巖土力學(xué)與工程論文范文一：

　　1. 引言

　　近幾年,隨著城市開發(fā)建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,土地資源的稀缺與開發(fā)用地的矛盾也日益突出,地下空間的開發(fā)利用就顯得特別重要。然而,地下空間的開發(fā)在工程建設(shè)方面所涉及的巖土工程問題是極其廣泛的。對深基坑來說,其圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工、土方開挖、降水方案、環(huán)境監(jiān)測等內(nèi)容應(yīng)當(dāng)分別給予充分靠慮的,尤其是把這些因素作綜合性考慮和整合,并使之系統(tǒng)化是至關(guān)重要的,這里姑且稱之為深基坑工程系統(tǒng)。只有在全面、綜合考慮了每個(gè)階段的工況特點(diǎn)的前提下,并采取相應(yīng)的技術(shù)手段,才能使基坑施工安全處于控制狀態(tài),使得地下空間的開發(fā)建設(shè)是安全、經(jīng)濟(jì)和適用的。

　　深基坑系統(tǒng)包括:基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、土方開挖、降水方案、環(huán)境及管線監(jiān)測、處理預(yù)案等內(nèi)容。下面就工程實(shí)例的應(yīng)用作說明。

　　2. 工程概況

　　本工程位于浦東成山路和云臺(tái)路交叉口東南角,建筑場地位于市區(qū),主體結(jié)構(gòu)主要由兩幢18—20層的住宅和3層的商業(yè)裙樓組成,設(shè)置兩層地下車庫。

　　2.1地理環(huán)境概況

　　該項(xiàng)目基地南側(cè)為多層住宅區(qū),西側(cè)、北側(cè)均為市政道路。東側(cè)相鄰場地為多層住宅區(qū),基坑開挖邊線距用地界線13.0m,距多層住宅25.0m左右;南側(cè)為相鄰場地為多層住宅區(qū),基坑開挖邊線距用地界線約10.0～12.0m,距多層住宅16.0～20.0m左右;北側(cè)為成山路,基坑開挖邊線距用地界線10.0m;西側(cè)為云臺(tái)路,云臺(tái)路西側(cè)為多層住宅區(qū),基坑開挖邊線距云臺(tái)路約為10.0m。基地地理位置如圖1所示。

　　2.2周邊管線情況

　　(1)成山路地下管線:

　　由近至遠(yuǎn)分別為配水(13.2m)、煤氣1000(14.8m)、污水1800×2400(18.9m)、雨水(21.3m)、信息(42.6m)、污水(45.0m)、電力(51.5m)。

　　(2)云臺(tái)路地下管線:

　　由近至遠(yuǎn)分別為:污水1000(16.7m)、雨水900(23.1m),配水300(31.4m)。

　　2.3工程地質(zhì)概要

　　(1) 中國兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計(jì)研究院提供的《恒大小區(qū)-成山路地塊商品住宅巖土工程勘查報(bào)告》。

　　(2) 本場地地貌類型屬濱海平原,場地地勢較平坦,地面標(biāo)高一般在4.20m～4.90m之間。

　　(3) 本基地地下水屬潛水類型,其主要補(bǔ)給來源為大氣降水和地表徑流。地下水靜止水位深度約為0.50～0.70m,設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用0.5m。場地地下水對混凝土一般無腐蝕性。

　　(4) 擬建場地第①層雜填土,成份復(fù)雜,主要由混凝土、碎磚、石子與粘性土混雜,由于場地淺層土層成份復(fù)雜,基坑工程正式施工前,應(yīng)對場地內(nèi)的障礙物作進(jìn)一步查明并給予清除以確保圍護(hù)體和坑內(nèi)加固等正常施工。

　　(5) 擬建場地東部分布有暗浜,基坑開挖時(shí)應(yīng)引起重視且采取有效的措施確保工程施工的安全以及圍護(hù)樁的施工質(zhì)量。

　　(6) 第③2層灰色粘質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,砂性重、滲透性強(qiáng),基坑開挖時(shí)極易產(chǎn)生管涌、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象,并影響圍護(hù)體施工質(zhì)量,施工中應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施,尤其要做好隔水、止水措施保證基坑的安全施工與使用。

