潜孔锤与冲击钻机联合钻进工艺成孔碎岩过程数值模拟

周柳湘; 余思琴; 陈俊华; 刘城; 陈义; 张鑫鑫

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20240014

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (05) : 1608 -1618. DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240014

潜孔锤与冲击钻机联合钻进工艺成孔碎岩过程数值模拟

周柳湘, 余思琴, 陈俊华, 刘城, 陈义, 张鑫鑫

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摘要

为探究潜孔锤与冲击钻机联合钻进工艺的效果，本文首先基于有限元模拟软件LS-DYNA数值模拟平台，采用HJC岩体本构模型和侵彻分析方法，模拟分析了灌注桩成孔过程中小钻孔布孔前后及不同钻孔直径条件下岩石与冲击锤头的冲击碎岩过程，然后结合福建泉州金屿大桥现场试钻试验，定量对比了单一冲击钻机钻进与联合钻进工艺的碎岩效率差异。结果表明：在小钻孔数量一定的情况下，随着岩体上所布小钻孔直径的增大，地层的损伤体积分数随之增大，同时单位体积岩石所需的能量降低，有利于提升岩体的破碎效果；能量传递效率与冲击锤头-岩体接触面面积密切相关，小钻孔数量一定时，随着小钻孔直径的增大，能量的传递效率初始有所提升，但当小钻孔直径超过一定数值后反而不利于能量的有效传递；冲击锤冲击岩石地层过程中，应力波随时间向岩石深部扩散并逐渐形成5条由中心向四周呈放射状的细长裂隙。此外，泉州金屿大桥现场试验定量数据表明：相较于单一冲击钻机钻进工艺，潜孔锤与冲击钻机联合钻进工艺的钻进效率平均提升54.47%,证实该工艺的实施有利于提高现场碎岩效率。