井壁约束内壁治理方法的力学分析

第16卷第6期 2007年6月中 国 矿 业C HINA M INING MAGAZINEVo l.16,N o.6June 2007深立井井壁结构设计中存在问题及解决对策*经来旺 何杰兵 张宏学(安徽理工大学,安徽淮南232001)摘 要:文章的主要目的是指出目前深立井井壁结构设计中存在的问题、该方面研究的现状,同时给出了解决的对策。

文章明确了挡土墙平面地压公式和重液理论计算公式,在井壁结构设计中的存在问题,指出了表土沉降过程中立井次生地压的存在,井壁破裂的力学机理等内容,最后从改变井壁受力状态角度给出了井壁结构优化的对策。

关键词:深立井 次生地压 井壁结构 井壁破裂 结构优化中图分类号:T D265 文献标识码:A 文章编号:1004-4051(2007)06-0066-03Problem in Structure Design of Shaft Lining inDepth Soil and Countermeasu reJIN G L ai w ang H E Jie bing ZH AN G H o ng xue(A nhui U niveisity o f Science and T echnolo gy ,H uainan 232001,China)Abstract:T he purpose of this paper is to point the resea rch status and the pro blem ex isting in structure design of shaft in depth soil at the present time,and pr esent countermeasure.T he problem of w hen retai ning w all plain g round pressure fo rmula and heavy liquid t heo ry for mula a re applied in structure design of shaft in dept h soil are confirmed.T he seco ndary g ro und pr essure of ver tical shaft is pointed t o exist in sedi mentation of so il.T he rupture mechanism of shaft lining is explained.F inally,t he countermeasur e of opti mizatio n design of shaft lining str ucture is presented accor ding to the theor y of str ess state.Key words:depth v ertical shaft secondar y g ro und pressur e shaft lining structure shaft lining rup ture str ucture o ptimizat ion收稿日期:2007-03-18*基金项目:安徽省教育厅资助项目,项目编号:2006KJ004B;安徽理工大学博士基金资助项目作者简介:经来旺(1964 ),江苏南京人,博士,教授.主要研究方向:地下工程结构。

现场凿井施工中的岩石力学分析在现场凿井施工中，岩石力学分析是一个重要的环节。

它不仅关乎施工安全，还与油气勘探与开发效果密切相关。

下面将从工程需求、岩石力学参数、施工工艺等方面进行探讨，以期深入了解现场凿井施工中的岩石力学分析。

首先，现场凿井施工的需求对岩石力学分析提出了明确的要求。

在油气勘探和开发过程中，凿井是一个至关重要的步骤。

岩石力学分析可以帮助工程师了解井眼的稳定性、钻头与岩石的接触状态以及井壁的稳定性等问题。

通过这些分析，工程师可以制定相应的施工方案，提高凿井效率和安全性。

其次，在岩石力学分析中，确定岩石力学参数是关键步骤之一。

岩石力学参数是指反映岩石力学性质的一系列物理量，包括岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等。

