Menu

Расчет параметров грунтовой заделки

Расчет на проворачивание. Для предотвращения проворачивания моноопоры тормозной момент ее грунтовой заделки в дне моря должен быть больше крутящего момента, создаваемого вращателем. Тормозной момент грунтовой заделки можно определить из выражения[image]

где D и l - диаметр и длина заглубленной в породы части трубчатой моноопоры соответственно; Tf - расчетное удельное сопротивление пород на боковой поверхности труб моноопоры; Y - коэффициент условий работы моноопоры в грунте, принимаемый у = 0,8; Yf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности моноопоры, зависящий от способа ее погружения. При погружении молотами любой конструкции полых свай с открытым нижним концом диаметром до 0,6 м принимают Yf = 1 [37].

Коэффициент запаса прочности грунтовой заделки при вращательном бурении повышается за счет инерционного момента массы моноопоры и установленных на ней буровых механизмов.

Расчет на выдавливание. Для предотвращения выдавливания моноопоры из грунта технологическая сила к давления на породы забоя через бурильную колонну должна быть меньше суммы сил: трения пород по боковой поверхности заглубленной в них части моноопоры N; тяжести установленных на моноопоре буровых механизмов к 1 и тяжести непосредственно моноопоры к2. Расшифровав выражение для силы N, это требование можно представить в виде соотношения

[image]

где Yн - коэффициент надежности (запаса сил, удерживающих моноопору от выдавливания из грунта), Yн > 1,2.

При бурении разведочных и инженерно-геологических скважин в качестве запасных сил, удерживающих моноопору от выдавливания из грунта, можно принять силу тяжести моноопоры с установленными на ней буровыми механизмами. Тогда для удовлетворения требования предотвращения

выдавливания моноопоры из грунта следует соблюдать условие

[image]

Расчет на осадку. Для предотвращения осадки моноопоры в грунт в процессе выполнения технологических операций, например, при подъеме из скважины бурового снаряда, должно соблюдаться следующее условие: сумма сил тяжести моноопоры с буровыми механизмами и тяжести бурового снаряда с учетом силы его прихвата в скважине должна быть меньшей суммы сил трения N грунта по боковой поверхности заглубленной в него части моноопоры и сил лобового сопротивления R грунта под нижним концом моноопоры по площади F опира- ния ее о грунт, т.е.

[image]

где к - технологическая сила, равная в данном случае силе тяжести поднимаемого из скважины бурового снаряда с учетом архимедовой силы и силы его прихвата в скважине; YR = = 0,7+1,2 - коэффициент работы грунта под нижним концом моноопоры, учитывающий влияние способа ее погружения на величину лобового сопротивления.

Расчет на опрокидывание. Значение изгибающего момента не постоянно в процессе бурения даже одной и той же скважины. На его величину влияет не только высота моноопоры, но и изменяющиеся во времени силы давления на нее волн и течений морской воды, дрейфа плавоснования, нагружения моноопоры при выполнении тех или иных технологических операций и т.п.

При вычислении необходимой глубины погружения моноопоры в грунт морского дна, предотвращающей ее опрокидывание, предлагается исходить из максимально возможных ее на- гружений продольными и поперечными силами и в качестве расчетного изгибающего момента принимать его максимально допустимое значение по прочности моноопоры. Тогда минимально необходимая глубина погружения моноопоры в грунт дна с целью использования ее в качестве основания для размещения на ней необходимых буровых механизмов определится из условия равенства прочности моноопоры и ее грунтовой заделки. Так как напряжения изгиба в моноопоре значительно превосходят напряжения растяжения и сжатия, это условие приближенно можно заменить условием равенства удерживающего момента грунтовой заделки е г максимально допустимому изгибающему моменту моноопоры Ми.

Максимально допустимый изгибающий момент моноопоры по условию ее прочности определяется известными физическими и геометрическими характеристиками труб моноопоры. При этом можно полагать

[image]

где [о] - допустимое напряжение в трубах моноопоры; W - момент сопротивления моноопоры.

Для определения момента грунтовой заделки необходимо знать ее модель, физические характеристики грунтов, параметры и характер изменения формы ствола заделки при изгибе моноопоры. Модель заделки зависит от физико-механических свойств грунтов, в которые погружена моноопора. Близкими к свойствам грунтов большей части площадей морского дна являются свойства слабо увлажненной супеси.

