姜德义等：盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究 573· 比试件愈合前后渗透率的变化，研究时间和湿度 表2自愈合实验结果 对盐岩损伤愈合的影响. Table 2 Experimental results of self-healing 2实验结果及分析 Test Healing Test Healing Test Healing number degree/% number degree/% number degree/% 2.1相关参数及实验结果 A0 1.03 A3 66.59 A6 71.39 A9 74.71 A12 77.01 A15 92.33 在盐穴地下储库安全性研究中，密闭性是一 BO -3.01 B3 81.40 B6 82.83 个重要的因素，保障储气库不泄露，对盐穴储库的 密闭性评价有重要意义四]因此，本次实验中以氮 B9 78.40 B12 93.55 B15 95.13 气测试的盐岩渗透性来表征盐岩的损伤愈合程 CO 3.04 C3 88.33 C6 94.25 度.需要说明的是：实验所用盐岩的初始渗透率小 C9 94.03 C12 96.56 C15 94.22 于1×10-20m2,损伤渗透率为0.8×10-15~4×10-15m2, DO -1.66 D3 87.68 D6 93.51 由于其初始渗透率远远小于损伤渗透率，因此近 D9 9329 D12 95.99 D15 97.79 似地将初始盐岩视为不渗透. EO 1.25 E3 90.41 E6 94.50 在本次试验中，使用损伤面积来表达损伤变 E9 94.60 E12 96.81 E15 97.84 量，将任意时刻的盐岩剖面面积A分为未破坏部 通过实验，结果如图3所示 分Aud损伤后未愈合部分Ah和愈合部分Ah,即： A=Aud+Ad 100 (1) Ad=Auh+Ah 4=二二=上x含￥一合x口 其中，由于初始盐岩被视为不渗透，即完整无损 80 伤，所有损伤部分均来自实验中巴西劈裂拉伸破 ◆ 坏.A为损伤部分的面积，为巴西劈裂实验造成的 60 ◆ 7d- -Fitting curve 损伤. 15 d ---Fitting curve 40 30d -Fitting curve 定义损伤为D,表示损伤部分占总面积的比 0 60d·.·Fitting curve ▲ 120 d ---Fitting curve 例：定义愈合程度为H,表示愈合部分占损伤部分 20 面积的比例，即： D=Ad/A H=Ah/Ad (2) 考虑损伤盐岩愈合前后渗透率的变化，可以 6 9 12 15 Moisture content/% 得出： 图3不同时间点盐岩含水率与损伤愈合度关系图 Ad/Auh Kp/Kpd (3) Fig.3 Moisture content-healing degree curves of salt rock damage 其中，Kd为盐岩愈合后测得渗透率，K,为盐岩愈 healing under different time points 合前测得渗透率. 根据图3可以看出，在任何一个时间点上，随 联立(1)~(3)式，可以得到盐岩的损伤愈合 着湿度的增加，盐岩的损伤愈合效果逐渐增强，渗 程度H为： 透率逐渐减小.这是由于盐岩损伤愈合过程中，裂 H=1-Kpd 隙尖端的闭合及再结晶作用都依赖表面水膜的 (4) Kp 运输作用，湿度越大，则表明水分越充足.根据 其中，H为愈合度，表征盐岩损伤愈合效果的好 Houben等的研究，发现裂隙尖端的移动速度与 坏，在本文中，是指在盐岩损伤愈合实验中，假定 吸附水膜的厚度呈正相关.也就是说，较大的湿度 盐岩初始无损伤，全部损伤都是实验引发的前提 能使裂隙表面产生更厚的吸附水膜，从而加快裂 下，盐岩的损伤中愈合的部分占总损伤的比例 隙表面的物质运输，加快盐岩的损伤愈合速度 实验结果如表2所示 同样，从图3中可以看到，在含水率为0%的 2.2湿度条件对盐岩自愈合效果影响分析 盐粉中愈合的损伤盐岩从7d到120d的愈合度都 根据盐岩损伤愈合的机理，不管是扩散效应 很小，最大只有3.04%，甚至出现了负数.这是由于 还是再结晶作用都需要水的参与.因此，研究湿度 在无水环境中愈合的损伤盐岩，无法形成吸附水 对盐岩损伤愈合的效果影响是有必要的 膜进行物质运输，使得愈合度基本为0.同时，实验比试件愈合前后渗透率的变化，研究时间和湿度 对盐岩损伤愈合的影响. 