基於聲波與聲發射試驗的鹽岩蠕變損傷表征方法研究

《基於聲波與聲發射試驗的鹽岩蠕變損傷表征方法研究》是依託石家莊鐵道大學，由李浩然擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於聲波與聲發射試驗的鹽岩蠕變損傷表征方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李浩然
• 依託單位：石家莊鐵道大學

項目摘要

鹽穴地下能源儲備庫圍岩損傷評價是儲庫穩定性評價中十分重要的研究內容。本項目緊緊圍繞鹽岩蠕變損傷孕育及演化機理這一關鍵科學問題開展研究工作。主要研究鹽岩蠕變損傷測試關鍵技術，開發鹽岩蠕變力學、超音波波速、聲發射活動一體化同步測試平台。利用該平台，開展不同圍壓、不同偏應力狀態下的鹽岩蠕變特徵與聲波、聲發射活動規律研究，建立超音波波速與巨觀力學性能、聲發射活動與細觀缺陷演化的特徵關係。結合聲發射震源定位與矩張量反演分析，揭示鹽岩蠕變損傷機理。量化鹽岩蠕變損傷與聲波、聲發射參數耦合關係，依據聲發射能量釋放率特徵，判別鹽岩損傷發生條件，確定鹽岩蠕變損傷變數。基於不可逆熱力學和內變數理論，建立鹽岩蠕變損傷演化數學模型。結合金壇儲氣庫示範工程的現場監測數據，對所建立的模型進行檢驗與修正，提出鹽岩蠕變損傷的表征方法及加速蠕變的相關判據。研究成果對指導大型鹽穴儲氣庫群的設計與長期安全運行具有重要的參考價值。

結題摘要

利用地下深部鹽穴腔體進行能源儲備已經得到了各國政府的廣泛認可，中國鹽穴能源儲備庫正處於大規模的修建過程中。鹽穴腔體的蠕變損傷直接影響工程運營安全，建立適用於我國鹽礦的鹽岩蠕變損傷理論與技術系統具有重要意義。項目針對鹽岩蠕變力學—超音波—聲發射活動一體化同步測試技術、岩石蠕變與聲波—聲發射特徵試驗、鹽岩蠕變損傷模型等方面開展科學研究，分析鹽岩超音波波速與巨觀力學性能、聲發射活動與細觀缺陷演化的特徵關係，分析鹽岩橫波波速、縱波波速、聲發射事件率、聲發射能量率、裂隙密度等參數與岩體蠕變損傷的內在聯繫，尋找岩體損傷的內在表征指標，最終確定鹽岩的蠕變損傷演化模型。通過與中國科學院武漢岩土力學研究所聯合技術攻關，項目組研發了一套具有自有智慧財產權的岩石三軸聲波—聲發射一體化同步測試裝置（V2.0），設計了一種岩石力學試驗機底座、一種用於高溫岩石力學試驗的加熱裝置，相關產品已取得國家發明專利授權，並實現了產業化。研究發現，三軸蠕變狀態下的鹽岩損傷劣化過程與超音波、聲發射活動具有映射關係。利用監測得到鹽岩軸向與環向應變規變形信息，發現初始蠕變階段中鹽岩的應變速率逐漸由大變小，穩態蠕變階段中的鹽岩應變速率保持穩定。分析鹽岩力學性能與岩石橫波波速VP、縱波波速VS特徵，可以看出初始蠕變和穩態蠕變過程中，鹽岩的超音波波速變化不顯著，VP、VS指標不適宜表征鹽岩的蠕變損傷程度。總結了AE參數（RA值、AF值）、聲發射事件數量與震源位置的回響規律，在每一級應力（升高）載入初期，鹽岩的聲發射活動表現劇烈，當岩石進入穩態蠕變階段中，聲發射活動進入“平靜期”。對比鹽岩AE震源定位與岩體破損狀態發現，鹽岩破裂點主要發生在鹽岩中間部分，呈現“鼓”形破壞，聲發射事件定點陣圖能夠清晰地表達出鹽岩的損傷區域分布及嚴重程度。研究結論對揭示鹽岩蠕變損傷機理，保障儲氣庫設計與安全運行具有重要指導意義。