Модель грунтовой заделки из слабо увлажненной супеси исследована авторами экспериментально при погружении в нее на различные глубины стальных труб диаметрами, 10 м: 8, 25, 28 и 42. К верхнему концу каждой заглубленной в супесь трубы прикладывали силы, опрокидывающие или изгибающие их, в зависимости от величины заглубления в супесь. После этого в плоскости изгиба трубы прокапывали шурф до обнажения заглубленной в супесь части трубы и исследовали получившуюся форму ствола грунтовой заделки. В результате при изгибе труб, достигших глубины, при которой они не опрокидываются, установлено следующее (рис. 6.1, £):

супесь на длине l, = l/3 от ее поверхности сминается, и трубы изгибаются по допустимому для них радиусу кривизны;

на длине 1н = 21/3 от нижнего заглубленного конца трубы не отклоняются от вертикального положения даже при создании изгибающего момента, ломающего трубу.

Полученная форма ствола грунтовой заделки позволяет считать, что при необходимой величине заглубления моноопоры сопротивление грунта смятию на участке трети длины ее заглубленной части от поверхности грунта достаточно для удержания нижних двух третей в практически вертикальном положении.

Непосредственно перед опрокидыванием под действием внешней нагрузки верхняя треть заглубленной части моноопоры уже максимально изогнулась и смяла грунт справа от себя. Опираясь на него, моноопора, по сути, является рычагом, выдавливающим грунт слева за счет изгибающего момента е и. Если этот момент будет меньше момента е г грунтовой заделки от действия всех сил, препятствующих выдавливанию грунта, то опрокидывания моноопоры до ее разрушения не произойдет.

[image] [image]

 

Рис. 6.1. Принципиальная (£) и геометрическая

 

 

При опрокидывании моноопоры сдвиг грунта реализуется по направлениям наиболее слабого сцепления между его частицами. Эти направления, форма и объем выдавливаемого фрагмента грунта, как правило, заранее неизвестны. Однако очевидно, что опрокидывание происходит вокруг некоторой точки (малой площадки) на поверхности контакта моноопоры со смятым грунтом в верхней части справа.

Примем, что опрокидывание моноопоры происходит вокруг точки й (нижняя на участке смятых пород) и будем считать, что при повороте вокруг нее выдавливаемый фрагмент грунта представляет собой сумму объемов: Д1Д2Д3333231 - четверти цилиндра радиусом 1н и шириной D и Д1Д23231л 4л 3л 2л 1 - параллелепипеда длиной 1н, шириной D и высотой l, (рис. 6.1).

Выбор точки й и формы выдавливаемого грунта не является произвольно случайным. Для предложенного фрагмента при фиксированной глубине погружения моноопоры характерны минимальные, по сравнению с любыми другими формами выдавливаемого грунта, объем и площади поверхности, по которым происходит сдвиг. Следовательно, из всех возможных к реализации фрагментов для предложенного характерны минимальные силы сопротивления подъему и сдвигу пород и максимальные значения вычисляемых глубин погружения моноопоры, гарантирующие надежность грунтовой заделки.

Момент грунтовой заделки е г создают распределенные силы сопротивления пород: N1 - сдвигу по боковым плоскостям Д1Д2Л ё 2 и 3132л3л4 параллелепипеда и плоскостям Д1Д2Д3 и 313233 секторов (рис. 6.2,  ); N2 - сдвигу по торцовой плоскости Д131л4л1 параллелепипеда и образующей поверхности Д13133Д3 четверти цилиндра (рис. 6.2, ,, „); N3 - подъему (тяжести) грунта объемом параллелепипеда и четверти цилиндра (рис. 6.2, %СВ.

Поэтому момент грунтовой заделки можно представить в виде

[image]

 

где соответственно: е и е 1п - моменты грунтовой заделки от сил N1, действующих по боковым плоскостям четверти цилиндра и параллелепипеда; е и е 2п - моменты грунтовой заделки от сил N2, действующих по образующим поверхностям

четверти цилиндра и параллелепипеда; е и е 3п - моменты грунтовой заделки от сил N3, действующих по объему четверти цилиндра и параллелепипеда.

