地下盐穴储气库作为能源储备的主要方式之一,具有单体体积大、埋深分布广、地质条件复杂等特点,在地震载荷作用下容易发生腔壁脱落和顶跨垮塌。同时,盐穴中存储的气体具有高压、易燃和易爆的特征,一旦盐穴在地震中发生破坏,将会导致气体发生泄漏,引发火灾和爆炸等严重的次生灾害。因此,对盐穴储气库进行地震载荷作用下的动态响应分析和安全性评价具有很大的必要性和工程价值。本文在总结归纳盐岩物理力学特性、流变损伤特性以及盐岩应该满足的破坏准则的基础上,选择了适用于多夹层盐岩的Mohr-Coulomb破坏准则;其次,研究了储气库单腔地震波入射角、地震强度、地震波类型、溶腔内压和溶腔高径比对其安全稳定性的影响情况,并提出了相应的控制措施;再次,研究了储气库群地震强度、地震时刻、地震波类型、溶腔内压、溶腔高径比和安全矿柱宽度对其安全稳定性的影响情况,并提出了相应的控制措施;最后,对地震载荷作用下储气库套管柱的受力情况进行分析。本文主要完成了如下四个方面的研究工作:(1)对盐岩的物理力学特性、流变损伤特性以及盐岩的破坏准则进行了一定的梳理;对适用于多夹层盐岩的Mohr-Coulomb准则进行修正,利用盐岩实验数据分别回归出相应的三轴压缩和拉伸应力状态下的盐岩失效破坏准则表达式,并与Ratigan准则和Hunsche准则计算结果进行对比。(2)利用FLAC 3D软件建立的三维数值模拟计算模型,分别研究了地震波入射角、地震强度、地震波类型、运行压力、盐穴高径比等因素对地震载荷作用下盐穴围岩的应力、变形和塑性区体积动态响应规律的影响。结果表明:地震波入射角与地平面垂直时对盐穴储气库安全最为不利;随着地震强度的增加,盐穴储气库安全性降低,并且盐穴上部结构的降低幅度要小于盐穴下部结构的;地震波最大加速度和地震持续时间对盐穴围岩安全影响最大;适当增加内压,对地震载荷作用下的盐穴储气库安全有利;高径比为1.8左右时,盐穴储气库在地震载荷作用下的安全性较好。(3)以我国某盐穴型地下储气库为例,在单个溶腔的研究基础上,选取两个相邻的盐穴储气溶腔作为位研究对象,采用时程分析法模拟地震灾变中盐穴围岩非线性动力响应过程和特征;分别研究了地震强度、地震波类型、地震时刻、运行压力、盐穴高径比等因素对地震载荷作用下盐穴围岩的应力、变形和塑性区体积以及安全系数动态响应规律的影响,并和单个溶腔进行对比,提出了相应的控制措施。(4)研究了地震载荷作用下储气库套管柱的受力情况。针对盐岩地层中套管外挤载荷反分析计算方法中的G-N-M算法提出了改进措施,将随机有限元中采用的直接求偏导数方法引入盐岩地层中套管外挤载荷反分析问题求解中,代替了传统G-N-M方法中采用的差分法求偏导数,并对某盐岩地层中套管外挤载荷进行了求解。改进后的G-N-M算法在套管外挤载荷计算过程中具有较高的计算精度,大大减少了迭代计算次数,提高了计算效率。建立我国某多夹层盐岩储气库套管柱受力计算的二维和三维数值模型,分析了套管柱外挤载荷变化规律,揭示出盐岩地层中套管柱挤毁破坏机理,并研究了夹层倾角、夹层与盐岩层摩擦系数和夹层厚度等参数对多夹层盐岩地层中套管柱受力和变形的影响规律。研究认为,水泥环的存在对盐岩地层中套管柱安全和优化套管柱受力状态有利。