层状盐岩石膏夹层在腐蚀条件下断裂韧度试验及其弱化机制 - 岩土力学.pdf

第 38 卷第 7 期 岩 土 力 学 Vol.38 No. 7 2017 年 7 月 Rock and Soil Mechanics Jul. 2017 DOI ：10.16285/j.rsm.2017.07.012 层状盐岩石膏夹层在腐蚀条件下断裂韧度试验及 其弱化机制研究 1 1 2 1 1 孟 涛 ，胡耀青 ，付庆楠 ，冯 淦 ，靳佩华 （1. 太原理工大学 采煤工艺研究所，山西 太原 030024 ；2. 太原理工大学 力学学院，山西 太原 030024 ） 摘 要：国内盐岩矿床的典型特征是夹层多，其中云应、平顶山地区多为石膏夹层。盐岩储库在建造和运行过程中，夹层会 浸泡在卤水和石油中。为了研究石膏夹层在腐蚀条件下的断裂韧度和弱化损伤机制，采用国际岩石力学学会建议的 V 形切 槽巴西圆盘试验 （CCNBD ）试件，分别将其浸泡在淡水、半饱和卤水、饱和卤水和酸性石油中，温度分别为 20 ℃、50 ℃、 80 ℃，浸泡时间为 1 个月，并与干试件进行对比。研究结果表明：同一种液体浸泡后，石膏的断裂韧度随着温度的升高而 急剧下降，而同一温度下，石膏的断裂韧度随着卤水的浓度增大基本不变。水和卤水浸泡后的石膏断裂韧度变化程度要大于 酸性石油。石膏在水和卤水浸泡后的弱化机制是由于水-温度-氯离子的作用，其中水-温度的作用占主导，氯离子的侵蚀作 用较小；酸性石油浸泡后的弱化机制是因为温度破坏了氢键及受热膨胀，同时另一原因是石膏和酸性石油 （环烷酸）发生弱 反应。环烷酸和石膏发生环烷酸钙，而环烷酸钙溶于油相有利于反应正向进行。上述研究对评估盐岩储库的稳定性及其密闭 性具有重要意义。 关 键 词：层状盐岩；石膏夹层；断裂韧度；氯离子 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2017) 07 －1933－10 Experimental study on fracture toughness of gypsum interlayer in bedded rock salt under corrosive environment and its weakening mechanisms 1