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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2005年 硕士论文
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盐岩力学特性时温效应实验研究及其本构方程

高小平  
【摘要】: 在当今世界能源危机加剧之下,能源储存变得尤为重要,而深部空间用作能源储存具有安全性高等许多有利因素;盐岩以其良好的蠕变,低渗透性及损伤自我恢复的特性,而被公认可作为能源储存,高放射核废料永久性处置的理想介质,高温下,关于盐岩力学特性时温效应及其本构方程的研究,就显得非常重要了。 本文结合江苏金坛盐岩地下储气库的实际情况,对江苏金坛盐矿盐岩的力学特性进行了系统的实验研究与理论分析。通过实验获得的实验数据,对盐岩在高温高压下的力学特性进行了分析研究,并建立了符合本次实验研究的力学模型和损伤本构方程,为盐岩作为储存介质提供了真实有效的力学参数。实验研究主要是盐岩的静态实验研究,包括盐岩在不同围压,不同温度条件下单轴和三轴压缩实验研究、单轴和三轴蠕变实验研究。理论分析主要是分析盐岩在高温环境作用下的压缩变形机理和蠕变损伤机理,并通过实验结果,用损伤力学的观点建立损伤本构方程。 实验研究与理论分析主要分为两大类:1.单轴和三轴压缩实验:对经历不同温度后的盐岩的物理力学性质进行了实验研究,分析研究了盐岩应力应变曲线,峰值应力,峰值应变,弹性模量等随温度的变化情况,研究了应力状态对盐岩的强度及其时间相关性特征的影响。通过压缩实验的应力应变实验资料,并从盐岩弹性模量随温度的变化规律入手,导出了热损伤演化方程和一维TM耦合损伤本构方程。2.单轴和三轴蠕变实验:通过对不同应力状态、不同温度条件下盐岩的单轴、三轴蠕变实验结果,研究了应力水平和温度对盐岩蠕变特性的影响,根据实验结果和盐岩的损伤特征建立了盐岩损伤蠕变率本构方程,并对实验结果的蠕变参数进行了拟合和计算,结果表明该方程能较好的模拟实验结果。并从盐岩蠕变模量随蠕变时间的变化规律入手,导出了以蠕变时间为自变量的损伤率演化方程和用损伤表示的蠕变模量演化方程。结合固体材料蠕变机理理论,分析研究了盐岩的蠕变机理,用粘弹塑性理论建立了盐岩蠕变本构模型。最后通过实验数据拟合得到本构方程中的参数,将理论结果和实验结果进行比较,结果显示,两者吻合性较好。


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