Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Процесс забивного бурения можно представить следующим об­разом (рис. 10.1): по цилиндрическому (с плоским торцом) буровому наконечнику массой пг2, заглубленному в грунт на величину /, имеющему наружный диаметр D и внутренний d, наносится удар активной массой m^ со скоростью v2. При этом в зависимости от твердости и массы соударяемых тел, степени сцепления инструмента с грунтом и лобового сопротивления последнего коэффициент вос­становления удара R доожет изменяться в пределах от нуля до 0,2. Иными словамй, реальцый удар при забивном бурении происходит таким образом, что он может быт» описан абсолютно неупругой, упругой или не вполне упругой моделью.

Первоначально рассмотрим случай забивного бурения при Д=0 (абсолютно неупругий удар). Введем ряд допущений: 1) удар опи­сывается моделью, рассмотренной в предыдущем разделе; 2) со­противления движению инструмента в грунте включают в себя постоянные пластические сопротивления по лобовой поверхности Fh, постоянные сопротивления по боковой поверхности F6 (для фиксированного значения I), вязкие сопротивления, про­порциональные скорости к движения инструмента); 3) увели­чением бокового сопротивления F6 за счет возрастания / в про­цессе погружения инструмента за удар на величину h пренебре­гаем, поскольку в большинстве случаев /»Л; 4) удельные со­противления по лобовой R и боковой / поверхностям и коэф­фициент вязких сопротивлений г) постоянны; 5) упругие дефор­мации грунта отсутствуют—точнее, ими пренебрегаем; 6) при­нимается, что удар воспринимает буровой снаряд и некоторая масса сцепленного с ним грунта, зависящая от его физико-ме­ханических свойств, диаметра породоразрушающего инструмента и величины Дав последующем движении участвует только один буровой снаряд.

Таким образом, в рассматриваемой модели процесса грунт моделируется вязкопластичной средой с сухим трением по боковой поверхности инструмента, которая в практике соответствует многим разновидностям песчано-глинистых грунтов (в постановке и решении задачи принимал участие С. Н. Гольцов).

В соответствии с перечисленными допущениями дифференциальное уравнение движения породоразрушающего инструмента в грунте If может быть записано в виде

П

/>+-

(10.14)

Wl+W2

F-P mi + т2

где Р—суммарная сила тяжести «активной» Pi и «пассивной» Р2 частей бурового снаряда; F—сумма лобового F„ и бокового Р6 сопротивлений.

Величина Р„ определяется по формуле (7.32), a Fr,—по формуле (7.29). Э последнем случае /=Л.

Решение уравнения (10.14) с учетом начальных условий (Л = 0 •и h’ = v2) при /=0 будет следующим:

SL-, F-Р -е >п,+т2 _ f I л J

(10.15)

»if,

л V л А

Скорость движения инструмента

р-р

(10.16)

е "11 +"’г——————

Л

-ИЗ

Для нахождения величины, углубления hmax инструмента за удар решаем (10.16) относительно t при /г = 0:

(10.17)

т!+т2

Подставляя (10.17) в (10.15), окончательно получаем

Wi +т2 (F-P)(m1+m2) «ПИ1 — V 2———————— Л л

1п(^^+ >)• (10.18)

Чтобы найти углубление инструмента за удар Лта„ необходимо знать начальную скорость v2 движения инструмента. Определяем v2 исходя из выражения (10.8). В принятых в настоящем разделе обозначениях эта формула запишется в виде

(10.19)

v2 = vim1/(mi+mnp)<

где /япр — приведенная масса инструмента, воспринимающая удар, т. е. масса инструмента с учетом массы грунта,

‘Нг. р=’Л2 + ‘Им (10.20)

где тг — масса части сцепленного с инструментом грунта.

Для свободно падающей ударной части бурового снаряда скорость в момент соударения примерно составляет

(10.21)

vi^(2gHiY’

где Hi — высота подъема ударной части снаряда.

Для определения величины тт примем, что ее значение является функцией заглубления инструмента /. Тогда в соответствии со схемой, представленной на рис. 10.1, можно записать

(10.22)

mr — nDpl2tg а,

где р—плотность грунта; а—угол, образуемый вертикальной линией, с образующей конуса грунта (может приниматься равным 10—15°).

При отсутствии вязких сопротивлений, т. е. при г) = 0, формула для определения /гтах будет иметь более простой вид:

Этой формулой удобно пользоваться при ориентировочных рас­четах, а также в случае, когда вязкие сопротивления грунта невелики (например, для слабовлажных песчаных грунтов).

Комментарии запрещены.