姜德义等：盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究 571· moduli of the samples were used to assess damage healing.The experimental results show that,under the no-stress condition,the specimens placed in the environment without external water supply are not healed after 120 days,which proves that water is a necessary condition for wound healing.Previous studies have shown that time and humidity have an important influence on salt rock damage healing.The damage-healing effect on salt rock increases with time and humidity.However,the rate of increase decreases exponentially, which indicates that excessive humidity and time do not effectively improve the damage-healing effect on salt rock. KEY WORDS salt rock;damage;healing;Brazilian splitting;permeability 随着我国经济的不断发展，对能源的需求不 相比之下，国内关于盐岩的研究主要集中在 断增加.为了满足能源安全与能源调峰等的需求， 盐岩的物理力学性质方面刀，对盐岩自愈合的 我国在江苏金坛率先建立了一批盐穴储库.截止 研究起步较晚，相关成果较少.康燕飞等劉研究 2017年，中盐金坛已经有近30个盐穴用于储存天 了不同温度条件下恢复的盐岩的力学性质和声发 然气，总储量达到了1.1亿立方米叫另外，由于盐 射特性，发现损伤恢复盐岩的单轴抗压强度随着 岩在我国大量赋存，每年采盐都会形成大量的溶 温度升高而增强.姜德义等对剪切损伤盐岩的 腔，不仅有引发地表沉降等地质灾害的危险，也浪 损伤愈合效果进行了评估，指出以7d为界，盐岩 费了大量的地下空间.研究表明，盐岩具有低孔低 的损伤愈合分为长期和短期，7d以内盐岩的强度 渗的特性和良好的稳定性，是储存石油、天然气、 恢复较快.梁卫国等20研究了高温再结晶对剪切 放射性废弃物等的理想场所-刂不管是哪种地下 损伤盐岩的影响，发现随温度升高盐岩试件的剪 储库，在开挖建设中，不可避免的会对围岩产生扰 切强度升高，内摩擦角增大但黏聚力恢复不明显 动并在腔体周围形成开挖扰动区(EDZ)问相比与 向高等研究了不同围压和保压时间对盐岩损伤 其他地下储库，盐岩的自愈合特性使得盐穴可以 愈合的影响，认为在一定范围内，围压和保压时间 自发地修复损伤，从而降低渗透率并提高稳定性 对盐岩愈合都有促进作用，围压越大，盐岩快速恢 因此，大力发展盐穴储库的建设有助于变废为宝， 复阶段所需的时间越短，强度恢复越快 合理利用地下空间 以上研究从机理和现象的方面揭示了盐岩的 国外对盐岩损伤愈合的研究起步较早，已经 损伤愈合特性，为盐岩损伤愈合特性的研究起到 取得了一定的成果.在损伤愈合的机理方面，现在 了引导作用，其中国外主要研究愈合的细观机理， 主要提出了三种，一是Chan等提出的盐岩通过 国内着眼于愈合的宏观表现，但之前的实验主要 弹性变形、塑性流动等纯粹的机械作用，使得裂隙 以力学强度作为损伤愈合判断的依据，而实验中 闭合、强度恢复，产生愈合效果；二是Smith和 由于应变硬化等的影响，难以真实反映盐岩的损 Evans刀、Urai等)、Cinar等提出的由于表面能降 伤愈合情况.因此，本文设计了巴西劈裂盐岩的愈 低驱动的扩散导致愈合，这使得盐岩裂隙发生颈 合实验，以渗透率的变化作为盐岩损伤愈合判断 缩，最终形成一个个孤立的管道或球状流包体，从 的依据，同时在无应力条件下愈合防止了单纯压 而减低渗透率并提高强度；三是Peach等Io、Ter 密作用带来的影响.实验研究了损伤盐岩在不同 Heege等山提出的通过再结晶作用产生新的晶 时间和湿度的损伤愈合规律。并通过扫描电子显 体，通过晶界迁徙实现裂隙的愈合.Houben等☒ 微镜(SEM)对愈合后的试样进行观察，总结了盐 研究了盐岩裂隙表面的吸附水膜，并通过观察其 岩损伤愈合的细观规律，希望为盐岩损伤愈合特 干涉条纹来表征裂隙尖端的迁移，构建了吸附水 性对盐岩溶腔的稳定性影响提供实验理论依据 膜厚度与裂隙尖端迁移的数学模型，发现吸附水 1实验条件与方法 膜的厚度与裂隙尖端迁移速度呈正相关，Zu和 Arson!]基于连续损伤力学，提出了盐岩的损伤愈 1.1实验设备与条件 合模型，模拟了包括拉伸加载、压缩卸载、蠕变愈 本次试验使用的是AG-250KNIS型电子精 合及在加载路径，预测了随时间和温度增加的愈 密材料试验机配合模具进行巴西劈裂加载，试 合效率.Koelemeijer等l通过测量带有吸附水膜 验机最大轴向荷载为250kN,加载速率范围为 的盐岩裂隙表面阻抗，研究了盐岩晶体表面扩散 0.0005~1000mms.渗透率测试使用的是重庆大 率随湿度的变化关系，湿度越大、盐岩裂隙水膜的 学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室自主研 厚度越厚，使得盐岩晶体的裂隙表面扩散率越大 发的岩心孔渗自动测定仪，具体见图1.moduli  of  the  samples  were  used  to  assess  damage  healing.  