这些参数的准确性对于分析岩石的变形和破坏行为具有重要意义。

根据实际的岩石样品和实验数据，工程师可以通过试验和经验公式等方法来确定这些参数，在施工过程中提供重要的参考依据。

然而，由于工程现场环境的复杂性和样本的有限性，确定岩石力学参数并非易事。

岩石力学参数的测定需要大量的试验数据和经验总结，并且还需要考虑到地层的非均质性和非线性行为。

因此，工程师在岩石力学分析中需要综合考虑多个因素，并灵活应用不同的方法和工具。

在进行岩石力学分析时，需要考虑到施工工艺对岩石力学影响的因素。

凿井施工中，涌泉、塌陷、崩塌等都与岩石力学特性密切相关。

岩石的强度、应力状态、孔隙压力等参数会随着施工过程的不断推进而发生变化，这对凿井施工的安全性和有效性产生了直接影响。

为了充分考虑施工过程中的岩石力学特性，工程师常常采用数值模拟的方法。

数值模拟是一种基于计算机技术的分析手段，可以用来模拟岩石在不同应力状态下的力学响应。

通过建立合适的物理模型和边界条件，工程师可以模拟施工过程中的各种岩石行为，预测潜在的问题，并及时采取相应措施以提高施工效果。

此外，在现场凿井施工中，岩石力学分析还与凿井液的选择密切相关。

第38卷第2期 中国矿业大学学报 V ol.38N o.22009年3月 Journal o f China U niv ersity of M ining &T echnolog y M ar.2009收稿日期:2008 04 22基金项目:国家自然科学基金重点项目(50534040)作者简介:周 扬(1982 ),男,江苏省扬州市人,博士研究生,从事井筒治理、冻土物理学方面的研究.E mail:tod2006@ Tel:0516 ********井壁约束内壁治理方法的力学分析周 扬1,周国庆1,梁化强2(1.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室建筑工程学院,江苏徐州 221008;2.安徽建筑工业学院土木工程学院,安徽合肥 230022)摘要:为了研究约束内壁法对特殊地层条件下井筒的治理效果,应用空间轴对称弹性理论建立了相应力学模型的受力分析方法.获得了井壁处于约束治理条件下的圣维南解,计算了某实际井筒在不同大小约束力作用下治理前后的相当应力变化.结果表明:井壁内侧的相当应力在治理前远大于外侧,治理后获得较大程度的减少,沿径向的相当应力曲线逐渐趋于水平;随着约束力增大,约束段内缘附近各点的相当应力减小.约束内壁方法通过提高井壁内缘这一薄弱环节的安全性,达到了增强井壁整体抗破坏能力的目的;约束段内缘附近的治理效果随约束力增大而越佳.关键词:立井;特殊地层;T impe 通解;井筒治理;约束内壁中图分类号:TD 265 3+2文献标识码:A文章编号:1000 1964(2009)02 0197 06M echanical Analysis of a Restricting Inside L iningU sed in the Shaft Curing M ethodZH OU Yang 1,ZH OU Guo qing 1,LIANG H ua qiang 2(1.Stat e K ey Labor ator y fo r Geo mechanics and Deep U nderg round Engineer ing,School of A rchitecture &Civil Eng ineering ,China U niver sity o f M ining &T echno log y,Xuzhou,Jiang su 221008,China; 2.Civ il Eng ineer ing School,A nhui U niversit y of Ar chitectur e,H ef ei,A nhui 230022,China)Abstract:T he effect of using a r estricting inside lining during shaft cur ing in special strata w as studied.A mechanical m odel str ess analy sis technique w as developed based on three dim ensio n al ax isym metric elastic theo ry.The Saint Venant solution,and the equiv alent stresses,in a r e al shaft befo re and after r estriction w ere o btained.The results show that befo re restriction the equivalent stress of the inner shaft is far larg er than the stress in the outer part.Inner shaft stress is greatly reduced by restriction.By improving the security of the