｔｅｄ.Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｂｙｒｅｆｅｒｒｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｒｅｅｐ-ｆａｔｉｇｕｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌ，ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｃｒｅｅｐ-ｆａｔｉｇｕｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｗｅｒｅｂｒｉｅｆｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｂｒｉｎｇｆｏｒｗａｒｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓａｌｔｃａｖｅｒｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｅｅｐ；ｆａｔｉｇｕｅ；ｄａｍａｇｅ；ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ*国家重点基础研究发展计划（９７３计划）项目（２０１３ＣＢ０３６００５）；国家自然科学青年基金项目（５１３０９２３４）；江苏省自然科学青年基金项目（ＢＫ２０１３００６５）。

盐岩层钻井中盐岩蠕变量的研究与应用

盐岩层钻井中盐岩蠕变量的研究与应用近几年来，钻井工程建设对我国的经济发展起着越来越重要的作用，然而，在能源勘探方面，研究人员遇到了一个难题盐岩的蠕变特性。

盐岩蠕变性质很复杂，可以说是极不可预测的，使得它们在垂直方向上的运动非常快，可以影响钻井过程中钻具和套管的安全和正常使用。

因此，对盐岩钻井中蠕变变量的研究和应用，科学家也在探索着钻井中盐岩蠕变变量的研究与应用，以更好地支持钻井工程建设过程中的安全运行。

首先，为了研究盐岩蠕变变量及其特性，我们需要对多种不同的盐岩进行测试和评估，考察其蠕变特征。

研究者经常会分析不同岩石层的盐岩蠕变特征，以更好地研究其蠕变特性，如蠕变温度、蠕变强度及蠕变系数的变化等。

其次，为了更好地研究盐岩蠕变变量，研究者采用了各种各样的实验和测试技术，如X射线衍射技术、差示扫描量热法等，以确定盐岩层的密度、粒度分布等影响其蠕变特性的变量。

此外，研究者还可以采用盐岩蠕变变量的有效技术，以预测盐岩钻井的运行状态，避免出现危险情况，如地震作用、岩石层破裂或改变等。

地质局经常采用模拟计算机建模技术，来预测盐岩钻井运行中钻具和管道的受力变化。

此外，基于盐岩蠕变变量的分析和研究，研究者也开发出了灵活机动的特殊钻具和管道，来支持盐岩钻井工程的安全运行。

在盐岩蠕变变量的研究和应用方面，科学家们还在开展着系统的研究和开发，以更快的节奏改善盐岩钻井的运行安全性。

举例来说，研究者也正在开发出基于盐岩蠕变变量的钻井控制和计算机程序，以提高盐岩钻井运行的质量和效率。

此外，研究者也在研究应用不同泥岩层中的松软土质材料，以实现更快速的盐岩钻井运行。

总的来说，研究盐岩钻井中蠕变变量的研究及其应用，对于更好地支撑钻井工程的安全运行是非常重要的，这也是研究者们正在开展的系统的工作内容。

今后，研究人员还将更深入地研究钻井中盐岩蠕变变量的研究和应用，以及它们与环境因素（如温度、压力等）之间的关系，为我们建立一个安全可靠的盐岩钻井环境，为我们的能源勘探和生活所用。

基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型研究

第24卷第23期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.232005年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2005收稿日期：2004–06–04；修回日期：2004–11–02基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412704)；国家自然科学基金资助项目(50434050，50334060)作者简介：韦立德(1973–)，男，2003年于河海大学岩土工程专业获博士学位，现为中国科学院武汉岩土力学研究所在站博士后，主要从事岩土力学方面的研究工作。

E-mail ：weilide@ 。

基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型研究韦立德1，杨春和1，徐卫亚2(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室，湖北武汉 430071；2. 河海大学岩土工程研究所，江苏南京 210098)摘要：在对盐岩在蠕变试验中所表现的损伤特征认识基础上，利用对应性原理建立了基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型。

该模型能够体现考虑损伤和不考虑损伤的蠕变力学过程的巨大差别，应变率随着有效蠕变应力的增大而增大的特征，及在一定畸应力作用下随着静水压力的增大蠕变应变率变小的特征。

关键词：岩石力学；盐岩；细观力学；蠕变；损伤；本构模型中图分类号：TU 452 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)23–4253–06STUDY ON CREEP DAMAGE CONSTITUTIVE MODELOF SALT ROCK BASED ON MESOMECHANICSWEI Li-de 1，YANG Chun-he 1，XU Wei-ya 2(1. Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan 430071，China ；2. Institute of Geotechnical Engineering ，Hohai University ，Nanjing 210098，China )Abstract ：The damage behaviors induced by creep of salt rock are analyzed with creep experiments. A nonlinear creep constitutive model is given to represent the process of salt rock creep using correspondence principle based on mesomechanics. The model can reflect the characters of the difference between the model considering damage and that without considering damage ，the strain rate increasing with the increase of effective stress ；and the strain rate decreasing with the hydrostatic pressure.Key words ：rock mechanics ；salt rock ；mesomechanics ；creep ；damage ；constitutive model1 引言笔者曾根据大量单轴及三轴蠕变试验结果，分析了盐岩蠕变损伤的特征[1，2]。