The  experimental  results  show  that,  under  the  no-stress  condition,  the specimens placed in the environment without external water supply are not healed after 120 days, which proves that water is a necessary condition  for  wound  healing.  Previous  studies  have  shown  that  time  and  humidity  have  an  important  influence  on  salt  rock  damage healing. The damage-healing effect on salt rock increases with time and humidity. However, the rate of increase decreases exponentially, which indicates that excessive humidity and time do not effectively improve the damage-healing effect on salt rock. KEY WORDS    salt rock；damage；healing；Brazilian splitting；permeability 随着我国经济的不断发展，对能源的需求不 断增加. 为了满足能源安全与能源调峰等的需求， 我国在江苏金坛率先建立了一批盐穴储库. 截止 2017 年，中盐金坛已经有近 30 个盐穴用于储存天 然气，总储量达到了 1.1 亿立方米[1] . 另外，由于盐 岩在我国大量赋存，每年采盐都会形成大量的溶 腔，不仅有引发地表沉降等地质灾害的危险，也浪 费了大量的地下空间. 研究表明，盐岩具有低孔低 渗的特性和良好的稳定性，是储存石油、天然气、 放射性废弃物等的理想场所[2−4] . 不管是哪种地下 储库，在开挖建设中，不可避免的会对围岩产生扰 动并在腔体周围形成开挖扰动区（EDZ） [5] . 相比与 其他地下储库，盐岩的自愈合特性使得盐穴可以 自发地修复损伤，从而降低渗透率并提高稳定性. 因此，大力发展盐穴储库的建设有助于变废为宝， 合理利用地下空间. 国外对盐岩损伤愈合的研究起步较早，已经 取得了一定的成果. 在损伤愈合的机理方面，现在 主要提出了三种，一是 Chan 等[6] 提出的盐岩通过 弹性变形、塑性流动等纯粹的机械作用，使得裂隙 闭合 、强度恢复 ，产生愈合效果 ；二 是 Smith 和 Evans[7]、Urai 等[8]、Cinar 等[9] 提出的由于表面能降 低驱动的扩散导致愈合，这使得盐岩裂隙发生颈 缩，最终形成一个个孤立的管道或球状流包体，从 而减低渗透率并提高强度；三是 Peach 等[10]、Ter Heege 等[11] 提出的通过再结晶作用产生新的晶 体，通过晶界迁徙实现裂隙的愈合. Houben 等[12] 研究了盐岩裂隙表面的吸附水膜，并通过观察其 干涉条纹来表征裂隙尖端的迁移，构建了吸附水 膜厚度与裂隙尖端迁移的数学模型，发现吸附水 膜的厚度与裂隙尖端迁移速度呈正相关. Zhu 和 Arson[13] 基于连续损伤力学，提出了盐岩的损伤愈 合模型，模拟了包括拉伸加载、压缩卸载、蠕变愈 合及在加载路径，预测了随时间和温度增加的愈 合效率. Koelemeijer 等[14] 通过测量带有吸附水膜 的盐岩裂隙表面阻抗，研究了盐岩晶体表面扩散 率随湿度的变化关系，湿度越大、盐岩裂隙水膜的 厚度越厚，使得盐岩晶体的裂隙表面扩散率越大. 相比之下，国内关于盐岩的研究主要集中在 盐岩的物理力学性质方面[15−17] ，对盐岩自愈合的 研究起步较晚，相关成果较少. 康燕飞等[18] 研究 了不同温度条件下恢复的盐岩的力学性质和声发 射特性，发现损伤恢复盐岩的单轴抗压强度随着 温度升高而增强. 姜德义等[19] 对剪切损伤盐岩的 损伤愈合效果进行了评估，指出以 7 d 为界，盐岩 的损伤愈合分为长期和短期，7 d 以内盐岩的强度 恢复较快. 梁卫国等[20] 研究了高温再结晶对剪切 损伤盐岩的影响，发现随温度升高盐岩试件的剪 切强度升高，内摩擦角增大但黏聚力恢复不明显. 向高等[21] 研究了不同围压和保压时间对盐岩损伤 愈合的影响，认为在一定范围内，围压和保压时间 对盐岩愈合都有促进作用，围压越大，盐岩快速恢 复阶段所需的时间越短，强度恢复越快. 以上研究从机理和现象的方面揭示了盐岩的 损伤愈合特性，为盐岩损伤愈合特性的研究起到 了引导作用，其中国外主要研究愈合的细观机理， 国内着眼于愈合的宏观表现，但之前的实验主要 以力学强度作为损伤愈合判断的依据，而实验中 由于应变硬化等的影响，难以真实反映盐岩的损 伤愈合情况. 因此，本文设计了巴西劈裂盐岩的愈 合实验，以渗透率的变化作为盐岩损伤愈合判断 的依据，同时在无应力条件下愈合防止了单纯压 密作用带来的影响. 实验研究了损伤盐岩在不同 时间和湿度的损伤愈合规律. 并通过扫描电子显 微镜（SEM）对愈合后的试样进行观察，总结了盐 岩损伤愈合的细观规律，希望为盐岩损伤愈合特 性对盐岩溶腔的稳定性影响提供实验理论依据. 1    实验条件与方法 1.1    实验设备与条件 本次试验使用的是 AG-250KN IS 型电子精 密材料试验机配合模具进行巴西劈裂加载，试 验机最大轴向荷载为 250 kN，加载速率范围为 0.0005～1000 mm·s−1 . 渗透率测试使用的是重庆大 学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室自主研 发的岩心孔渗自动测定仪，具体见图 1. 姜德义等： 盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究 · 571 ·