Для удобства решения задачи по определению моментов правой части выражения (6.6) перейдем от точки й к точке й 1 на поверхности контакта моноопоры с фрагментом непосредственно выдавливаемого грунта (см. рис. 6.1 ). Точка й1 обладает особыми геометрическими характеристиками: через нее проходит вертикальная плоскость й 1й 2й 3 симметрии всего объема выдавливаемого фрагмента грунта и она является центром окружности с дугой й 2й 3.

Для определения момента е от сил N1, действующих на боковых плоскостях четверти цилиндра, рассмотрим элементарную площадку dF на секторе Д1Д2Д3. Ее площадь определяется выражением dF = rdrd-ф, где r - радиус удаления площадки от точки Д2; dr и dty - соответственно линейная и угловая меры, определяющие размеры площадки (см. рис. 6.2).

Сила dN1, действующая на эту площадку, равна xdF^, где т - удельное сопротивление пород сдвигу. Она направлена противоположно направлению движения выдавливаемой части грунта - против часовой стрелки и перпендикулярно радиусу r. Точно такая же сила действует на симметричную относительно плоскости й 2й 1й 3 элементарную площадку dF на плоскости 313233.

Перенесем силы, действующие на обе симметричные площадки, на плоскость й 2й 1й 3. Для соблюдения статической эквивалентности такого переноса следовало бы ввести моменты, представляющие собой произведение переносимых сил на расстояние от площадок их действия до этой плоскости. Однако в этом нет необходимости, так как данные моменты равны по модулю и противоположны по направлению, т.е. в сумме дают ноль.

Поэтому можно сделать вывод, что относительно точки й 1 момент dM от сил dN1, действующих на симметричных элементарных площадках, равен моменту от результирующей переноса этих сил на плоскость й 2й 1й 3. Их результирующая имеет модуль 2dN1 и сонаправлена с силами dN1. Линия ее действия перпендикулярна к радиусу из точки й 1, а ее момент относительно этой точки равен 2dN1r или, в развернутом виде, dM = 2т rrdrd^.

Для определения момента относительно точки й 1 от сил dN1, действующих на всех элементарных площадках на боковых плоскостях рассматриваемой четверти цилиндра, необходимо проинтегрировать выражение для dM1t[ по всей площади

[image]

 

 

сектора Д1Д2Д3 в пределах изменения r от 0 до /н и ty от 0 до 90°

[image]

 

 

С учетом, что L = 2l/3, после интегрирования получаем

[image]

 

 

[image]

Рис. 6.2. Схема расчета грунтовой заделки с силами:

£, • - N1 по боковым плоскостям; ,, „ - N2 по образующей поверхности; %0В - N3 тяжести грунта

Для определения момента от сил N., действующих по боковым плоскостям параллелепипеда, проведем аналогичные рассуждения. Выражение для площади элементарной площадки параллелепипеда имеет вид dF 1п = dydb, где ц и Ы- линейные меры по длине и высоте параллелепипеда (см. рис. 6.2, £). Сила dN 1, действующая на эту площадку, равна TdF 1п и направлена вертикально вниз. Поэтому момент от результирующей переноса относительно точки й 1 для параллелепипеда равен 2dN1i, или в развернутом виде dM 1п = 2xididbl

Момент от сил dN1, действующих на всех элементарных площадках боковых плоскостей параллелепипеда, получаем, проинтегрировав выражение для dM 1п по площади Д1Д2л 2л 1 в пределах изменения ц от 0 до /н и Ыот 0 до /,

Для определения моментов от сил N2, действующих по образующей поверхности четверти цилиндра и торцовой плоскости параллелепипеда, рассмотрим на них элементарные площадки dF2li = lнdzd^ и dF2п = dzdbj где z - линейная мера по ширине выдавливаемого фрагмента (см. рис. 6.2, ,, „). Проведя рассуждения аналогично определению выражения для e 1 с той разницей, что перенос сил dN2 осуществляется не на плоскость, а на линию симметрии й 2й 3, получим следующие выражения для моментов de = 2т lн dzdty и de 2п = 2xlHdzdЫ И далее

[image]

 

Для определения момента от действия сил тяжести N3 выдавливаемого грунта необходимо рассматривать не элементарные площадки, а элементарные единицы объема dVn = didbdz для параллелепипеда и dVц = rdrdtydz для четверти цилиндра (см. рис. 6.2, %0&. Отметим, что силы тяжести dN3, действующие на эти объемы, в любой точке фрагмента направлены вертикально вниз в отличие от сил dNl и dN2, направление которых зависело от направления выдавливания грунта.