深部盐岩弹塑性损伤与蠕变力学特性试验及其本构模型研究

深部盐岩弹塑性损伤与蠕变力学特性试验及其本构模型研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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低频循环荷载作用下盐岩蠕变特性及本构模型研究

低频循环荷载作用下盐岩蠕变特性及本构模型研究低频循环荷载作用下盐岩蠕变特性及本构模型研究引言：盐岩是一种特殊的地质材料，其在地质沉积过程中形成了特殊的结构和力学特性。

低频循环荷载是盐岩工程中常见的荷载形式，可能会对盐岩产生显著的蠕变效应。

了解盐岩在低频循环荷载下的蠕变特性及建立合适的本构模型对盐岩工程的设计和安全评估具有重要意义。

1. 盐岩的特殊力学特性1.1 结晶结构与微观形态盐岩的主要组成是氯化钠（NaCl），具有特殊的立方结晶结构。

在地质沉积过程中，盐岩形成了一种层状的结构，表现出层状剥离的特点。

这种特殊的结构和微观形态决定了盐岩的特殊力学性能。

1.2 弹性模量与强度特性盐岩的弹性模量较低，通常在10-30 GPa之间。

其抗压强度在10-30 MPa之间，并且随着压力的增大而变小。

盐岩的剪切强度较弱，通常在0.1-2 MPa之间。

这些特性决定了盐岩对外部荷载的敏感性。

2. 低频循环荷载作用下盐岩蠕变特性2.1 蠕变现象低频循环荷载作用下，盐岩会展现出显著的蠕变现象。

蠕变是指塑性材料在恒定应力下随时间变形的现象。

低频循环荷载会导致盐岩发生应力松弛和变形增长，其时间与应力幅值和频率有关。

2.2 蠕变速率与应力水平低频循环荷载下盐岩的蠕变速率与应力水平相关。

在相同的应力水平下，蠕变速率随应力幅值的增加而增大。

在相同的应力幅值下，蠕变速率随应力频率的增加而增大。

这表明盐岩的蠕变行为对振动频率和幅值非常敏感。

3. 盐岩蠕变的本构模型研究3.1 经验模型已有的研究工作中提出了一些经验模型来描述盐岩的蠕变行为。

其中比较经典的是Nilson模型和Burgers模型。

这些模型是基于实验数据建立的，能够较好地描述盐岩在低频循环荷载下的蠕变规律。

然而，这些经验模型缺乏理论基础和启示，其适用性有限。

3.2 物理模型近年来，随着实验技术和数值模拟方法的发展，研究人员开始关注建立基于物理本质的盐岩蠕变模型。

例如，一些学者通过分子动力学模拟研究了盐岩的蠕变特性。

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。

蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。

软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。

因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。

本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。

以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。

(1)对盐岩材料进行了多组单轴和三轴压缩实验,并在每组实验中选取三个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。

结果三个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。

此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。

(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。

当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。

与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。

(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。

此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。

相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。

(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在三轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。

以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。

盐岩蠕变模型的建立及其在地下天然气储气库中的应用

Ｂｒｅｕｇｒｓ蠕变模型由Ｍａｗｌ模型与Ｋｌｎｘｅｌｅｉ模ｖ
型串联起来得到的四元件模型，图（）如２所示。
１蠕变试验现场选取盐岩试块后，实验室加工为￣５ × 经０
１００ｍｍ的标准圆柱形试件进行盐岩单轴蠕变试验。
２１Ｂｒｅｓ蠕变模型．ｕｇｒ
原理回归得到了该模型的参数。结合该模型应用ＦＡＣ有限差分法程序对某地下盐岩储气库在５Ｌ年内的变形与稳定性进行了分析，旨在对该储气库的
长期稳定性预测提供参考依据。
１６
内蒙古石油化工
型的建立及其在地下天然气储气库中的应用
迟明
（海市公安消防支队防火处）乌
摘要：文以地下储气库盐岩单轴蠕变试验为例，本对盐岩的蠕变特性进行了分析，立了盐岩的建蠕变模型；通过最小二乘法原理回归得出了盐岩蠕变模型中的各个参数。用该模型对地下天然气储气利
０４．５０４．０３．５
０３．。２．５
０２．
吨，预计２２年为２００亿吨。目前，诸如石油、天然气等
能源的储存方式主要有三种，陆上储罐、即海上储罐
和地下储备。而研究表明陆上和海上能源储罐极有可能成为恐怖袭击的目标。能源地下储存一般放置在盐岩、非渗透性岩层以及多孔隙岩层中。
可以得出：在单轴压缩作用的初期试件产生了瞬时

