基于颗粒流计算的砾石层HDD导向孔水平段孔壁变形研究

水平定向钻进技术在城市管线铺设中应用越来越广,砾石作为松散颗粒的集合体,在进行导向孔钻进时,往往由于颗粒结构扰动而易发生变形甚至塌孔,但颗粒在钻进过程中的力学行为规律仍不明晰。本文利用颗粒流程序建立三维砾石模型,并分段进行有和无泥浆护壁导向孔水平段钻进模拟。通过在导向孔周围布设测量球,对导向孔周围颗粒变形特征进行研究。结果表明:孔壁失稳表现为上部颗粒相互嵌固形成“压力拱”,压力拱下部松散颗粒率先掉落,伴随着压力向两侧和底部传递,下部和侧向颗粒协调变形直至收敛。压力拱在后续钻孔扰动下,由于侧向约束的消除,压力拱向顶部扩展,产生更多的松散颗粒进入钻孔范围,最终导致塌孔。泥浆可以较好的约束松散颗粒的顶部掉落,维护压力拱的侧向约束。实际工程中应量化泥浆指标,选择合理的泥浆而避免塌孔事故发生。