[image]

После интегрирования с учетом, что lH = 2l/3 и l, = l/3, получаем

[image]

Выполнив перенос сил dN3 к плоскости симметрии й 2й 1й 3, проведем дальнейшие рассуждения аналогично случаю получения выражения для определения е 1 и получим следующие выражения для моментов:

[image]

где у - удельный вес выдавливаемых пород.

Условием исключения опрокидывания моноопоры (выворачивания грунта) является соблюдение неравенства

[image]

Минимально необходимое значение глубины l погружения моноопоры в грунт следует вычислять из предельного случая, когда выражение (6.15) является равенством. Это равенство с учетом выражений (6.8) и (6.10)-(6.14) после преобразований можно записать в форме

[image]

Для удобства вычислений необходимой глубины погружения моноопоры в грунт морского дна, при которой исключается ее опрокидывание, выражение (6.16) после подстановки в него числового значения п с достаточной для практики точностью можно представить в виде

[image]

Достоверность выражений (6.16) и (6.17) проверена при экспериментальном сломе моноопоры из труб наружным диаметром 0,325 с толщиной стенки 0,0125 м муфтового соединения с [о] = 550 МПа, погруженной в грунт морского дна с т = = 16 кПа на глубину 4,7 м [достаточная глубина ее погружения, вычисленная по выражению (6.17), составляет 3,74 м].

Интегрируя по всему объему выдавливаемого фрагмента, имеем

[image]

 

При скорости 6 узлов судна "Шельф-1" петля выброшенной на дно моря его якорной цепи с якорем массой 900 кг охватила моноопору на высоте 7 м от дна моря и вывернула ее секцию из находящейся у дна муфты. Затем на оставшуюся в грунте часть моноопоры навинтили новую секцию труб и убедились, что угол наклона оси моноопоры к поверхности моря не изменился. Следовательно, при изгибе моноопоры из обсадных
труб указанного выше диаметра нагрузками, близкими к предельно допустимым, состояние ее грунтовой заделки не было нарушено, и это подтверждает пригодность выражения (6.17) для практических вычислений.

 

 

 

{AF template=default colorize=ee77bb width=100% bgcolor=77ee44 ratio=30}

068

Спонсор материала - служба такси в Санкт-Петербурге. Оптимальные тарифы на услуги нашего такси. Специальные бонусные программы и скидки. Поддержка корпоративных клиентов. Не важно, вы житель Санкт-Петербурга, или гост города, вам определенно понравится высочайший сервис и профессионализм питерской службы такси 068. 

 

Контакты:
068 - Телефон заказа такси в Санкт-Петербурге
+7 (812) 324-77-77 Заказ такси из других городов
+7 (812) 318-40-68 Отдел по работе с корпоративными клиентами

 

{/AF}

 

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2836 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:5741 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2919 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Визначення економічно доцільних термінів

Визначення економічно доцільних термінів проведення планово- попереджувальних ремонтів   Перед тим, як на свердловині другої групи проводити планово-попереджувальний ремонт, необхідно дати оцінку економічної доцільності його проведення. Ремонт економічно доцільним буде тоді, коли...

19-09-2011 Просмотров:3254 Підземний ремонт свердловин

Керноприемный снаряд, раскрепляемый в ко…

Разработанный авторами керноприемный снаряд (а.с. № 1484908 на изобретение "Буровой снаряд и ловитель для съемного керноприемника бурового снаряда", 1987 г.) содержит подвешенный на тросе 1 подвижный груз 2 (рис. 6.10), нижний...

30-01-2011 Просмотров:3550 Морские буровые моноопорные основания

Факторы, влияющие на силу прихвата моноо…

Большие трудности могут возникать при извлечении из грунта моноопоры после завершения бурения скважины на море. Усилие (кН), необходимое для извлечения труб, зависит в основном от диаметра и длины погруженных в...

30-01-2011 Просмотров:3586 Морские буровые моноопорные основания