2    实验结果及分析 2.1    相关参数及实验结果 在盐穴地下储库安全性研究中，密闭性是一 个重要的因素，保障储气库不泄露，对盐穴储库的 密闭性评价有重要意义[22] . 因此，本次实验中以氮 气测试的盐岩渗透性来表征盐岩的损伤愈合程 度. 需要说明的是：实验所用盐岩的初始渗透率小 于 1×10−20 m 2 ，损伤渗透率为 0.8×10−15～4×10−15 m 2 ， 由于其初始渗透率远远小于损伤渗透率，因此近 似地将初始盐岩视为不渗透. 在本次试验中，使用损伤面积来表达损伤变 量，将任意时刻的盐岩剖面面积 A 分为未破坏部 分 Aud，损伤后未愈合部分 Auh 和愈合部分 Ah，即： { A = Aud + Ad Ad = Auh + Ah （1） 其中，由于初始盐岩被视为不渗透，即完整无损 伤，所有损伤部分均来自实验中巴西劈裂拉伸破 坏. Ad 为损伤部分的面积，为巴西劈裂实验造成的 损伤. 定义损伤为 D，表示损伤部分占总面积的比 例；定义愈合程度为 H，表示愈合部分占损伤部分 面积的比例，即： { D = Ad/A H = Ah/Ad （2） 考虑损伤盐岩愈合前后渗透率的变化，可以 得出： Ad/Auh = Kp/Kpd （3） 其中，Kpd 为盐岩愈合后测得渗透率，Kp 为盐岩愈 合前测得渗透率. 联立（1）～（3）式，可以得到盐岩的损伤愈合 程度 H 为： H = 1− Kpd Kp （4） 其中，H 为愈合度，表征盐岩损伤愈合效果的好 坏，在本文中，是指在盐岩损伤愈合实验中，假定 盐岩初始无损伤，全部损伤都是实验引发的前提 下，盐岩的损伤中愈合的部分占总损伤的比例. 实验结果如表 2 所示. 2.2    湿度条件对盐岩自愈合效果影响分析 根据盐岩损伤愈合的机理，不管是扩散效应 还是再结晶作用都需要水的参与. 因此，研究湿度 对盐岩损伤愈合的效果影响是有必要的. 通过实验，结果如图 3 所示. 根据图 3 可以看出，在任何一个时间点上，随 着湿度的增加，盐岩的损伤愈合效果逐渐增强，渗 透率逐渐减小. 这是由于盐岩损伤愈合过程中，裂 隙尖端的闭合及再结晶作用都依赖表面水膜的 运输作用，湿度越大，则表明水分越充足. 根据 Houben 等[12] 的研究，发现裂隙尖端的移动速度与 吸附水膜的厚度呈正相关. 也就是说，较大的湿度 能使裂隙表面产生更厚的吸附水膜，从而加快裂 隙表面的物质运输，加快盐岩的损伤愈合速度. 同样，从图 3 中可以看到，在含水率为 0% 的 盐粉中愈合的损伤盐岩从 7 d 到 120 d 的愈合度都 很小，最大只有 3.04%，甚至出现了负数. 这是由于 在无水环境中愈合的损伤盐岩，无法形成吸附水 膜进行物质运输，使得愈合度基本为 0. 同时，实验 表 2    自愈合实验结果 Table 2    Experimental results of self-healing Test number Healing degree/% Test number Healing degree/% Test number Healing degree/% A0 1.03 A3 66.59 A6 71.39 A9 74.71 A12 77.01 A15 92.33 B0 −3.01 B3 81.40 B6 82.83 B9 78.40 B12 93.55 B15 95.13 C0 3.04 C3 88.33 C6 94.25 C9 94.03 C12 96.56 C15 94.22 D0 −1.66 D3 87.68 D6 93.51 D9 93.29 D12 95.99 D15 97.79 E0 1.25 E3 90.41 E6 94.50 E9 94.60 E12 96.81 E15 97.84 100 Healing degree/ % 80 60 40 20 0 0 3 6 9 Moisture content/% Fitting curve Fitting curve Fitting curve Fitting curve Fitting curve 15 d 7 d 30 d 60 d 120 d 12 15 图 3    不同时间点盐岩含水率与损伤愈合度关系图 Fig.3     Moisture  content –healing  degree  curves  of  salt  rock  damage healing under different time points 姜德义等： 盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究 · 573 ·