在盐岩层中建设盐穴储气库与压缩空气储能电站是我国地下储能领域重点发展方向。在盐穴储气库和压气储能电站运行过程中，随着注采作业的进行，盐穴内部压力呈现周期性升降变化，导致围岩长期承受循环载荷作用（图1）。当前岩石蠕变试验机主要可分为电液伺服蠕变试验机和重力加载蠕变试验机。前者在开展长期蠕变试验时，易受到断电和电子元器件损坏等影响导致试验中断或失败，后者一般只能实现恒定的单轴加载，难以提供连续变化的三轴循环荷载，两种类型的蠕变试验机在开展低频率循环加载蠕变试验时都有明显的局限性。因此，研发新型蠕变试验系统已迫在眉睫。

图1 储能盐穴注气和采气过程示意图

对此，武汉岩土所油气中心科研团队研发了岩石超低频循环荷载蠕变试验系统（图2），该系统由五个主要部分组成：荷载发生系统、三轴压力室、应力应变监测系统、计算机和自动补排油系统。试验系统采用重力驱动式“动静结合”加载技术。通过固定砝码实现恒定静载，可移动砝码生成循环动载，有效突破了传统电液伺服系统和重力加载方式在长周期循环试验中的技术限制。此试验系统具有控制性能好、自动化程度高、试验精度高、稳定性好等诸多优点，最大的优点是在开展长期的蠕变试验中具有极高的稳定性，同时支持自定义循环荷载的波形和循环周期。

图2 岩石超低频循环荷载蠕变试验系统

该系统具有以下功能和特点：

1. 动（循环）静（恒定）结合加载

本系统采用创新的动静结合加载机制，支持恒温恒压蠕变试验、循环轴压蠕变试验、循环围压蠕变试验和循环温度蠕变试验。系统通过优化循环控制效能，集成多种标准荷载波形（如正弦波、三角波等），并支持用户自定义波形配置，可充分满足工程实践与基础理论研究的多样化需求。

2. 高精度大变形监测系统

配备大量程位移传感系统，轴向位移测量范围达75 mm，分辨率优于0.2% F.S。环向位移采用4通道LVDT串联测量技术，单通道量程25 mm，环向总测量范围扩展至100 mm，可精准捕获软岩类材料的大变形特征。

3. 系统可靠性与长期稳定性

基于砝码重力加载原理，彻底规避传统电液伺服系统在长期试验中因断电、电子元件故障或控制软件异常导致的载荷失效风险。低功耗系统设计配合工业级不间断电源（UPS），可确保在72小时断电工况下试验数据连续性与完整性，系统平均无故障时间超过5000小时。

图3 (a)循环周期为1天和7天的低频循环荷载蠕变试验应力曲线; (b) 循环载荷蠕变试验中试样的蠕变曲线

利用该试验系统开展了周期为1天和7天的低频循环荷载蠕变试验，对加载能力、加载稳定性和温控稳定性进行了验证。该试验系统已在江苏淮安盐穴储气库、河南平顶山盐穴储气库等储能工程中成功应用，准确、高效地提供了相关参数，有力支撑了相关工程的设计、施工、运行。

图4 多级循环加载蠕变试验中的应力路径与轴向应变曲线

研究成果发表于一区TOP期刊Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，并申请发明专利2项。研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（52374069）、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（52122403）和中国科学院青年创新促进会项目（Y2023089）等项目资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775525000356

（作者：李银平 董志凯 施锡林）