盐岩内部构造致密,从而使得其渗透性极低,并且盐岩同时具有很好的流变特性,因此,国内外对在盐岩溶腔内进行油气存储已经达成普遍共识。我国的盐岩矿床均属于层状盐岩,其分层数目较多,并且单个盐层的厚度较薄。近年来,“双井水平定向对接连通”开采工艺已经广泛应用于国内盐矿开采,我国已经存在大量废弃的“水平型”溶腔。与国外巨厚盐丘不同,夹层的存在加大了“水平型”油气储库建造和运营中破坏的风险,并带来一系列的问题和挑战。随着西气东输工程的实施,急需对现有水平老腔进行合理筛选并加以利用,为了对现场实践提供技术支持,急需“水平型”油气储库周边夹层破坏规律的资料以及储库设计理论。本文以在典型层状盐岩矿床中建造“水平型”油气储库为工程背景,自制了含人工夹层盐岩试样,并进行了单轴压缩和常规三轴压缩实验,通过实验研究与理论分析相结合,理论研究与数值计算相结合的方法,研究了层状盐岩力学特性受夹层的影响及其破坏规律;在剪切应变能理论的基础上,进一步完善适用于盐岩和夹层材料的强度理论体系;分析并计算了层状盐岩矿床中水平油气储库周边夹层的破坏规律和范围,以及夹层的存在对水平油气储库运营的影响,主要研究内容如下:1.对纯人工夹层、纯盐岩以及含人工夹层盐岩试件进行了单轴和常规三轴压缩实验;在单轴压缩条件下,从夹层厚度、数目、倾角三个方面对比分析了含夹层盐岩力学特性的变化规律;在三轴压缩条件下,对比分析了纯盐岩和含夹层盐岩的力学特性参数及破坏特征的不同。2.以剪切应变能理论为基础,根据盐岩的破坏特点,建立了非线性三剪能量屈服准则;结合盐岩的常规三轴压缩实验和真三轴压缩实验结果,验证了该准则的正确性;通过与其他准则结果对比,验证了该准则精确性;利用其他非盐岩石的实验结果,同时验证了该准则对其他岩石的适用性。3.从弹性理论出发,基于理想化断面(圆形或椭圆形)水平盐岩溶腔,给出了溶腔顶部和溶腔内部的薄夹层滑移失稳的理论分析方法;在Mohr–Coulom准则的基础上,建立了薄夹层滑移失稳的条件,从而可以确定薄夹层失稳位置及范围;分析了溶腔内压、溶腔形状、溶腔埋深以及夹层倾角对薄夹层滑移失稳的影响规律。4.利用弹性理论,对水平溶腔顶部厚夹层界面上的应力状态进行了理论解析;在给定地质条件下,以Mohr–Coulom准则和非线性三剪能量屈服准则为基础,分别对厚夹层界面的滑移失稳和界面材料的强度破坏的影响因素进行了数值对比分析。5.以我国江苏金坛地区的地质条件为背景,采用数值模拟方法分析了溶腔顶部夹层对水平盐岩溶腔稳定性的影响;给出了含夹层水平盐岩储库矿柱最小安全宽度的确定方法,并对比分析了同步注采和不同步注采对矿柱最小安全宽度的影响;最终给出了该地区水平盐岩溶腔的设计参数和运营参数。