在盐穴储气库正常使用过程中，由于周期性注采气，储库围岩一定范围内岩体遭受反复加卸载作用，但这一反复加卸载不同于一般岩土工程。为保障盐穴储气库的力学稳定，储气库采气量有一最低限值。因此，储气库反复加卸载是在一定基础压力上进行的。而一般岩土工程需要对围岩进行开挖与支护，从而造成围岩彻底卸载后再加载。为此，有必要研究盐岩在一定基础压力上循环加卸载的力学特性，以期为我国在建的层状盐穴储气库的安全稳定运营提供指导。

本次试验首先加工了5个盐岩试样，均为直径50 mm、高径比2∶1的标准圆柱形试样，其中试样A，B，C为江苏洪泽无水芒硝试样，试样D为江苏洪泽含钙质泥岩夹层芒硝试样，试样E为江苏金坛氯化钠盐岩试样。金坛氯化钠盐岩晶体颗粒明显大于洪泽芒硝，层状芒硝试样中钙质泥岩夹层厚度18～20 mm。本次试验为循环加卸载单轴压缩试验，试验过程中，起始卸载点选择在5 MPa以上，每次循环卸载终止点约为5 MPa。

表3-11给出了试样的基本力学特性参数，图3-16为各试样的应力-应变曲线。

表3-11　无水芒硝盐岩、钙芒硝盐岩及氯化钠盐岩循环加卸载试验结果

3个芒硝盐岩试样中，试样A的峰值强度及对应的应变高于试样B和试样C，但仍在试样个体差异范围之内。因此，取三者平均值，得到芒硝的峰值强度为10.8 MPa，峰值强度点对应的应变为0.42%。与非循环方式简单加载单轴压缩试验结果[32]相比，表现为强度降低趋势（强度降幅较大，为试样个体及试验条件差异所致），而对应峰值强度应变相差无几。由此可知，对芒硝盐岩而言，循环加卸载使得其强度降低，但对应峰值强度点的应变变化不明显。本次试验中，循环次数为随机数，无法看出强度与循环次数的关系，但从能量理论角度分析，二者应该存在相关性。

在单轴压缩的过程中，由于横向膨胀变形，试样表面会产生拉应力。但由于夹层变形能力比盐岩弱，在一定变形条件下，试样表面夹层部位衍生的张应力会首先达到抗拉强度而破裂。因此，含夹层试样的强度与变形主要受夹层影响与控制。本次试验中，试样D中含钙质泥岩夹层，呈水平分布，厚度为18～20 mm，试样的破裂为夹层部位的表面张裂，循环加卸载条件下的峰值强度为13.1 MPa，高于相同条件下纯芒硝试样的平均值10.8 MPa；但峰值点对应应变却低于纯芒硝试样，这主要由于夹层变形能力差所致。由此可见，在循环加卸载条件下，含夹层盐岩体的强度与变形仍然受夹层的影响与控制。试样E为金坛盐岩，循环加卸载条件下峰值强度为15.6 MPa，对应的应变为1.98%。而在简单加载条件下的峰值强度为13.45 MPa，对应峰值强度点的应变为1.75%。由于试样数量少，试验结果还不足以说明循环载荷作用下的峰值强度一定比简单载荷作用下的高。但与芒硝试样的结果相比，在此种作用方式下试样强度并没有降低，而对应峰值点应变也略有提高。(www.daowen.com)

从图3-16中可以看出，5个试样在初期循环加卸载过程中应力-应变曲线基本闭合，不存在塑性变形恢复滞后所形成的滞回环。而随着应力水平的提高以及循环次数的增加，滞回环略有显现，但与砂岩[33]及大理岩[34]相比，该滞回环很小，表明盐岩具有较强的变形与及时恢复能力。