　　(7) 場地下第⑦粉細(xì)砂層為上海第一承壓含水層,埋深約為47米左右,根據(jù)勘察報(bào)告,其水位標(biāo)高約為-5.0m,透水層頂面距基坑底部深度約達(dá)到37米,根據(jù)上海市相關(guān)規(guī)范進(jìn)行初步估算,本基坑開挖至基底標(biāo)高位置,不存在由于承壓水層上覆土層厚度不足而導(dǎo)致管涌的產(chǎn)生。

　　(8) 場地的工程地質(zhì)條件及基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示。

　　2.4結(jié)構(gòu)概況

　　(1) 主體結(jié)構(gòu)主要由兩幢18～20層的住宅和3層的商業(yè)樓組成。

　　(2) 主體結(jié)構(gòu)設(shè)置二層地下車庫,采用樁筏基礎(chǔ),主樓樁基采用預(yù)制管樁,裙樓采用預(yù)制方樁。

　　(3) 基坑面積: 基坑形狀呈狹長的手槍狀,基坑可劃分為A、B(A區(qū)和B區(qū)合稱地下車庫基坑)及C(C區(qū)為車道基坑)三個(gè)區(qū)域,基坑分區(qū)見圖1,其中A區(qū)基坑面積約為5000m2,B區(qū)基坑面積約10300m2,C區(qū)基坑面積約為570m2,基坑總面積約16000m2。

　　(4) 基坑開挖深度:本工程±0.000=+5.100,自然地面絕對標(biāo)高約+4.800(相對標(biāo)高-0.300),基礎(chǔ)底板面相對標(biāo)高為-10.100(A區(qū)西側(cè)主樓基礎(chǔ)底板面標(biāo)高為-11.100),主樓基礎(chǔ)底板厚度為1200mm,裙樓基礎(chǔ)底板厚度為900mm,考慮基底設(shè)置100毫米厚度墊層,A區(qū)主樓區(qū)開挖深度為12.1m和11.1m,裙樓區(qū)開挖深度為10.8m,B區(qū)主樓區(qū)開挖深度為11.1m,裙樓區(qū)開挖深度為10.8m,C區(qū)基坑開挖深度為6.45m。基坑分區(qū)平面布置如圖2所示。

　　3. 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

　　3.1總體方案

　　本工程周邊建筑物、地下管線眾多,保護(hù)要求較高;地下車庫基坑工程面積大,約為15300m2,基坑開挖深度較深,主樓區(qū)域約為12.1m,裙樓區(qū)域約為10.8m,屬于深大基坑工程,施工難度較高,因此必須選擇一種確保安全、有成熟設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)的基坑圍護(hù)方案。本著基坑工程“安全、合理、經(jīng)濟(jì)、可行”的原則,經(jīng)探討和比較,確定如下基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案:

　　綜合考慮本工程周邊環(huán)境、道路管線分布、基坑面積及形狀、基坑開挖深度等因素,基坑圍護(hù)體采用鉆孔灌注樁結(jié)合外側(cè)設(shè)置雙排雙軸水泥土攪拌樁止水帷幕,基坑豎向設(shè)置兩道水平支撐系統(tǒng),基坑采用順作法施工。

　　3.1.1支撐分區(qū)

