凸包型仿生耦合金刚石钻头模拟分析

研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石钻头性能的影响。对比分析了4种不同非光滑度状况下,钻头在一定的钻压作用下在岩石表面产生滑动摩擦的过程。主要分析了该过程中岩层的等效应力、钻头底唇面的接触摩擦应力和接触压力的变化规律。研究发现,凸包型非光滑表面在一定程度上可以提高钻头的使用寿命和钻进效率。     

流固耦合作用下水平定向孔壁稳定性分析

孔壁失稳是目前水平定向钻进工程中经常遇到的一个实际问题,尤其是在地表的第四纪松散地层中钻进孔壁失稳更是屡见不鲜,严重影响工程施工。针对以往研究中没有考虑渗流场对孔壁稳定性的影响问题,本文在Biot固结理论的基础之上,建立了应力场和渗流场耦合数学模型,采用有限元方法对所建立的模型进行求解。通过对某一水平定向钻进孔壁稳定性进行数值模拟,分析了在流固耦合作用下地层孔隙压力、有效应力和位移的变化规律,并分析了在不同的冲洗液压力下,地层沉降情况。研究发现,在定向钻进过程中,流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为钻进过程中避免孔壁失稳,合理选择冲洗液及冲洗液压力提供理论依据。     

乌东德右岸导流洞进口开挖方案评价与优化

乌东德水电站右岸3、4号导流洞进口段为薄层的大理岩化白云岩,并且存在大断层,地质条件较差。同时,由于导流洞施工具有开挖断面大、边墙高及中隔墙薄等特点,隧洞开挖过程中存在局部垮塌的隐患。在该区域选取了4个典型断面,借助数值模拟手段,在既有的支护方案下对比了导流洞进口段Ⅱ、Ⅲ层先左侧后右侧及先右侧后左侧开挖方式下各典型断面的松弛深度、位移、最大主应力及最小主应力的分布情况,同时给出了两种开挖方式下监测点处的位移增量情况。分析结果表明,先左后右的开挖方案更优。同时,受断层及Ⅴ类围岩的影响,3、4号导流洞中隔墙区域处于极不稳定的状态,应施加对穿锚索支护。现场开挖实践表明,采用先左后右的开挖方案并在3、4号导流洞中隔墙区域进行对穿锚索的加强支护保证了围岩的稳定性。      

长距离顶管工程中注浆减摩作用机理及效果分析

长距离顶管施工中除了克服迎面阻力外,尚需克服巨大的侧面摩擦阻力,故直接顶进非常困难。探讨了利用膨润土泥浆注浆以减小顶进阻力的技术。对注浆材料的结构、注浆工艺和减摩机理进行了较为系统的阐述,并结合工程实例对长距离顶管中顶进力的理论值与实际值做了比较。结果表明,注浆减摩效果十分明显。该技术值得在实际工程中推广应用。