安全性问题是在岩盐中实施能源储存和核废料处置的首要问题,前人围绕着岩盐溶腔形状控制和稳定性开展了大量和富有成效的研究工作,但仍存在着许多尚待解决的问题,需要进一步地深入研究。在实际盐腔的水溶建腔过程中,必须考虑应力作用、溶解作用对岩盐溶腔的共同影响,前人的研究成果尚未很好地解决应力-溶解耦合作用下的盐腔溶腔机理及其分析方法,而岩盐的应力-溶解耦合作用对盐腔水溶建腔过程中溶腔形状控制和稳定性有着不可忽视的影响。这也是目前岩盐力学研究的国际前沿课题。针对上述问题,本文从单轴压缩条件下岩盐应力-溶解耦合效应的细观力学试验结果、溶蚀作用下岩盐力学性质的变化和应力作用下岩盐溶蚀作用的变化等方面进行研究,并在上述研究基础上对应力-溶解耦合作用下的盐腔溶腔机理进行了研究,对应力-溶解耦合作用下的盐腔水溶建腔过程进行了模拟计算,得到了如下结论:1、首先通过单轴压缩条件下岩盐应力-溶解耦合效应的细观力学试验来验证应力作用下和纯溶解作用下岩盐溶蚀速率的差异,以及溶蚀作用下岩盐力学性质的改变;然后通过试验得到了应力作用下岩盐溶蚀速率的变化规律,并归纳出岩盐溶解质量与轴向塑性应变和溶解时间之间的计算公式,并发现了在应力作用下岩盐溶解质量与裂纹的发育和扩展有着直接的关系,可以根据不同阶段的裂纹的发育与扩展来分析岩盐溶解质量的变化;通过试验得到了溶蚀作用下岩盐力学性质的变化规律,得到了溶解前后应力降比值与不同轴向塑性应变和不同溶解时间下溶解质量之间的数学关系表达式,并通过裂纹的临界应力强度因子与应力强度因子两者之间的比较,从机理上分析了溶解阶段应力随着溶解时间增加而降低的原因。2、采用应变硬化-软化模型,建立了无溶蚀作用下岩盐的弹塑性力学模型,并通过常规三轴压缩试验,得到了粘聚力和内摩擦角随着等效塑性应变的变化规律;由于有溶蚀作用下和无溶蚀作用下,岩盐的破坏机理都是一致的,故通过对岩盐的破坏机理分析,得出了溶蚀作用下岩盐力学性质发生变化的机理在于岩盐发生溶解从而使得岩盐裂纹的临界强度因子降低,使得岩盐的粘聚力和内摩擦角发生了变化;然后通过对单轴压缩条件下岩盐应力-溶解耦合效应的细观力学试验中不同溶解和加载阶段试验数据的分析,采用FLAC-遗传算法计算出了不同阶段粘聚力的变化规律,并归纳出应力-溶解耦合作用下岩盐粘聚力的计算公式;然后通过对单轴压缩条件下岩盐应力-溶解耦合效应的细观力学试验全过程的模拟计算,验证了所归纳出的岩盐粘聚力计算公式的合理性。通过以上分析发现溶蚀作用对岩盐的力学性质会产生很大的影响,在实际岩盐溶腔成腔过程中,必须考虑溶蚀作用下岩盐力学性质的变化。3、通过对岩盐溶蚀机理的分析,以及纯溶解作用下流体输运和岩盐溶蚀速率的计算,建立了无应力作用的岩盐溶蚀模型;然后通过岩盐表面裂纹溶解的试验现象和岩盐单裂隙渗流-溶解耦合试验,研究了有无应力作用下岩盐溶蚀机理的相同点和差异;在此基础上提出了等效扩散系数这一概念,用于描述应力作用下单位溶蚀面积上的宏观溶蚀速率,等效扩散系数是等效塑性应变和溶解时间的函数,并建立了应力作用下的岩盐溶蚀模型;进而根据试验所建立的岩盐溶解质量与等效塑性应变和溶解时间之间的计算公式,编制了有限差分计算程序对等效扩散系数进行计算。通过以上研究发现在应力的作用下,特别是在产生塑性应变之后,岩盐溶蚀作用会产生非常明显的影响,对于岩盐溶蚀作用来说,应力作用的影响是不可忽略的。4、在以上研究的基础上,对应力-溶解耦合作用下的盐腔溶腔机理进行了分析,并对实际的盐腔水溶建腔工艺进行模拟计算。最后将应力-溶解耦合作用下的盐腔溶腔计算结果与纯溶解作用下盐腔溶腔计算结果对比,表明在应力-溶解耦合作用下盐腔溶腔的计算结果与实际溶腔形状更为符合。