层状盐岩动态力学特性及地下储库难溶夹层爆破振动效应研究

During the process of water solution in bedded salt cavern, controlled blasting of insoluble interbed is an effective way to accelerate water solution, while it is urgent to systematically and deeply study its blasting vibration effect. The dynamical properties of bedded salt and blasting vibration effect of insoluble interbed will be investigated combining with the comprehensive method including theoretical, experiments and numerical simulation. Carrying out the Hopkinson compression test of bedded salt under 3D confining pressure, the intensity and the deformation characteristics of bedded salt under strong dynamic loads are analyzed, and the intensity and damage laws have been built. The mechenical calculation model of interbed under the effect of blasting load has been established and the solution of the model is obtained by elastic-plastic plate shell theory to study the dynamic response of interbed under blasting load, and the collapse mechanical mechanism for the interbed under blasting load is analyzed.The refined finite element model of solution cavern has been built to carry out the blasting process simulation of insoluble interbed in bedded salt, and to reveal the cavity vibration effect and damage characteristics under blasting effect. Comprehensive assessment model is constructed to assess the damage of blasting vibration on the interbed and cavity.The research results will provide guidance for insoluble interbed blasting and speeding up carven construction in bedded salt cavern of China.

层状盐岩储库水溶建腔过程中，对难溶夹层进行控制爆破是加快建腔速度的有效办法，但爆破振动效应亟待系统、深入研究。本项目采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法，针对层状盐岩动态力学特性及难溶夹层爆破振动效应问题展开研究。通过三维围压下层状盐岩的霍普金森压缩试验，分析强动载作用下层状盐岩的强度和变形破坏特征，建立层状盐岩动力强度及破坏准则；建立夹层在爆破荷载作用下受力计算模型，应用弹塑性板壳理论对计算模型进行求解，研究夹层在爆破荷载作用下动态响应，分析夹层在爆炸荷载作用下垮塌力学机制；建立溶腔精细化有限元模型，进行层状盐岩难溶夹层爆破全过程模拟，揭示爆破作用下腔体振动效应和破坏特征；构建综合评估模型，进行爆破振动对夹层和腔体破坏的安全评估。成果将为完善盐井爆破技术，指导水溶建腔过程中难溶夹层爆破，加快建腔速度提供科学依据。

层状盐岩储库水溶建腔过程中，对难溶夹层进行控制爆破是加快建腔速度的有效办法，但爆破振动效应亟待系统、深入研究。本项目采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法，针对层状盐岩动态力学特性及难溶夹层爆破振动效应问题展开研究。利用带围压的分离式Hopkinson(SHPB)试验装置，进行不同围压(5，15，25 MPa)下的动载冲击试验研究，分析强动载作用下层状盐岩的强度和变形破坏特征，盐岩和泥岩夹层均属于率敏感性材料，其峰值应力和延性随应变率的增大而增加。基于联合的热活化与黏性机制相互竞争的材料强度–应变率依赖模型，结合SHPB 试验结果进行数据拟合，得到不同围压作用下盐岩的动力强度计算公式，拟合效果较好，盐岩平均相对误差为2.51%，泥岩夹层平均相对误差为6.58%。建立夹层在爆破荷载作用下受力计算模型，在弹性力学理论基础上对夹层中间放药和夹层板面放药分别进行了求解，推导了难溶夹层板在爆破作用下的应力分量表达式，研究夹层在爆破荷载作用下动态响应，分析夹层在爆炸荷载作用下垮塌力学机制，根据材料的强度破坏准则，得到两种装药情况下夹层破坏范围。建立溶腔精细化有限元模型，进行层状盐岩难溶夹层爆破全过程模拟，揭示爆破作用下腔体振动效应和破坏特征，模拟了不同炸药当量和药柱位置对夹层爆破垮塌范围的影响。构建综合评估模型，基于腔体围岩振动效应分析，考虑爆破振动对盐腔损伤情况、夹层破坏控制、夹层爆破作用等方面进行了夹层及腔体破坏的综合评估。项目的成果填补了国内在该领域的研究空白，具有重要的学术理论价值和工程应用前景，将为完善盐井爆破技术，指导水溶建腔过程中难溶夹层爆破，加快建腔速度提供科学依据。