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

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层状盐岩力学特性与蠕变机理研究
作者：
来源：《科技创新导报》2012年第28期
徐月生陈建忠王永志
摘要：对层状盐岩力学特性进行实验与分析，获取相应的力学特征参数，是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤，是数值计算中力学模型的组成要素。

本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验，获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数，为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。

在此基础上，本文对层状盐岩蠕变机理进行分析，并将对盐岩蠕变率方程进行解析，为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。

关键词：层状盐岩压缩蠕变力学特性
中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0025-04
盐岩地下溶腔的稳定性和密闭性是在盐岩中成功建造储气库以及储气库安全运行所涉及的两个重要问题。

溶腔稳定性和密闭性与盐岩力学特性密切相关。

已有研究表明：盐岩具有较低的渗透性、良好的蠕变特性和较强的裂隙自愈性[1-5]，其力学性能较为稳定，对建设储气库和储气库运行压力的变化有较大的适应性。

因此，充分了解掌握含盐系地层的盐岩、含夹层盐岩及非盐岩夹层等的岩石力学特征，预测和评价溶腔存储库的稳定性，对于溶腔存储库库址的选择、存储库容参数的设计和运行参数的控制，避免由于围岩应变或应力达到极限而产生损伤以及损伤扩展等均具有重要的实用价值和工程实际意义。

国内外科研人员针对盐岩地下溶腔用作能源地下存储库和层状盐岩中盐岩以及夹层的强度与变形特性，广泛开展了盐岩工程力学特性、变形时效规律等实验研究，正确获取和运用盐岩以及夹层的强度与变形参数直接关系到这些存储库的安全稳定性。

岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究及其参数识别

σ 1 = E1ε1
(6)
dt
Bt + C
(3)
根据式(6)，消去方程中的下标获得系统总的应力、应变本构方程为 + ( E1η1 + E2η1 + E1η2 )σ + E1 E2σ = η1η2σ + E1 E2η1ε + E1 E2σ S2 E1η1η2ε (7)
⎛σ ⎞ ⎟ ⎝ A⎠
第 27 卷第 4 期 2008 年 4 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.27 No.4 April，2008
岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究及其参数识别
蒋昱州，张明鸣，李良权
(河海大学岩土工程研究所，江苏南京 210098)
STUDY ON NONLINEAR VISCOELASTO-PLASTIC CREEP MODEL OF ROCK AND ITS PARAMETER IDENTIFICATION
JIANG Yuzhou，ZHANG Mingming，LI Liangquan
(Institute of Geotechnical Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，China)
，ε )ε = A[ f (ε )] Bt + C = A(ε ) Bt + C σ = η N (ε
1 1
认为，黏滞阻尼器所受应力的大小
[11]
与蠕变加速度大小成简单的正比关系，提出了能模拟非线性加速蠕变的模型；曹树刚等采用一个二次函数非线性牛顿体黏性元件构成五元件的改进西原正夫模型，探讨了与时间有关的软岩一维和三维本构方程和蠕变方程；韦立德等[12]根据岩石黏聚力在流变中的作用提出了一个新的 SO 非线性元件模型，建立了新的一维黏弹塑性本构模型；陈沅江等 [13]提出了蠕变体和裂隙塑性体 2 种非线性元件，并将它们和描述衰减蠕变特性的开尔文体及描述瞬时弹性的虎克体相结合，建立了一种可描述软岩的新的复合流变力学模型。刘江等

盐岩蠕变模型的建立及其在地下天然气储气库中的应用

盐岩蠕变模型的建立及其在地下天然气储气库中的应用迟明【摘要】Based on uniaxial creep test of the underground gas storage surrounding rock salt,the creep characteristics of rock salt was analyzed,and builds rock salt creep model.Through the least-square principle regression obtained each parameter of the creep model.By using the model the stability of underground natural gas storage was simulated,results indicate that the model can well reflect the creep regularity and gypsum can be used to predict the long-term stability of the rock salt natural gas storage.%本文以地下储气库盐岩单轴蠕变试验为例,对盐岩的蠕变特性进行了分析,建立了盐岩的蠕变模型;通过最小二乘法原理回归得出了盐岩蠕变模型中的各个参数。

利用该模型对地下天然气储气库进行了数值计算分析,结果表明模型可以很好的反映盐岩的蠕变规律且可用来预测盐岩天然气储气库的长期稳定性。

【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2011(000)018【总页数】3页(P16-18)【关键词】盐岩;蠕变;储气库【作者】迟明【作者单位】乌海市公安消防支队防火处【正文语种】中文【中图分类】P588.247能源作为我国经济发展的命脉,具有相当重要的战略意义。

一旦发生能源危机,将会引起社会的严重动荡,将严重破坏经济的发展。