inner shaft,w hich is the m ost frag ile part of the structure,the security of the entire shaft is effectively enhanced.The curing effect near the r estr icted inner shaft is g radually improved as the restricting pres sur e increases.Key words:shaft;special strata;T impe so lution;shaft curing;restricting inside lining 最近二十几年,华东地区许多立井井壁相继出现破裂,给矿井安全生产带来了严重的威胁,给国家经济利益带来了巨大的损失[1].认识到井壁破裂的危害,研究人员加强了井壁结构承载力、变形等的现场监测及室内试验工作[2 4],并针对井壁破裂的机理,提出了不同的假说,其中竖直附加力理论普遍得到了业内专家的认可.该理论可以表述为:特殊地层含水层因开采等活动而疏水,造成水位下降,土层有效应力增大、固结压缩,引起上覆土体下沉.土体在沉降过程中与井壁相互作用,施加于井中国矿业大学学报 第38卷壁外表面一个附加力系.该力增长到一定值时,混凝土井壁因不能承受而遭破坏[5].认清特殊地层条件下井壁破裂的机理,许多专家提出了一系列井壁破坏治理措施,形成了以 抗 、 让 、 减 为主的治理技术路线[6],由此开发的井壁破裂治理方法包括有加套井壁法、开卸压槽法、壁后注浆、地层注浆加固等.约束内壁治理方法[7 9]是近年提出的一种新方法,该法的基本思想是,以特制锚杆带动压板等方式向井筒内壁施加一定的约束力,改善井壁内部的应力分布状态,以达到治理井壁的目的.本文针对约束内壁法治理井筒这一工程问题,从空间轴对称问题的弹性理论出发,获得了井筒约束治理前后的应力解答.并针对实际条件下的井筒给出算例,分析约束治理的机理及约束力大小对治理效果的影响.1约束治理条件下井壁应力边界考虑施工完成后的井筒,井壁采用约束内壁方法治理,图1为该应力边界下井壁受力示意图,井筒内半径为r 1,外半径为r 2,长为2L ,图1中f (z ),g(z ),p (z )分别为内壁约束力、侧向土压力、竖直附加力,N (r )为端部法向荷载,M 为井壁自重.边界条件可以表示为下式[9]r =r 1, r =f (z ), r z =0,r =r 2, r =g(z ), rz =p (z ),z =L ,z =0, zr =0,z =-L, z =N (r ), zr =0.(1)图1 井壁受力示意F ig.1Shaft lining under for ce为了进行求解,将式(1)中相应应力边界展开为Fo urier 级数如下f (z )=f 0+!∀n=1f n c co s n z L +f n s sin n z L ,(2)g(z )=g 0+!∀n=1g n c cos n z L +g n s sin n z L ,(3) p (z )=p 0+!∀n=1p n c co s n z L +p n s sin n z L,(4)式中:f 0,g 0,p 0分别为应力边界函数f (z ),g(z ),p (z )的Fo urier 级数的常数项部分;f n s ,f n c ,g n s ,g n c ,p n s ,p n c 分别为其Fourier 级数的第n 项正弦及余弦系数.2基于Timpe 解的井壁轴对称应力分析2 1考虑自重作用的一组特解参考文献[10]中的特解易求得一组考虑自重作用的应力解答(0)r =r 22/r 2-1r 22/r 21-1f 0+1-r 21/r 21-r 21/r 22g 0,(0)!=-r 22/r 2+1r 22/r 21-1f 0+1+r 21/r 21-r 21/r 22g 0, (5)(0)z=-2r 2p 0r 22-r 21z +∀z , (0)rz =r 2p 0r 22-r 21r -r 21r ,式中:∀为井壁混凝土材料的容重.该应力解答对应的内外侧边界条件为内侧法向f 0,外侧法向g 0,切向p 0,即侧面边界式(2)~(4)中的常数部分.2 2 Fourier 级数部分侧面边界的求解下面考虑式(2)~(4)中Fourier 级数部分侧面边界的求解,传统的井筒变形分析是在Love 通解的基础上采用双重级数展开法进行的[10],本文采用空间轴对称问题的T im pe 通解,仅应用Fo u rier 级数展开,计算相对较简洁,T impe 通解如下[11]u =T *-14(1-v) (T 0+rT *)r,w =-14(1-v ) (T 0+rT *) z,(6)其中T *,T 0满足(!2-1/r 2)T *(r ,z )=0,!2T 0(r ,z )=0,(7)!2= 2/ r 2+ /r r + 2/ z 2是轴对称调和算子,u,w 分别为径向、轴向位移,v 为泊松比.采用分离变量法求解式(7),选择如下级数形式的位移函数T*(r ,z )=!