压缩气体射流切割破土机理

J4 ›› 2011, Vol. 41 ›› Issue (2): 518-522.

压缩气体射流切割破土机理

张永光|殷琨|王如生|曹丽娜|彭枧明

吉林大学建设工程学院/国土资源部复杂条件钻进技术开放研究实验室/国土资源部地球探测技术与仪器重点实验室|长春130026

收稿日期:2010-05-18 出版日期:2011-03-26 发布日期:2011-03-26
作者简介:张永光(1982-)|男|山西岢岚人|博士研究生|主要从事多工艺冲击回转钻进技术研究|E-mail:zhangyg08@jlu.edu.cn
基金资助:
吉林省科技厅项目（20080451）；中国地质调查局地质大调查项目（1212010816018）

Cutting-Ground-Breaking Mechanism of Compressed-Air-Jet

ZHANG Yong-guang, YIN Kun, WANG Ru-sheng, CAO Li-na, PENG Jian-ming

College of Construction Engineering/Laboratory of Technology for Drilling under Complex Condition of Ministry of Land and Resources/ Key Laboratory of Geodetection Technology &|Instrumentation of Ministry of Land and Resources, Jilin University|Changchun130026, China

Received:2010-05-18 Online:2011-03-26 Published:2011-03-26

摘要/Abstract

摘要：

压缩气体射流切割破土机理既是气力喷射反循环钻孔技术的基础也是其重要的理论依据，而气力喷射反循环钻孔技术又是一项高效环保的软地层钻进技术，所以压缩气体射流切割破土机理研究对于气力喷射反循环钻孔技术有重要意义。首先，应用CFD软件模拟,得出8 mm直径喷孔切割能力为2.868×10³ kPa，与单喷孔地秤实验得到的2.468×10³ kPa拟合较好，其值都远远大于软地层破坏强度；其次,通过LS-DYNA模拟可知单次喷射18 μs时的切割深度约为2.23 mm；最后,用CFD软件分析得到土体微裂隙断裂压力分布图及气体流速图。结果表明，压缩气体射流切割破土机理为：压缩气体沿薄弱环节进入孔隙和微裂隙后急剧膨胀，在恢复到钻孔围压过程中继续膨胀、扩张，同时在反循环抽吸力的共同作用下使土体结构破坏、断裂脱离母体;符合土体微裂隙断裂原理。

关键词: 气力喷射, 破土机理, 数值模拟, 试验

Abstract:

Cutting-ground-breaking mechanism of compressed-air-jet is the technical and theoretical basis of the reverse circulation constant sampling and compressed air spurting drilling technology. The reverse circulation constant sampling and compressed air spurting drilling technology are efficient and environmentally protective drilling technologies of soft ground. So it is important to the research of cutting-ground-breaking mechanism of compressed-air-jet on the reverse circulation constant sampling and compressed air spurting drilling technology. First, the cutting ability of jet is 2.868×10³ kPa in the diameter of 8 mm by CFD software analysis. It is the same as the result of weighbridge method 2.468×10³ kPa, and it is larger than the breaking strength of soft ground. Secondly, the depth is 2.33 mm in 18 μs when using one jet by analysis of LS-DYNA. It applies the theoretical basis of the air spurting drilling. Finally, the pressure distribution of inside of soil body and the contour of air velocity is obtained by CFD software analysis. The results show that cutting-ground-breaking mechanism is divided into three steps artificially. First compressed-air expands sharply after entering into fissuring and microfissuring of soil body. Then the air continues expanding and outspreading during gaining confining pressure of drill. Finally soil body is broken and broken away from matrix as the result of reverse circulation suction force. It fits with the fault principle of soil micro-fissuring.

Key words: pneumatic-injection, ground-breaking mechanism, numerical analysis, experiment

中图分类号:

TE242.7

张永光, 殷琨, 王如生, 曹丽娜, 彭枧明. 压缩气体射流切割破土机理[J]. J4, 2011, 41(2): 518-522.

ZHANG Yong-guang, YIN Kun, WANG Ru-sheng, CAO Li-na, PENG Jian-ming. Cutting-Ground-Breaking Mechanism of Compressed-Air-Jet[J]. J4, 2011, 41(2): 518-522.

参考文献

相关文章 15

[1]	苟富刚, 龚绪龙, 王光亚. 连云港海相软土不排水强度特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(4): 1165-1173.
[2]	殷长春, 杨志龙, 刘云鹤, 张博, 齐彦福, 曹晓月, 邱长凯, 蔡晶. 基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(3): 872-880.
[3]	阮大为, 李顺达, 毕亚强, 刘兴宇, 陈旭虎, 王兴源, 王可勇. 内蒙古阿尔哈达铅锌矿床构造控矿规律及深部成矿预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(6): 1705-1716.
[4]	洪勇, 车效文, 郑孝玉, 刘鹏, 周蓉. 陕西泾阳南塬滑坡干湿黄土快速大剪切力学特性[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(4): 1207-1218.
[5]	谭家华, 雷宏武. 基于GMS的三维TOUGH2模型及模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(4): 1229-1235.
[6]	尹崧宇, 赵大军, 周宇, 赵博. 超声波振动下非均匀岩石损伤过程数值模拟与试验[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(2): 526-533.
[7]	姜艳娇, 孙建孟, 高建申, 邵维志, 迟秀荣, 柴细元. 低孔渗储层井周油藏侵入模拟及阵列感应电阻率校正方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(1): 265-278.
[8]	兰凯, 刘香峰. 钻柱恶性振动识别与抑制技术研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(1): 203-214.
[9]	刘兰兰, 李鸿儒, 常秋影, 李晓乐, 王洪宇, 赵传海. 非饱和土增湿变形的实用计算方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(6): 1790-1798.
[10]	洪勇, 岳玉秋, 郑孝玉, 车效文, 刘鹏. 大连滨海粉质黏土剪切力学特性环剪试验[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(5): 1475-1481.
[11]	孙建国. 高频渐近散射理论及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用——研究历史与研究现状概述以及若干新进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(4): 1231-1259.
[12]	王常明, 常高奇, 吴谦, 李文涛. 静压管桩桩-土作用机制及其竖向承载力确定方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(3): 805-813.
[13]	钱文见, 尚岳全, 杜丽丽, 朱森俊. 充气位置及压力对边坡截排水效果的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(2): 536-542.
[14]	张婉, 刘英会, 朱卫平, 张玄杰. 大井坡航空地球物理试验场典型剖面综合地球物理解释[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(2): 569-580.
[15]	喻鹏, 马腾, 唐仲华, 周炜. 盆地异常低压系统处置油田污水可行性[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(1): 211-219.

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