【摘 要】
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竖直钻孔技术被广泛应用于岩土和地质行业中,其围岩的破坏和失稳,可能导致塌孔、卡钻等延误工期,甚至导致油气资源泄露,造成重大经济损失。为探讨钻进过程中钻孔围岩的破坏机理和过程,首先从理论方面对钻孔围岩进行弹塑性力学分析得到围岩的应力、位移和塑性圈半径表达式。然后制作尺寸为800 mm×800mm×200 mm（长×宽×厚）,中心为?160 mm的钻孔物理模型试件,通过施加逐步增大的边界荷载从而模拟钻
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竖直钻孔技术被广泛应用于岩土和地质行业中,其围岩的破坏和失稳,可能导致塌孔、卡钻等延误工期,甚至导致油气资源泄露,造成重大经济损失。为探讨钻进过程中钻孔围岩的破坏机理和过程,首先从理论方面对钻孔围岩进行弹塑性力学分析得到围岩的应力、位移和塑性圈半径表达式。然后制作尺寸为800 mm×800mm×200 mm（长×宽×厚）,中心为?160 mm的钻孔物理模型试件,通过施加逐步增大的边界荷载从而模拟钻进过程中围岩的破坏过程。在此基础上,考虑到围岩的应变软化特性,利用FLAC3D中的应变软化模型建立钻孔数值模型并进行求解。根据物理和数值模拟结果,钻进过程中钻孔围岩的变形破坏过程可归结为塑性变形初始、敏感、稳定、突发和后期缓增五个阶段。在研究中表现为:荷载加至3.88 MPa时,围岩塑性区开始发育,孔壁出现微小裂纹;到3.94 MPa时,塑性区快速扩展,裂纹扩展到整个孔壁;随后塑性区扩展速率减缓,围岩破坏相对稳定;当荷载加至4.44 MPa时,在较短时间和应力区间内,塑性区和残余区迅速扩展,裂纹迅速增加、贯通,孔壁出现明显破裂带,围岩破坏显著;此后荷载加至4.88 MPa的过程中,塑性区和残余区扩展缓慢,无明显破坏发生。由于围岩的应变软化特性,钻孔围岩的变形破坏并不是简单地随深度和应力增大而线性增加,而是表现出明显的突发性和稳定性特征。最后选取淮北青东矿的勘探钻孔工程进行钻孔电视观测验证。现场监测结果表明该钻孔工程围岩的变形和破坏特征与物理和数值模拟研究所得结果相符。研究成果不仅能够为区内勘探孔、水文孔的选址及钻进方案设计提供理论依据和实践指导,也对其他各类非水平钻孔的稳定性分析和评价具有借鉴意义。
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