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考虑蠕变特性的盐岩相似模型及相似材料试验研究

作　者: 郭松涛
导　师: 任松
学　校: 重庆大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 盐岩相似材料相似理论量纲分析相似配比试验蠕变特性
分类号: TD311
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,国际上常用的能源存储方式有陆地储罐储存、海上储罐储存和地下储备库储存等。其中,以盐岩为介质的地下储备库由于其经济安全、隐蔽性高、力学性能稳定等优点,成为各个发达国家能源存储以及核废料处理的首选方式。自从盐岩被选为地下储库的介质以来,已有众多学者对其在不同温度、不同应力、不同加载方式下的常规力学特性、蠕变变形特性和蠕变机制以及蠕变本构模型等进行了研究,并选择相似材料模拟盐岩的一般力学特性,得出了很多建设性的成果,成功应用于实际的盐岩地下储库的开采、建设、运营等过程中。尽管如此,目前很少有人对盐岩的蠕变特性进行相似模拟研究。因此,本文在前人研究的基础上,根据相似理论的基本原理,采用量纲分析法推导出与盐岩蠕变速率、应力、应变、弹性模量、重度、重力加速度、几何尺寸、泊松比等参数相关的相似判据。然后采用正交试验设计法,对砂胶比为1:0.02、1:0.04、1:0.08,粗细颗粒比为2:8、6:4、8:2,以及压制应力为0.196kN、0.392kN、0.784kN等几种条件进行安排,得到了9种不同的配比试验方案。在得到配比试验方案后,按这9种方案的要求分别制作相似材料试样,并对其进行常规的单轴压缩试验。研究了砂胶比、粗细颗粒比和压制应力对相似材料一般力学特性的影响。并发现按砂胶比为1:0.04、粗细颗粒比为6:4、压制应力为0.196kN的配比制成的试件的常规力学特性满足相似比的要求。对该配比的相似材料进行了单轴及三轴条件下的蠕变试验,对比盐岩原岩的蠕变特性,发现该配比的相似材料的蠕变特性也基本与原岩相似。除此以外,本文还简要介绍了盐岩的蠕变本构方程及其微观蠕变机制。这些研究为开展盐岩地下储库建造及运营期的变形、破坏等相关机理的相似材料模拟试验打下了坚实的基础。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 研究现状  11-16
    1.2.1 盐岩一般力学特性研究  11-12
    1.2.2 层状盐岩力学特性研究  12-13
    1.2.3 盐岩温度特性研究  13
    1.2.4 盐岩蠕变特性研究  13-16
    1.2.5 盐岩相似模型研究  16
  1.3 本文的研究内容和思路  16-19
    1.3.1 本论文的主要研究内容  17-18
    1.3.2 研究思路和技术路线  18-19
2 盐岩相似模型理论研究  19-29
  2.1 相似理论基本概念及相似三定理  19-22
    2.1.1 相似理论的基本概念  20
    2.1.2 相似三大定理的内容  20-22
  2.2 相似理论分析方法  22-23
    2.2.1 方程分析法  22-23
    2.2.2 量纲分析法  23
    2.2.3 定律分析法  23
  2.3 量纲分析法  23-25
    2.3.1 量纲  23-24
    2.3.2 量纲分析的方法和步骤  24-25
  2.4 盐岩蠕变模型相似判据推导  25-27
  2.5 量纲分析的优缺点  27
  2.6 本章小结  27-29
3 盐岩相似材料正交试验设计  29-39
  3.1 试验设计的内容及其常用的方法  29-31
    3.1.1 试验设计的内容  29
    3.1.2 常用的试验设计与优化方法  29-31
  3.2 正交试验设计  31-34
    3.2.1 正交分析法的几个基本概念  32-33
    3.2.2 正交试验法原理  33-34
  3.3 盐岩相似材料正交试验方案设计  34-37
    3.3.1 明确试验目的及试验指标  35
    3.3.2 挑选因素和水平  35
    3.3.3 选用正交表  35-36
    3.3.4 表头设计  36
    3.3.5 列出试验方案  36-37
    3.3.6 自由度和正交表的选用原则  37
  3.4 本章小结  37-39
4 盐岩相似材料常规力学特性模型试验研究  39-52
  4.1 相似模型参数选择  40
  4.2 相似材料的选择及相关特性  40-41
  4.3 相似模型试样制备  41-42
  4.4 试验装置  42-43
  4.5 试验过程  43-47
  4.6 试验结果分析  47-50
    4.6.1 盐岩相似材料应力应变全过程特征分析  49
    4.6.2 不同砂胶比对相似材料常规力学性能的影响  49
    4.6.3 不同粗细颗粒比对相似材料常规力学性能的影响  49-50
    4.6.4 压制应力对相似材料常规力学性能的影响  50
  4.7 本章小结  50-52
5 盐岩相似材料蠕变试验及蠕变机制研究  52-62
  5.1 盐岩相似材料蠕变试验  53-56
  5.2 盐岩蠕变试验结果分析  56
  5.3 盐岩蠕变本构关系及本构模型概述  56-58
    5.3.1 唯象方法  57
    5.3.2 粘弹塑性模型理论方法  57-58
    5.3.3 经验方法  58
  5.4 盐岩蠕变现象的细观分析  58-60
  5.5 本章小结  60-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 本文主要结论  62
  6.2 研究前景展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69
  A. 攻读硕士学位期间发表论文情况  69
  B. 作者在攻读硕士学位期间的科研情况  69

考虑蠕变特性的盐岩相似模型及相似材料试验研究

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