爆炸作用下井筒冻结基岩段冻结管及围岩振动响应规律研究

发布时间：2020-02-07 15:15

【摘要】：随着钻爆法技术在富水冻结岩层井筒建设中的应用,爆炸作用不可避免的会对井筒冻结基岩段冻结管以及周围围岩造成振动影响,经常会出现爆炸作用使得冻结管发生断裂的现象,给井筒施工带来重大安全问题。因此,深入研究爆炸作用下井筒冻结基岩段冻结管及围岩的振动响应规律,对于确保井筒施工的安全和加快井筒的施工进度具有非常重要的理论指导意义和工程应用价值。本文以具体工程为背景,运用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的研究方法,对爆炸作用下井筒冻结基岩段冻结管及围岩的振动响应规律进行研究。首先,应用应力波基本理论,分析了爆炸应力波在岩石中的传播与衰减规律,分析了平面纵波在冻结管及围岩接触面处的反射、折射和散射规律,获得了冻结管及围岩的应力场和位移场的复数表达式。其次,通过负温饱水砂岩的单轴压缩试验,开展了负温饱水砂岩的力学性能试验研究,获得了负温饱水砂岩的基本力学参数,为数值模拟提供理论参数,结果表明:负温饱水砂岩的单轴抗压强度和弹性模量随着温度的降低而不断增大;负温饱水砂岩的泊松比随着温度的降低而不断降低。最后,通过数值模拟方法,研究了不同起爆药量、冻结管距爆源的不同距离和不同冻结温度下井筒冻结基岩段冻结管振动响应规律及围岩的振动响应规律,结果表明:冻结管的不同参考位置(迎爆面中心、垂直面中心和背爆面中心)质点径向振动速度大于切向振动速度,单元最大拉应力大于最大压应力;冻结管的不同参考位置(迎爆面中心、垂直面中心和背爆面中心)质点振动速度和单元最大主应力随着冻结温度的降低而减小,随着起爆药量的增大而增大,随着距爆源距离的增大而减小;冻结管周围围岩的质点径向振动速度大于切向振动速度,单元的最大拉应力大于最大压应力,由于冻结管的存在,使得围岩的质点振动速度和单元最大主应力变化规律受到一定影响。
【图文】：

砂岩,试样,水箱,吸水法

图 3-1 砂岩试样图Figure 3-1 Sandstone sample切割机上切割好的试样在端面打磨机上进打磨试样，使加工好的试样满足尺寸精度要岩石物理力学性质测定方法（GB/T2356.1-然吸水法来制作饱水试样，首先往水箱中注一处，然后每间隔两个小时再注水一次，注终液面高度高出试样顶部 1cm-2cm 左右。的质量。每隔 24h 称重一次，直到试样前后将饱水试样放入低温养护箱养护 48h。中国矿业大学力学实验室完成。试验需要的尺，，精度为 0.01g 的电子天平秤，水箱。制箱。

岩石力学,伺服,试验系统

（3）操作界面图 3-2 TAW2000 岩石力学伺服试验系统gure 3-2 TAW2000 rock mechanics servo experimental sy石力学伺服试验系统主要性能参数如下所示：向试验力：2000kN。1000MPa。隙水压：60MPa。量范围：0-10mm（轴向）、0-5mm（径向）。精度：-1%-+1%。量精度：-1%-+1%。度范围：满度/60-100000s。轴压缩试验 (Uniaxial Compression 饱水砂岩的单轴压缩试验实质上就是饱水砂岩
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD262

【参考文献】