轴向振动对近水平孔管柱减摩及屈曲的影响

为了解决近水平长钻孔孔内管柱受压后摩阻增大甚至管柱屈曲变形的问题，提出了轴向振动减摩和防屈曲方法。首先，建立了轴向振动减摩的力学分析模型，分析了振动减摩的内在力学机制；其次，建立了振动减摩的有限元模型，研究了激振力、激振频率对于减摩效果的影响关系，并通过现场试验进行了验证。研究结果表明：单个振动周期内管柱与孔壁摩阻存在方向变换现象，降低了单个振动周期内的平均摩阻；激振力越大，减摩效果越好；轴向振动的幅值和频率达到一定门限值后能够有效防止管柱屈曲变形，降低管柱摆动；对于长为200 m、直径为89 mm的通缆钻杆管柱，当激振力大于等于5 kN时，能够大幅度减小管柱与孔壁摩阻，防止管柱屈曲；平均摩阻与振动频率呈倒对数关系，随着激振频率的增大，平均摩阻先减小而后趋于稳定，当激振频率大于等于6 Hz后减摩效果趋于稳定。该研究结果对于减摩防屈曲钻具的研制以及钻孔工程施工具有指导意义。