∀n=1I1(#n r )[A *n sin (#n z )+B*n cos (#n z )]+K 1(#n r )[C *n sin (#n z )+D *n co s (#n z )],(8)T 0(r,z )=!∀n =1I 0(#n r )[A 0n sin (#n z )+B 0n cos (#n z )]+K 0(#n r )[C 0n sin (#n z )+D 0n cos (#n z )],(9)式中:#n =n /L ,n =1,2,3,#;A *n ,B *n ,C *n ,D *n ,A 0n ,B 0n ,C 0n ,D 0n 为待定系数,通过边界条件来确定;I 0,I 1,K 0,K 1分别为零阶、一阶第一、二类变198第2期 周扬等:井壁约束内壁治理方法的力学分析形Bessel 函数.将式(8),(9)代入式(6),并利用空间轴对称问题的几何方程、本构关系(限篇幅,不罗列)得到r 2G=!∀n=1sin (#nz )[A*n a *rn 1(r )+C *n a *rn 3(r)+ A 0na 0rn 1(r)+C 0na0r n 3(r )]+!∀n=1cos (#nz )[B*n a*rn 2(r)+D *n a *rn 4(r)+B 0n a 0rn 2(r )+D 0n a 0rn 4(r )],(10) !2G=!∀n=1sin (#nz )[A*na *!n 1(r )+C *n a *!n 3(r)+A 0n a 0!n 1(r)+C 0n a 0!n 3(r )]+!∀n=1co s (#nz )[B*n a *!n 2(r)+D *na *!n 4(r)+B 0na 0!n 2(r)+D 0na 0!n 4(r )],(11)z2G=!∀n=1sin (#nz )[A *na *zn 1(r )+C *n a *zn 3(r )+A 0n a 0z n 1(r)+C 0n a 0zn 3(r)]+!∀n=1cos (#nz )[B*na*zn 2(r)+D *n a *zn 4(r)+B 0n a 0z n 2(r )+D 0n a 0zn 4(r)],(12)rz G=!∀n =1sin (#nz )[B*nb *n 2(r )+D *n b *n 4(r )+B 0nb 0n 2(r)+D 0nb 0n 4(r)]+!∀n =1cos (#nz )[A*nb *n 1(r )+C *nb *n 3(r )+A 0n b 0n 1(r)+C 0n b 0n 3(r )],(13)式中 G 为剪切模量;a *rn 1(r)=a *rn 2(r)=k 1d I 1(#n r )/d r -k 2d 2(rI 1(#n r ))/d 2r +k 3I 1(#n r )/r -k 4d (rI 1(#n r ))/r d r +k 4#2n r I 1(#n r );a *rn 3(r )=a *rn 4(r)=k 1d K 1(#n r )/d r -k 2d 2(rK 1(#n r ))/d 2r +k 3K 1(#n r )/r -k 4d (rK 1(#n r ))/r d r +k 4#2n rK 1(#n r );a 0rn 1(r)=a 0rn 2(r)=-k 2d 2I 0(#n r )/d 2r +k 4#2n I 0(#n r )-k 4d I 0(#n r )/r d r ;a 0rn 3(r )=a 0rn 4(r)=-k 2d 2K 0(#n r )/d 2r +k 4#2nK 0(#n r )-k 4d K 0(#n r )/r d r ;a*zn 1(r)=a *zn 2(r )=k 3d I 1(#nr )/d r -k 4d 2(rI 1(#n r ))/d 2r +k 3I 1(#n r )/r -k 4d (rI 1(#n r )/r d r +k 2#2n r I 1(#n r );a *zn 3(r )=a *z n 4(r )=k 3d K 1(#n r )/d r - k 4d 2(rK 1(#n r ))/d 2r +k 3K 1(#n r )/r -k 4d (rK 1(#n r ))/r d r +k 2#2n rK 1(#n r );a 0zn 1(r )=a 0zn 2(r )=-k 4d 2I 0(#n r )/d 2r - k 4d I 0(#n r )/r d r +k 2#2n I 0(#n r );a 0zn 3(r )=a 0z n 4(r )=-k 4d 2K 0(#n r )/d 2r -k 4d K 0(#n r )/r d r +k 2#2n K 0(#n r );a *!n 1(r )=a *!n 2(r)=k 3d I 1(#n r )/d r +k 1I 1(#n r )/r -k 4d 2(rI 1(#n r ))/d 2r -k 2d (rI 1(#n r )/r d r +k 4#2n r I 1(#n r );a *!n 3(r )=a *!n 4(r)=k 3d K 1(#n r )/d r +k 1K 1(#n r )/r -k 4d 2(rK 1(#n r ))/d 2r -k 2d (rK 1(#n r )/r d r +k 4#2n r K 1(#n r );a 0!n 1(r )=a 0!n 