　　根據(jù)基坑的平面形狀,并考慮到工期要求較高的因素,將地下車庫基坑劃分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)三個(gè)區(qū)域。C區(qū)為車道,在A區(qū)、B區(qū)地下結(jié)構(gòu)完成后施工,可以和A區(qū)、B區(qū)分開考慮,如圖3所示。而A區(qū)和B區(qū)支撐系統(tǒng)相互獨(dú)立,均能自成系統(tǒng),A區(qū)采用鋼支撐系統(tǒng),B區(qū)采用混凝土支撐系統(tǒng),分區(qū)支撐的不同選型原因見下文分析。基坑開挖時(shí)A區(qū)和B區(qū)可同時(shí)設(shè)置支撐以及開挖施工,也可根據(jù)施工工期要求,在圍護(hù)體封閉的前提下,可提前施工A區(qū)第一道支撐,在B區(qū)砼支撐施工以及養(yǎng)護(hù)期間,可交叉進(jìn)行A區(qū)基坑第一批土方的開挖,A區(qū)架設(shè)第二道鋼支撐期間可進(jìn)行B區(qū)基坑第一批土方的開挖,其后在B區(qū)砼支撐施工以及養(yǎng)護(hù)過程中可進(jìn)行A區(qū)第二批土方的開挖,如此循環(huán)反復(fù),通過基坑的分區(qū)施工以及合理的施工流程安排,可大大加快基坑施工進(jìn)度。

　　A區(qū)和B區(qū)基坑分先后進(jìn)行支撐和挖土,固然可較大幅度的加快基坑工程的施工工期,但由于基坑形狀的因素,支撐系統(tǒng)受力方面存在不利的因素,如在A區(qū)支撐系統(tǒng)形成、B區(qū)支撐系統(tǒng)尚未形成之前,由于A區(qū)采用角撐+對撐的支撐型式,A區(qū)基坑開挖時(shí)將存在開口基坑面臨的普遍問題,即如何采取措施去平衡西面角撐通過第一道壓頂圈梁,或第二道鋼圍檁向東面?zhèn)鬟f的水平力?本方案考慮采取如下設(shè)計(jì)對策給予解決:

　　1)第一道支撐系統(tǒng):北側(cè)的壓頂圈梁A和B區(qū)東西方向貫通,可平衡西側(cè)角撐傳遞過來的水平力,南側(cè)由于A區(qū)和B區(qū)分界位置存在陽角,為解決該位置水平力傳遞,方案中針對陽角位置坑內(nèi)設(shè)置了角撐,坑外設(shè)置了拉桿。

　　2)第二道支撐系統(tǒng):在A區(qū)型鋼圍檁與圍護(hù)樁之間設(shè)置有效的抗剪件,通過抗剪件提供的抗力去平衡西面角撐傳遞的水平力。

　　3.1.2圍護(hù)體的選型

　　通過多種圍護(hù)體型式的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較,最終確定基坑圍護(hù)體采用鉆孔灌注樁,鋼筋混凝土鉆孔灌注樁施工工藝成熟,施工時(shí)對周圍環(huán)境影響小。鉆孔灌注樁樁徑根據(jù)相應(yīng)區(qū)域基坑的開挖深度,以及基坑開挖階段水平位移的控制要求等因素進(jìn)行計(jì)算確定,本工程裙樓普遍區(qū)域采用Ф850@1050鉆孔灌注樁,主樓區(qū)域采用Ф950@1150的鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁圍護(hù)體外側(cè)設(shè)置Ф700@500雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕。C區(qū)深度較淺,且在車庫地下主體結(jié)構(gòu)完工后施工,可以采用小企口鋼板樁圍護(hù),具有打拔快、代價(jià)小、自止水的優(yōu)點(diǎn),考慮到對周圍環(huán)境的保護(hù),在鋼板樁外圍加設(shè)單排水泥土攪拌樁作為止水帷幕,

　　巖土力學(xué)與工程論文范文二：

　　油井出砂，易形成油層砂埋或油管砂堵使油井停產(chǎn);使地下及地面設(shè)備嚴(yán)重磨蝕、砂卡;出砂嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起井壁坍塌而損壞套管致使油井報(bào)廢。因此，防砂是一項(xiàng)十分重要的工作。一般對于疏松砂巖油藏，引起油井出砂的主要因素有兩個(gè)，即地質(zhì)條件和開采因素。 砂巖油層的地質(zhì)條件，主要包括油層的應(yīng)力狀態(tài)、巖石的膠結(jié)狀態(tài)以及滲透率等;而開采因素則是人為可控的因素，在油藏開發(fā)過程中，固井質(zhì)量差、射孔方案的制定或者油井工作制度選擇得不合理以及頻繁而又低質(zhì)量地修井作業(yè)都可能引起油氣井出砂。

