加卸载历史对盐岩蠕变行为的试验影响与模型研究

摘要

受加卸载历史的影响，地下工程反复变化的应力环境（如开挖、回填和卸载）会显著影响储库的长期稳定性.为探讨这一影响，本文开展了相同应力水平下分级加载和卸载蠕变试验，系统研究了加卸载历史对盐岩蠕变特性的影响.引入表征岩石硬化程度的状态变量构建了一种盐岩蠕变本构模型，该模型能够有效地考虑加卸载历史效应对盐岩变形的影响.研究结果表明，蠕变应变受加卸载效应的影响存在显著差异.升梯度试验盐岩的蠕变应变逐渐增大，而降梯度试验则出现负蠕变现象.这是因为在升梯度试验中，逐级施加外荷载加剧了盐岩内部位错的增殖与滑移过程，从而促进了蠕变变形的发展.而降梯度试验中，高应力阶段诱发的结构硬化效应在低应力阶段仍然起主导作用，表现为应变的回退.所提出的本构模型能够准确预测加卸载路径下盐岩的蠕变变形，模型的拟合结果与试验数据高度吻合，证明该模型能够有效表征并预测盐岩的蠕变行为及其历史效应.此外，将盐岩的变形分为蠕变变形，弹性变形和加载塑性变形.加载塑性变形与加载前后的应力状态密切相关，而与加卸载路径、速率和时间无关.模型参数敏感性分析结果表明，参数a和b分别影响等速蠕变和变速蠕变应变，参数k、m和c通过影响状态变量对蠕变行为产生影响，参数n则表征蠕变变形对应力的敏感性，并影响不同阶段蠕变的变形特征.

关键词

盐岩 / 蠕变模型 / 状态变量 / 加卸载影响 / 参数敏感性分析

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52274073）; 国家重点研发计划资助项目（2024YFB4007100）