我國西部地區(qū)全基巖深凍結(jié)井穿越的白堊—侏羅紀(jì)煤系地層,多為泥、鈣質(zhì)膠結(jié)充填的裂隙-孔隙雙重介質(zhì),表現(xiàn)為“海綿式”出水特點(diǎn)。其砂巖、礫巖、砂質(zhì)泥巖具有泥質(zhì)膠結(jié)、遇水砂化泥化、遇風(fēng)風(fēng)化、強(qiáng)度較低、可注性差等特點(diǎn)。由此,凍結(jié)壁融化后,基巖凍結(jié)井壁長期承受地下高壓水作用,致使井筒滲漏水屢屢發(fā)生,嚴(yán)重者引發(fā)井壁破損涌水事故。因此,開展凍結(jié)井高強(qiáng)混凝土井壁流固耦合損傷受力機(jī)理及承載力研究,對(duì)解決上述技術(shù)難題具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文通過高強(qiáng)井壁混凝土物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試以及三軸壓縮和滲流試驗(yàn),觀察其受力全過程損傷演化及細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化;基于大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),以環(huán)向應(yīng)變表征其損傷變量,建立其彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系;分析圍壓、損傷變量、主應(yīng)力差與混凝土滲透性之間關(guān)系,運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析方法,獲得混凝土滲透系數(shù)與圍壓、損傷等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式�；谟行�(yīng)力原理,將混凝土視為多孔介質(zhì),引入上述彈塑性損傷本構(gòu)方程,應(yīng)用混凝土統(tǒng)一屈服理論和強(qiáng)度準(zhǔn)則,考慮地下水滲流作用影響,建立高水壓直接作用井壁荷載分析模型,并結(jié)合混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系以及滲透系數(shù)與損傷耦合方程,推導(dǎo)出高壓水作用凍結(jié)井壁流固耦合彈塑性損傷外水壓力解析解,...

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 混凝土滲透性研究現(xiàn)狀
        1.2.2 流固耦合研究現(xiàn)狀
        1.2.3 混凝土滲流損傷本構(gòu)研究現(xiàn)狀
        1.2.4 凍結(jié)法鑿井井壁結(jié)構(gòu)形式的研究現(xiàn)狀
        1.2.5 井壁極限承載力研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容
    1.4 主要研究方法與技術(shù)路線
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技術(shù)路線
2 凍結(jié)井壁高強(qiáng)混凝土配制及主要物理力學(xué)性能試驗(yàn)
    2.1 凍結(jié)井壁混凝土的配制
        2.1.1 井壁混凝土配制原則
        2.1.2 井壁混凝土原材料
        2.1.3 高強(qiáng)井壁混凝土配合比設(shè)計(jì)
    2.2 高強(qiáng)混凝土物理力學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.2.1 試樣制備
        2.2.2 試驗(yàn)裝置平臺(tái)
        2.2.3 試驗(yàn)方案
    2.3 高強(qiáng)混凝土物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果與分析
        2.3.1 單軸壓縮試驗(yàn)
        2.3.2 三軸壓縮試驗(yàn)
        2.3.3 混凝土孔隙率測(cè)定
    2.4 本章小結(jié)
3 井壁混凝土滲透性試驗(yàn)及損傷演化規(guī)律分析
    3.1 混凝土滲透性試驗(yàn)
        3.1.1 試樣制備
        3.1.2 試驗(yàn)設(shè)備
        3.1.3 試驗(yàn)方法與測(cè)試原理
    3.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
        3.2.1 不同圍壓條件下應(yīng)力應(yīng)變-滲透關(guān)系
        3.2.2 混凝土損傷演化與應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系
        3.2.3 圍壓與初始滲透性的關(guān)系
        3.2.4 混凝土損傷演化與滲透性關(guān)系
    3.3 滲透性演化規(guī)律分析
    3.4 混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系
    3.5 本章小結(jié)
4 高壓水作用下高強(qiáng)混凝土井壁流固耦合試驗(yàn)研究
    4.1 井壁結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)
    4.2 高水壓作用下井壁模型試驗(yàn)方案
        4.2.1 井壁模型制備
        4.2.2 模型試驗(yàn)設(shè)備
        4.2.3 傳感器選用與布置方法
        4.2.4 試驗(yàn)加載方式
    4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.3.1 井壁截面應(yīng)變
        4.3.2 井壁截面應(yīng)力
        4.3.3 井壁內(nèi)孔隙水壓力
        4.3.4 井壁破壞特征
    4.4 本章小結(jié)
5 井壁流固耦合損傷受力機(jī)理及承載力研究
    5.1 井壁受力分析模型
        5.1.1 基本假設(shè)
        5.1.2 力學(xué)模型
        5.1.3 混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系
    5.2 井壁應(yīng)力與外水壓力求解
        5.2.1 未損傷區(qū)滲流場
        5.2.2 損傷區(qū)滲流場
        5.2.3 未損傷區(qū)井壁應(yīng)力
        5.2.4 損傷區(qū)井壁應(yīng)力
        5.2.5 井壁外水壓力
    5.3 井壁受外水壓作用過程損傷應(yīng)力演化
        5.3.1 外水壓力與損傷區(qū)半徑關(guān)系
        5.3.2 井壁應(yīng)力及其損傷演化
        5.3.3 孔隙水壓與滲透性關(guān)系
    5.4 高水壓作用井壁承載力分析
        5.4.1 混凝土強(qiáng)度對(duì)井壁承載力影響
        5.4.2 厚徑比對(duì)井壁承載力影響
    5.5 理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析
    5.6 本章小結(jié)
6 井壁模型流固耦合數(shù)值模擬分析
    6.1 高壓水作用下滲流-應(yīng)力耦合機(jī)理
    6.2 高水壓作用下滲流-應(yīng)力耦合數(shù)學(xué)模型
        6.2.1 應(yīng)力場數(shù)學(xué)模型
        6.2.2 滲流場數(shù)學(xué)模型
        6.2.3 耦合方程
    6.3 數(shù)值求解方法
    6.4 計(jì)算模型與參數(shù)
    6.5 計(jì)算結(jié)果與分析
        6.5.1 混凝土井壁應(yīng)力對(duì)比
        6.5.2 混凝土井壁孔隙水壓力對(duì)比
    6.6 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介及讀博期間主要科研成果
    作者簡介
    攻讀博士期間發(fā)表的論文
    攻讀博士期間申請(qǐng)的專利
    主要參與的科研項(xiàng)目



本文編號(hào)：3859231