2(r)=-k 4d 2I 0(#n r )/d 2r -k 2d I 0(#n r )/r d r +k 4#2n I 0(#n r );a 0!n 3(r )=a 0!n 4(r)=-k 4d 2K 0(#n r )/d 2r +k 4#2n K 0(#n r )-k 2d K 0(#n r )/r d r ;b *n 2(r)=-b *n 1(r)=-#n I 1(#n r )+k 5#n d (rI 1(#n r ))/d r;b *n 4(r)=-b *n 3(r)=-#n K 1(#n r )+k 5#n d (rK 1(#n r ))/d r ;b 0n 2(r)=-b 0n 1(r)=k 5#n d I 0(#n r )/d r;b 0n 4(r)=-b 0n 3(r )=k 5#n d K 0(#n r )/d r;k 1=(1-v)/(1-2v);k 2=1/4(1-2v);k 3=v /(1-2v);k 4=v/[4(1-v )(1-2v)];k 5=1/2(1-v).将式(10)~(13)式在内外侧面取值,并与边界条件式(2)~(4)中比较,通过对比Four ier 系数建立式(8)~(9)中待定系数的线性方程组如下+C *n a *rn 3(r 1)+A 0n a 0rn 1(r 1)+)=f n s /2G,+C *n a *rn 3(r 2)+A 0n a 0rn 1(r 2)+)=g n s /2G,+C *n b *n 3(r 1)+A 0n b 0n 1(r 1)+)=0,+C *n b *n 3(r 2)+A 0n b 0n 1(r 2)+)=p n c /G,(14)199中国矿业大学学报 第38卷B*n a*r n2(r1)+D*n a*rn4(r1)+B0n a0rn2(r1)+D0n a0rn4(r1)=f n c/2G,B*n a*r n2(r2)+D*n a*rn4(r2)+B0n a0rn2(r2)+D0n a0rn4(r2)=g n c/2G,B*n b*n2(r1)+D*n b*n4(r1)+B0n b0n2(r1)+D0n b0n4(r1)=0,B*n b*n2(r2)+D*n b*n4(r2)+B0n b0n2(r2)+D0n b0n4(r2)=p n s/G,(15)式中:n=1,2,3,#.联立求解式(14)~(15)就可以获得式(8)~(9)中的待定系数,将系数代入式(10)~(13)中即获得满足式(2)~(4)中Fo urier 级数和部分侧面边界的一组应力解答,将该组应力解答记为 (1)z, (1)!, (1)r, (1)rz.2 3 圣维南解的获得将2 1至2 2中的解叠加就可以获得一组考虑自重,满足侧面边界条件的应力解答(以下称侧面解答),由于上述建立方程的过程中仅考虑了重力及侧面边界,因而侧面解答在端部一般不能严格满足式(1)中的后2个式子,下面通过该组侧面解答获得一组圣维南解.首先,由于端部剪应力是轴对称的,因而侧面解答其端部剪应力与边界条件式(1)中静力等效.对于端部的正应力条件,参考文献[12]中的方法,叠加上一组均匀分布端部力作用下的特解,使上端面的正应力静力等效于0,该组特解的形式为(2)z=Q, (2)r=0, (2)!=0, (2)rz=0,(16)式中 Q为常数,因为叠加上特解(16)后上端面的正应力静力等效于0,所以有∃r2r1[Q+ (0)z(r,L)+ (1)z(r,L)]2r d r=0,于是Q=∃r2r1[- (0)z(r,L)-(1)z(r,L)]2r d r/(r22-r21).(17) 利用竖向平衡关系容易证明侧面解答叠加上解(16)后下端部正应力条件静力等效于N(r),因此该叠加后的解答即为满足边界条件式(1)的圣维南解.3约束治理算例分析现以华东地区某矿井及文[2]对该井附加力模拟试验研究的结果为依据,针对该井筒的约束内壁治理,应用上述弹性解,分析约束法治理的机理及约束力大小对治理效果的影响.3 1 井筒概况及外荷载井筒内半径r1=3 25m,外半径r2=4 45m,表土段长为240m;井壁材料为350#钢筋混凝土,材料容重为0 024M N/m3,弹性模量为30GPa,泊松比为0 21.文献[6]对于井壁所受水平地压的计算公式进行了评述,指出目前对于深部土的地压认识较少,只有应用经验公式(18),尚能够服务于一定的工程.P h=K H,(18)式中:P h为水平地压,M Pa;K为侧压力系数,一般取0 011~0 013M Pa/m;H为深度,m.该井田被厚约240m的第四系表土层所覆盖,整个表土段中各类黏土约占70%,文献[2]对其竖直附加力进行了模型试验研究,指出随时间变化的附加力其竖向的分布可近似用分段的线性函数来描述.在浅部,单位侧面积附加力随深度的增加而直线增加,在中深部,则随深度增加而逐渐减小[13].其公式表示为f n(H)=∃H/H c#(H-H c)+∃(0%H%H c),(H c%H%240),(19)式中:f n为竖直附加力大小,MPa;H c为附加力拐点参数,文献[13]给出H c=6&2r2=53 4m;#,∃为附加力线性分布系数,随时间变化,取文献[2]模拟试验中该矿井壁破坏时刻的试验数据[13]#=-0 245kPa/m,∃=64kPa,(20) 此时侧压力系数K为0 0118.