图3-16　单轴压缩循环加卸载应力-应变曲线

杨氏模量实质为表征材料在一定载荷作用下的弹性变形能力，通常取材料应力-应变曲线中直线段斜率。对于致密理想弹性材料，在弹性极限范围内，反复加卸载应力-应变曲线应当完全重复，不存在卸载后的残余变形，也不存在卸载变形滞后所致的滞回环。加载超过弹性极限、进入塑性变形阶段之后，由于塑性变形的出现，反复加卸载作用下，应力-应变曲线会沿新的轨迹发展，再加载曲线与卸载曲线一般不重合，加卸载曲线斜率增大，表现为材料硬化。为比较循环加卸载过程中材料变形能力的差异，需对加卸载阶段的杨氏模量进行分别定义。加卸载过程中杨氏模量分别表示加载与卸载作用过程中的应力-应变曲线斜率，其结果见表3-11。所测试的5个盐岩试样在初期加卸载过程中基本不存在塑性恢复滞后现象。在加卸载过程中，从应力-应变曲线（图3-16）可以看出，当再次加载应力恢复至卸载应力时，曲线沿着原有的应力-应变轨迹发展，甚至继续表现出弹性变形特征。此处，将应力-应变曲线中的线性段斜率定义为宏观杨氏模量，其计算结果见表3-11。由于一般岩土工程材料在经历一定的循环载荷作用后，其力学变形特性仍需要从宏观变形角度考虑，因此，这一结果分析也很有意义。从表3-11中可以看出，与其他岩石试样相同，由于存在不可恢复的塑性变形，试样加卸载过程中的杨氏模量均远远大于宏观杨氏模量。但对后期加卸载过程中的杨氏模量进行分别计算，发现卸载过程中的杨氏模量略高于加载过程中的杨氏模量。除卸载过程弹性变形恢复滞后外，还有加载过程中耦合有塑性变形的因素。另外，除试样A和试样D外，本次试验的晶质芒硝与盐岩试样的循环加卸载曲线基本呈线性并重叠，卸载弹性变形恢复滞后表现不明显。这一点不同于其他类型岩石，表明在一定载荷范围内，循环载荷作用下晶质盐岩具有极强的弹性变形能力，反复加卸载过程中，其变形与载荷基本保持一一对应关系。

从岩性上分析，氯化钠盐岩的杨氏模量低于芒硝，表明为相同差应力作用下，氯化钠盐岩的变形能力要强于芒硝。含夹层芒硝的杨氏模量稍高于芒硝，显然是由钙质泥岩夹层的变形能力相对较弱所致。从图3-16中还可以看出，氯化钠盐岩试样应力-应变曲线较芒硝试样应力-应变曲线平缓，弹性变形阶段很短，很快进入塑性变形阶段，并经历较长的塑性变形而最终破坏。含钙质泥岩夹层的芒硝试样则基本上一直处于弹性变形，塑性变形阶段很短，卸载后的再次加载可以沿着原来的应力-应变路径进一步强化，直至脆性夹层破裂。另外，与含夹层芒硝试样相比，在反复循环卸载过程中，氯化钠盐岩和芒硝试样变形恢复很小。

另外，试验中所有试样加卸载过程中的杨氏模量基本不随应力水平及加卸载次数的变化而变化，这一点不同于对大理岩的试验结果[35]。同时，即使进入屈服破坏阶段，加卸载平均杨氏模量也并没有随屈服应力的降低而降低。达到最大应力后进行反复加卸载，普通岩土材料常见的加卸载曲线斜率随变形增加而减小的现象[36]，在盐岩循环加卸载过程中并没有出现。

在工程实际中，盐岩溶腔作为天然气的存储场所，受运营工况影响，盐岩溶腔更多受到低频内压的作用，并且围岩是处于三向应力状态，因此，许宏发等[37]针对盐岩在三向应力状态下对低频循环载荷的响应做了进一步的试验研究。试验结果发现，与一般岩石不同，盐岩作为典型的软岩，其破坏不再受静态应力-应变全过程曲线控制；提高循环荷载上限应力、降低下限应力，增大应力幅值，降低载荷频率，或者减小围压，均会增大循环滞回环面积，提高盐岩稳态应变速率，从而加速试样的破坏；其中上限应力对循环荷载作用下盐岩变形演化、试样损伤弱化的影响最大。