盐岩的静、动力学特性实验研究与理论分析——盐岩中能源储存或废弃物处置的相关力学问题研究.pdf

中国科学院研究生院 博士学位论文 盐岩的静、动力学特性实验研究与理论分析——盐岩中能源储 存或废弃物处置的相关力学问题研究 姓名：吴文 申请学位级别：博士 专业：岩土工程 指导教师：白世伟 20030501 ±旦型主堕婴茎生堕篷主主垡鎏塞 摘要 本文主要针对盐岩中能源储存或者废弃物( 核废料和有毒垃圾) 处置中的相关力学问题 ( 静态的强度特性、蠕变特性和冲击荷载作用下的动态特性) 对盐岩的动、静力学特性进行 了系统的实验研究与理论分析 实验研究与理论分析主要分成两大类：其一是盐岩的静态实验研究包括盐岩的单轴和等 围跃三轴压缩实验研究、单轴和三轴蠕变实验研究；其二是盐岩在冲击荷载作用下的动态实 验研究实验研究的加载应变率从1 0 1 s 蠕变实验) 、1 0 ～s 1 ( 压缩实验) 到1 0 “S - 1 _ 1 0 1 s 1 ( 冲击实验) 1 ) 单轴和三轴实验研究：分析研究了盐岩单轴和三轴压缩实验的力学特性， 结合单轴压缩实验的应力应变全过程曲线，进行了单轴损伤本构关系的理论分析和实验结果 的模拟：结合三轴压缩实验的应力应变实验资料，借助扰动态概念模型，建立了盐岩三轴损 伤本构关系并对实验结果进行了模拟。

2 ) 单轴和三轴蠕变实验：分析研究了盐岩的单轴和 三轴蠕变力学特性；对目前主要的盐岩蠕变本构方程进行了简述和探讨：根据实验结果和盐 岩的损伤特征建立了盐岩稳态损伤蠕变率本构方程，根据粘弹塑性模型理论建立了盐岩初始 蠕变本构方程，并将本文建立的本构模型与H o u ／L u x 模型及实验结果进行了对比分析，结果 显示本文的模型与实验结果吻合较好；结合固体材料蠕变机理分析，对盐岩的蠕变机理的率 ．方程进行了简化，借助前人研究的结果建立了盐岩蠕变机理图，并对高温作用下盐岩蠕变的 微观结构进行了分形分析 3 ) 由于盐岩中能源储存存在地下爆炸危险的可能性，对盐岩进 行_ 『冲击动力学特性研究即剪切波跟踪技术冲击实验研究( 简称s W T 方法) ，实验中第一次 发现了两个现象：一是盐岩在压剪联合冲击过程中除了常规的4 道冲击波外，在卸载压缩波 到来之前，还有一道卸载剪切波；二是盐岩在冲击过程中，盐岩在局部位置产生熔化，使盐 岩的损伤囡熔化再结晶而产生恢复：根据盐岩在冲击荷载作用下的力学特性，借助应力波理 论和损伤理论，建立了盐岩冲击过程本构关系和状态方程：对冲击作用下的盐岩模型进行了 研究，并进行了数值模拟分析。

