斜井轴向冻结交圈过程中温度场和冻胀应力变化规律及判定技术研究

发布时间：2017-09-17 18:34

  本文关键词：斜井轴向冻结交圈过程中温度场和冻胀应力变化规律及判定技术研究

  更多相关文章： 斜井冻结 倾斜孔冻结 富水砂层 冻胀力 孔隙水压力

【摘要】：富水砂层冻结壁的封闭性直接关系到后续井筒开挖、井壁浇筑施工的安全性,冻结壁一旦封闭性不佳,严重者可能会引发涌砂甚至淹井的重大工程事故。采用全深轴向斜孔冻结模式的斜井如何判定冻结壁交圈变得尤为重要。对于与水平方向成小角度的倾斜冻结孔,冻结器的下放、盐水的对流换热等均与竖直冻结孔存在很大的差异,会造成冻结温度场、冻胀应力以及交圈判定方法的改变。因此,本论文采用数值模拟和物理试验相结合的方法,基于对富水砂层中沿轴线冻结的斜井冻结温度场和冻胀应力变化规律的研究,提出适用于斜井冻结壁交圈判定的技术,为未来斜井冻结施工提供依据。首先,开展数值模拟研究,参照常用斜井井筒参数设计冻结布孔方案,设定不同的热应变系数,建立了双圈管倾斜孔冻结的三维模型,对典型参数下斜井冻结壁位移场、温度场和冻胀应力的变化规律进行了分析。结合特征点降温过程,对特征点冻结壁交圈前后冻胀应力的变化特点进行着重分析。此外,考虑砂土层含水率、埋深、内外圈管排距、冻结时间等因素对冻结壁位移场和冻胀应力的影响开展研究。其次,根据相似准则,自行设计开展了双圈管倾斜孔斜井冻结工艺性试验研究。模拟了冻结管穿过两个富水砂层的地层条件,对富水砂土层中温度场、冻胀应力、孔隙水压力的变化规律进定性的分析,为斜井冻结壁交圈判定提供依据。最后,将物理试验结果和数值模拟结果进行定性的对比分析,验证两种研究方法的科学性。结合数值模拟和物理试验对冻结壁交圈前后温度、冻胀力和孔隙水压力的变化规律,从现有的冻结壁交圈判定方法、适用性等方面考虑,提出了一种适用于斜井斜孔冻结的交圈判定方法。
【关键词】：斜井冻结 倾斜孔冻结 富水砂层 冻胀力 孔隙水压力
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD31;TD727.2
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-31
• 1.1 问题的提出18-19
• 1.2 国内外研究现状19-29
• 1.3 研究方法和研究内容29-31
• 2 数值模拟研究31-66
• 2.1 有限元方法简介31
• 2.2 ANSYS有限元软件简介31-32
• 2.3 数值计算模型的建立32-35
• 2.4 数值计算参数35-39
• 2.5 数值计算方案39-41
• 2.6 典型参数计算结果分析41-57
• 2.7 单因素计算结果分析57-64
• 2.8 本章小结64-66
• 3 物理试验研究66-97
• 3.0 概述66
• 3.1 模型试验原理介绍66-68
• 3.2 相似准则推导68-70
• 3.3 模化设计70-72
• 3.4 模拟试验系统72-75
• 3.5 监测方案75-78
• 3.6 试验方案和试验过程78-84
• 3.7 试验结果分析84-95
• 3.8 本章小结95-97
• 4 综合性分析97-102
• 4.1 概述97
• 4.2 温度场对比分析97-99
• 4.3 应力场对比分析99-101
• 4.4 本章小结101-102
• 5 结论与展望102-105
• 5.1 主要结论102-103
• 5.2 研究展望103-105
• 参考文献105-108
• 作者简历108-110
• 学位论文数据集110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 周晓敏,王梦恕,陶龙光,杨松山;北京地铁隧道水平冻结和暗挖施工模型试验与实测研究[J];岩土工程学报;2003年06期

2 刘为民,何平,张钊;土体导热系数的评价与计算[J];冰川冻土;2002年06期

3 李洪升,刘增利,梁承姬;冻土水热力耦合作用的数学模型及数值模拟[J];力学学报;2001年05期

4 杨平,皮爱如;高流速地下水流地层冻结壁形成的研究[J];岩土工程学报;2001年02期

，

本文编号：871051