现采用约束内壁法治理该井筒180~220m 段,相关工艺见文献[9],采用了3组不同的约束力,分别为均布P i=0 3,0 5,0 7MPa.3 2 约束治理机理及效果分析为了分析约束前后的治理效果,需要应用第四强度理论,其相当应力为r4=12[( 1- 2)2+( 2- 3)2+( 1- 3)2].(21) 通过3 1中给出的井筒约束治理时的外荷载,对坐标系及弹性力学符号作转换后即可得到形如式(1)的边界条件,如下f(z)=-P i(-100%z%-60),(z<-100;z>-60),(22)g(z)=-K(L-z),(23)p(z)=-f n(L-z).(24) 应用2节中的方法可以获得约束治理条件下的应力解答,再通过式(21)即获得井壁各处的相当应力.200第2期 周扬等:井壁约束内壁治理方法的力学分析图2为深200m 处相当应力在不同约束力条件下沿径向的变化曲线,图中r =3 25为井壁内侧,从该图可以看出,在约束治理前(0M Pa),井壁内侧相当应力远大于外侧,因而井壁内缘的稳定性不如外缘,约束治理后的曲线表明,井壁在治理后内缘附近的相当应力得到较大程度的减少,且随着约束力的增大,沿径向的相当应力曲线逐渐趋于水平,井壁内缘的安全性逐渐与外缘相匹配.井壁内缘附近约束前处于两向受压状态,是井壁安全性的薄弱环节,约束治理后其受力状态转变为三向受压,这一改变有效的改善了内缘附近的应力分布,提高了井壁内缘的稳定性,约束内壁方法通过改善井壁安全性的薄弱环节,达到了治理井壁的目的.图2 不同约束力时深200m 处 4r 沿径向变化曲线Fig.2Curv es o f 4r along radial dir ect ion for different restr icting pr essure at 200m depth对比图2中不同约束力大小的曲线可以看出,井壁内缘附近相同深度不同半径处,随着约束力的不断增大,其治理效果也在逐渐变佳.图3为半径3 40m 处相当应力在不同约束力条件下沿深度的变化曲线,图中曲线2~4表明,约束段内缘附近同半径不同深度处,治理效果也随着约束力的增大而变佳.由此可知,约束力越大,约束段井壁内缘附近的治理效果越佳.图3 不同约束力时半径3 40m 处 4r 沿深度变化曲线F ig.3Curv es o f 4r w ith depth for different restr icting pressure at 3 40m radius1.0M Pa;2.0.3M Pa;3.0.5M Pa;4.0.7M Pa4结论1)对约束内壁法治理井筒这一工程问题的力学模型,综合应用线性叠加原理、T im pe 通解、Fourier 方法等理论获得了井壁在约束治理条件下的一组圣维南解.2)针对某矿井的约束内壁治理给出算例,计算结果表明,井壁内缘附近的稳定性较差,较外缘易产生破坏,约束内壁法治理井筒的机理在于,使较薄弱的井壁内缘由原来的两向受压状态转变为三向受压状态,使其相当应力减小,提高井壁内缘的安全性,从而增强了井壁整体的抗破坏能力;不同约束力大小条件下的对比表明,约束力越大,约束段内缘附近的治理效果越佳.参考文献:[1]吕恒林,崔广心.深厚表土中井壁破裂的力学机理[J].中国矿业大学学报,1999,28(6):539 543.L V H eng lin,CU I Guang x 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深厚表土中圆筒形冻结壁和井壁的力学分析
崔广心
【期刊名称】《煤炭科学技术》
【年(卷),期】2008(036)010
【摘要】为保障深厚表土层中冻结法凿井的冻结壁和竖井井壁 (简称两壁) 在施工和生产中的安全和可靠性,基于深厚表土层中井壁破裂灾害的机理,探讨两壁的力学模型和方程,用解析分析的方法,对井壁三维应力σz,σt,σr的求值及其在强度理论中的位置进行研究.结果表明,表土段井壁要承受自重和竖直附加力,这是深厚表土段井壁发生破裂灾害的主要原因,也是与岩石段井壁受力的根本区别,因而在深厚表土段"两壁"需按三维空间进行设计;必须把竖向应力σz和环向应力σt分别作为控制因素进行设计计算和核算.为减小竖直附加力,在井深大于200 m时,井壁结构设计宜采用井壁竖向可缩装置.
【总页数】5页(P17-21)
【作者】崔广心
【作者单位】中国矿业大学,江苏,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】TD265.3
【相关文献】
1.深厚表土中立井井壁水平地压力计算探讨 [J], 刘金龙;陈陆望;王吉利
2.深厚表土中井壁结构破裂的力学机理 [J], 吕恒林;崔广心
3.深厚表土中井壁解冻应力解答 [J], 付厚利;丁敏
4.深厚表土中竖井井壁的外载 [J], 崔广心
5.深厚表土中钻井法凿井的井壁外载和结构 [J], 崔广心
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西部地区冻结井筒内层井壁力学特性研究的开题报告一、研究背景和意义西部地区是我国重点开展油气勘探和开发的地区之一。