获得了一些有益的结论 美键词：盐岩储存或处置 静态强度特性蠕变特性动态特性 A B S T R A C T S y s t e m i ce x p e w u r u e n V a li n v e s t i g a t i o na n dt h e o r e t i ca n a l y s i so nt h em e c h a n i c a la s p e c t ss u c ha ss t a t i cs t r e a g t h c h a r a c t e r i s t i c s ，c r e e pc h a r a c t e r i s t i c sa n dd y u a m i cc h a r a c t e r i s t i c so i li m p a c tf o re n e r g y ( p e t r o l e u ma n dg a s ) s I o r a g e o rw a n e s ( r a d i o a c t i v ea n dt o x i cw a s t e s ld i s p o m li nh a s tr o c ks a l th a v eb e e nc o n d u c t e dmt h ed i s s e r t a f i o n T h e r ea r et w oa s p e c t sf o r e x p e r i m e n t a l s t u d i e sa n dt h e o r d i ca n a l y s i so ft h er o c ks a l t ：o n ei ss t a t i c e x p e r u n a n t a ls t 【l d i e sa n dt h e o r e t i ca n a l y s i si n c l u d i n gu n i a x i a la n dt r i a = x i a lc o m p r e s s i n ga n dc r e e pe x p e r i m e n t s ； a n o t h e ri sd y n a m i ce x p e r i m e n t a ls t u d i e su n d e r i m p a c tl o a d i n gT h e s t r a i nr a t eo ft h el o a d i n gf o rt h ee x p e r i m e n t si s f r o m1 0 ～‘( c r e e pe x p e r i m e n t s ) , 1 0 ‘4 s - l _ _ 1 0 6 s ‘1 ( c o m p r e s se x p e r i m e n t s ) t o1 0 “ 4 s - t _ 1 0 + 6 S - 1 ( i m p a c te x l x m m e n t s ) F i r s t l y , m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r ea n a l y z e dt o u m a x i a la n dt r i a x i a l c o m p r e s se x p e r i m e n t sc o m b i n i n gt h e c m ' v e so f u i n m d a lc o m p l e t es t r e s s - - s t r a i no f r o c ks a l t ；t h e o r e t i ca n a l y s i si sc o n d u c t e da n ds i m u l a t e db ym e a l t so f u i n a x i a ld a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lt h e o r yC O m b i n i n ge x p e r i m e n t a lr e s u l t s ；i nt h em e a n w h i l e ，t r i a x i a ld a m a g e c o n s t i t u t i v em o d e li sa l s oe s t a b l i s h e db a m sf o rd i s t u r b e d c o n c e p t i o nm o d e lo fD e s a i a n d c o m b i n i n g t h e e x p c r i m c n t a tC U I “ v e so ft r i a m a lc o m p l e t es t r e s s - - - s t r a i no fr o c ks u i t ，i ti ss i m u l a t e dt oe x p e r i m e n t a lr e s u l t sb y u t i l i z i n g t h e ‰8 9 e m o d e l S e c o n d l y , c r e e pm e c h a n i c a lN ' o p e r t i e s a r ea n a l y z e dt ou n i a x i a la n dl r i a x i a lc r e e po fr o c ks a l t ；m a i n c o n s t i t u t i v e e q u a t m n so fr o c k s a l tu pt on o wa r eb r i e f l yi n t r o d u c e da n dd i s c u s s e d ；t h ed a m a g ec o n s t i t u t i v e e q u a t i o no fs t e s d yc r e e pr a t e i sr e c o m p o s e db a s i so i lc r e e pr e s u l t s a n dd a m a g e c h a r a c t e r i s t i c so f r o c ks a l ta n d t h e c o n s t i t u t i v e e q t m t i o no f t r a n s i e n tc r e e pr a t e i sa l s o e s t a b l i s h e da c c o r d i n g t ov i s c o e l a s t i c - p M s t i c m o d e ／t h e o r y , t h e r e s u l t so ft h ec o n s t i t u t i v ee q u a t i o no ft h ed i s s e r t a t i o na r ec o m p a r e dw i t ht h eo n e so fH o u ／L u xm o d e la n d e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h ec o m p a r e dr e s u l t ss h o wt h a tt h er e s u l t so ft h ee q u a t i o no ft h ed i s s e r t a t i o n a r eg o o d a g r e e m e n tw i t ht h eo t h e r s ；T h er a t ee q u a t i o no fc r e e pm e c h a n i s mo fr o c ks a l t i ss i m p l i f i e dt h r o u 曲c r e e p m e c h a n i s ma n a l y s i so fs o l i dm a t e r i a l s ，t h em a po f c r e e pm e c h a m s mo f r o c ks a l ti sa l s os e t “p0 1 1d a t ao f m a n y f o r m e rr e s e & r e h e r sa n dt h ec r e e pm i c r o s t r u c m r e so fr o c ks a l ti ss t u d i e da n da n a l y z e db ym e a n so ft h em e t h o do f f l a c t a lg e o m e t r ya td i f f e r e n th i 曲t e m p e r a t u r e s T h i r d l y , t h ei m p a c td y n a m i cp r o p e r t i e so fr o c ks a l ta r es t u d i e db e c a u s eo ft h ee x p l o d i n gp o s s i 。