　　以中國某油田為例，該油田油藏平均埋深深達(dá)5700m左右，油層溫度140℃，初期地層壓力62MPa。油藏儲(chǔ)層為河砂巖，為屬具層狀特征的塊狀底水油藏。開發(fā)初期，因?qū)ζ鋵訝钐卣髡J(rèn)識(shí)不足，采用底部注水補(bǔ)充油藏能量但并未及時(shí)得到補(bǔ)充，致使自噴生產(chǎn)期未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，于是很快就轉(zhuǎn)入機(jī)采生產(chǎn)。 油田產(chǎn)量回升，但隨之含水上升速度加快，油層出砂加劇。 油田生產(chǎn)已到了難以維持的地步。 由此可見，合理的開采制度對于易出砂區(qū)塊的開發(fā)生產(chǎn)具有十分重要的意義。

　　在油井的生產(chǎn)過程中，流體滲流而產(chǎn)生的對油層巖石，特別是近井地帶巖石的沖刷拖曳是油層出砂的重要原因。 對于一口已完成固井射孔的井來說，生產(chǎn)壓差越大，流體滲流速度越高，井壁附近流體對巖石的沖刷力就越大，從而使油層出砂的可能性增加。因此，制定合理穩(wěn)定的排采制度能夠有效地預(yù)防減少出砂的風(fēng)險(xiǎn)。

　　1 油井出砂預(yù)測模型

　　出砂預(yù)測技術(shù)主要是建立在巖石力學(xué)和滲流力學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，一般認(rèn)為，巖石的出砂主要是由于巖石發(fā)生塑性變形后，砂體脫落流出并帶入井筒。 假設(shè)地層最大原地剪應(yīng)力由抗剪強(qiáng)度決定的，在假設(shè)地層處于剪切破壞臨界狀態(tài)基礎(chǔ)上給出了地應(yīng)力的計(jì)算模式;它不僅考慮了中間主應(yīng)力的影響，還考慮了靜水壓力的作用，在國內(nèi)外巖土力學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算分析中廣泛應(yīng)用。

　　目前國內(nèi)的出砂預(yù)測技術(shù)發(fā)展很快，對射孔完井預(yù)測模型來說，在假設(shè)射孔沿最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力兩個(gè)方向的前提下，通過對射孔孔壁地應(yīng)力分布的研究，建立了油井出砂預(yù)測模型，以井眼圍巖應(yīng)力場對射孔孔道穩(wěn)定性的影響為基礎(chǔ)，考慮變溫應(yīng)力和流體對巖石拖曳力的影響，建立一種動(dòng)態(tài)射孔完井出砂預(yù)測模型，并在文獻(xiàn)中論證了考慮井壁附近井液拖曳力對井壁穩(wěn)定性的影響的模型比常規(guī)模型更準(zhǔn)確。

　　2 基于防砂的采油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

　　當(dāng)已知油井有出砂的可能時(shí)，制定合理的采油設(shè)計(jì)方案主要從兩方面考慮。 首先，建立一套合理穩(wěn)定的排采制度可以減少因更換工作制度而對射孔段造成沖擊，因?yàn)殚_始生產(chǎn)以及停產(chǎn)時(shí)突然建立壓差將會(huì)對地層造成比正常生產(chǎn)嚴(yán)重得多的沖擊;其次，當(dāng)油井有出砂的可能時(shí)，應(yīng)該適量減小產(chǎn)量，而不能一味地追求高產(chǎn)而造成井下出砂。綜上所述，考慮預(yù)防出砂的有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法可按如下步驟進(jìn)行：

　　(1)繪制IPR曲線1;