由于该地区的特殊地理、气候条件，很多井筒在冬季容易出现管壁冻结的问题。

这不仅影响了井筒的正常工作，还会对生产和安全产生不良影响。

因此，研究冻结井筒内层井壁的力学特性，对于解决该地区油气勘探和开发中遇到的管壁冻结问题具有重要意义。

二、研究内容和方法本文旨在研究冻结井筒内层井壁力学特性，为解决该地区油气勘探和开发中遇到的管壁冻结问题提供科学依据。

具体研究内容包括以下几个方面：1.冻结井筒内层井壁的物理特性通过野外实验以及现场测量等方法，研究冻结井筒内层井壁的物理特性。

主要考察冻结井筒内层井壁的温度、压力、粘度等特性参数，并对其进行数据分析。

2.冻结井筒内层井壁的力学特性进行模型研究，通过数值模拟、数学统计等方法，研究冻结井筒内层井壁的力学特性。

主要考察井壁的强度、变形等力学参数，并对其进行分析。

3.冻结井筒内层井壁的应力变化规律研究通过力学模型及数值分析等方法，研究冻结井筒内层井壁的应力变化规律。

主要考察井壁的应力变化趋势、分布规律等。

三、预期成果和创新点预期成果：1. 分析冻结井筒内层井壁的物理、力学等特性参数；2. 研究冻结井筒内层井壁的力学特性，并通过数值模拟、数学统计等方法对其进行分析；3. 探究冻结井筒内层井壁的应力变化规律和趋势；创新点：本文的创新点主要体现在以下几个方面：1. 针对西部地区油气勘探和开发中遇到的管壁冻结问题，研究冻结井筒内层井壁力学特性，为解决该问题提供科学依据；2. 通过数值模拟、数学统计等方法，对冻结井筒内层井壁的力学特性进行分析；3. 探究冻结井筒内层井壁的应力变化规律和趋势，提供科学依据和参考。

四、研究计划时间节点：第1年：进行野外实验和现场测量，并对数据进行初步分析；第2年：进行数值模拟和数学统计等方法的研究，对冻结井筒内层井壁的力学特性进行分析；第3年：探究冻结井筒内层井壁的应力变化规律和趋势，并进行总结和发表相关论文。