Abstract Based on the project background of salt caverns used for oil and gas storage in laminated salt rock, this study examined the combined mode fracture toughness, the fracture pattern, the morphological evolution of fracture surfaces, and the fracture criterion of gypsum interlayers under confining pressure. Series of laboratory tests, including fracture strength tests and scanning electron microscopy tests, were performed at four confining pressures. The results indicate that the failure load of gypsum increased with the increase of confining pressure. By contrast, the failure load of specimens first decreased and then increased with the increase of pre-existing flaw inclination angle. As the confining pressure increased, the residual energy gradually decreased and the brittleness index gradually increased. Although increasing the confining pressure (i.e., 1–7 MPa) shifted the behaviour of a specimen from brittle to ductile, the major failure mechanism still fell within the brittle failure regime. For the case where the confining pressures are 1 MPa and 3 MPa, cleavage fractures characterized by cleavage steps, river lines, and tearing ridges were observed on the surface, indicating that typical brittle failure occurred in the specimens. However, typical ductile failure occurred in the specimens subjected to confining pressures of 5 MPa and 7 MPa. Subsequently, the size of the fracture process zone at varying confining pressures was obtained using a modified maximum tangential stress criterion to optimally fit the experimental results. The results of this study can be used to evaluate the safety of salt caverns in bedded salt formations.

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围压下云营盐穴石膏夹层混合模态断裂韧性变形特征及断裂判据研究

摘要 以层状盐岩储油气盐洞项目为背景，研究围压下石膏夹层的组合模态断裂韧度、断裂模式、断裂面形态演化和断裂准则。 . 在四个围压下进行了一系列实验室测试，包括断裂强度测试和扫描电子显微镜测试。结果表明，随着围压的增加，石膏的破坏荷载增加。相比之下，试样的破坏载荷随着预先存在的缺陷倾角的增加而先降低后增加。随着围压的增加，残余能逐渐降低，脆性指数逐渐升高。尽管增加围压（即 1-7 MPa）使试样的行为从脆性转变为韧性，但主要的破坏机制仍然属于脆性破坏机制。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。, 1-7 MPa) 将试样的行为从脆性转变为韧性，主要破坏机制仍然属于脆性破坏范围。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。, 1-7 MPa) 将试样的行为从脆性转变为韧性，主要破坏机制仍然属于脆性破坏范围。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。1-7 MPa）将试样的行为从脆性转变为韧性，主要破坏机制仍然属于脆性破坏范围。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。1-7 MPa）将试样的行为从脆性转变为韧性，主要破坏机制仍然属于脆性破坏范围。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。主要破坏机制仍属于脆性破坏机制。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。主要破坏机制仍属于脆性破坏机制。在围压为1 MPa和3 MPa的情况下，试样表面出现以解理台阶、河纹和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。试样表面观察到以解理台阶、河线和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。试样表面观察到以解理台阶、河线和撕裂脊为特征的解理断裂，表明试样发生了典型的脆性破坏。然而，典型的延性破坏发生在承受 5 MPa 和 7 MPa 围压的试件中。随后，使用修改后的最大切向应力准则获得了不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。使用修改后的最大切向应力准则来获得不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。使用修改后的最大切向应力准则来获得不同围压下断裂过程区的大小，以最佳地拟合实验结果。本研究的结果可用于评价层状盐层中盐穴的安全性。