　　(2)根據(jù)出砂預(yù)測模型計(jì)算出砂指數(shù)-井底流壓關(guān)系曲線2;

　　(3)由1與2確定該井的臨界井底流壓P;

　　(4)以某一略小于P的井底流壓為起始點(diǎn)，查找曲線1上對應(yīng)的產(chǎn)量作為指定產(chǎn)量Q，應(yīng)用多相管流公式計(jì)算井筒中的壓力分布，直到壓力低于保證最低沉沒度的壓力為止;

　　(5)計(jì)算沿井筒流體的充滿系數(shù)分布，繪制曲線3;

　　(6)由3選定充滿系數(shù)及泵吸入口壓力，確定出下泵深度;

　　(7)初設(shè)抽油桿直井從井口回壓向下進(jìn)行桿管環(huán)空多相流計(jì)算，確定桿柱載荷;

　　(8)給定泵徑和初定泵效，確定沖程和沖次：

　　(9)進(jìn)行桿柱設(shè)計(jì)。

　　圖1中曲線1為IPR曲線，曲線2為出砂指數(shù)+井底流壓關(guān)系曲線，曲線3為井筒壓降分布曲線，曲線4為延井筒分布的曲線，圖中陰影部分為易出砂區(qū)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免使用該區(qū)域的產(chǎn)量作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)產(chǎn)量。

　　3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

　　(1)對于易出砂油田而言，基于防砂預(yù)測技術(shù)進(jìn)行采油方案設(shè)計(jì)是系統(tǒng)防砂工作的重要組成部分。

　　(2)以井眼圍巖應(yīng)力場對射孔孔道穩(wěn)定性的影響為基礎(chǔ)，考慮變溫應(yīng)力和流體對巖石拖曳力的影響建立的動(dòng)態(tài)射孔完井出砂預(yù)測模型是一種較準(zhǔn)確的出砂預(yù)測模型，用于判斷地層是否出砂有較高的準(zhǔn)確性。

　　(3)在做易出砂井的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)，不能單憑該井產(chǎn)能來設(shè)定目標(biāo)產(chǎn)量，除此之外，還應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)能與出砂可能性的關(guān)系，適量地減小目標(biāo)產(chǎn)量，從而達(dá)到防砂的目的。 需要補(bǔ)充的一點(diǎn)是，在進(jìn)行出砂預(yù)測時(shí)，必須考慮到有桿泵是半程出油，因此預(yù)測模型中當(dāng)量產(chǎn)量為實(shí)際產(chǎn)量的兩倍的問題。

　　推薦巖土力學(xué)于工程方向論文投稿期刊：力學(xué)與實(shí)踐

　　主辦單位：中國力學(xué)學(xué)會(huì);中國科學(xué)院力學(xué)研究所

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　　ISSN：1000-0879

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　　期刊是一本在力學(xué)領(lǐng)域具有廣泛影響力的綜合性學(xué)術(shù)期刊，處于基礎(chǔ)力學(xué)研究與工程實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)。促進(jìn)力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，加強(qiáng)力學(xué)與工程實(shí)踐的聯(lián)系。一方面?zhèn)鞑チW(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，另一方面展示力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用成果，推動(dòng)力學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化。

　　《力學(xué)與實(shí)踐》是傳播和報(bào)道與力學(xué)相關(guān)的前沿領(lǐng)域、工程應(yīng)用、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)知識(shí)的綜合性學(xué)術(shù)刊物。它始終堅(jiān)持科學(xué)性、實(shí)踐性、知識(shí)性、可讀性、時(shí)效性的辦刊宗旨，力求貼近公眾，貼近現(xiàn)代生活。它以工程技術(shù)人員、科研人員和院校師生為對象，幫助他們豐富力學(xué)知識(shí)，開闊視野，活躍學(xué)術(shù)思想，促進(jìn)力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。刊登的文章力爭做到文字簡煉，深入淺出，形式多樣，生動(dòng)活潑。

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