巖土力學與工程論文范文一：

　　1. 引言

　　近幾年,隨著城市開發建設的規模不斷擴大,土地資源的稀缺與開發用地的矛盾也日益突出,地下空間的開發利用就顯得特別重要。然而,地下空間的開發在工程建設方面所涉及的巖土工程問題是極其廣泛的。對深基坑來說,其圍護設計和施工、土方開挖、降水方案、環境監測等內容應當分別給予充分靠慮的,尤其是把這些因素作綜合性考慮和整合,并使之系統化是至關重要的,這里姑且稱之為深基坑工程系統。只有在全面、綜合考慮了每個階段的工況特點的前提下,并采取相應的技術手段,才能使基坑施工安全處于控制狀態,使得地下空間的開發建設是安全、經濟和適用的。

　　深基坑系統包括:基坑圍護設計、圍護結構施工、土方開挖、降水方案、環境及管線監測、處理預案等內容。下面就工程實例的應用作說明。

　　2. 工程概況

　　本工程位于浦東成山路和云臺路交叉口東南角,建筑場地位于市區,主體結構主要由兩幢18—20層的住宅和3層的商業裙樓組成,設置兩層地下車庫。

　　2.1地理環境概況

　　該項目基地南側為多層住宅區,西側、北側均為市政道路。東側相鄰場地為多層住宅區,基坑開挖邊線距用地界線13.0m,距多層住宅25.0m左右;南側為相鄰場地為多層住宅區,基坑開挖邊線距用地界線約10.0～12.0m,距多層住宅16.0～20.0m左右;北側為成山路,基坑開挖邊線距用地界線10.0m;西側為云臺路,云臺路西側為多層住宅區,基坑開挖邊線距云臺路約為10.0m。基地地理位置如圖1所示。

　　2.2周邊管線情況

　　(1)成山路地下管線:

　　由近至遠分別為配水(13.2m)、煤氣1000(14.8m)、污水1800×2400(18.9m)、雨水(21.3m)、信息(42.6m)、污水(45.0m)、電力(51.5m)。

　　(2)云臺路地下管線:

　　由近至遠分別為:污水1000(16.7m)、雨水900(23.1m),配水300(31.4m)。

　　2.3工程地質概要

　　(1) 中國兵器工業北方勘察設計研究院提供的《恒大小區-成山路地塊商品住宅巖土工程勘查報告》。

　　(2) 本場地地貌類型屬濱海平原,場地地勢較平坦,地面標高一般在4.20m～4.90m之間。

　　(3) 本基地地下水屬潛水類型,其主要補給來源為大氣降水和地表徑流。地下水靜止水位深度約為0.50～0.70m,設計計算時采用0.5m。場地地下水對混凝土一般無腐蝕性。

　　(4) 擬建場地第①層雜填土,成份復雜,主要由混凝土、碎磚、石子與粘性土混雜,由于場地淺層土層成份復雜,基坑工程正式施工前,應對場地內的障礙物作進一步查明并給予清除以確保圍護體和坑內加固等正常施工。

　　(5) 擬建場地東部分布有暗浜,基坑開挖時應引起重視且采取有效的措施確保工程施工的安全以及圍護樁的施工質量。

　　(6) 第③2層灰色粘質粉土夾淤泥質粉質粘土,砂性重、滲透性強,基坑開挖時極易產生管涌、流砂等不良地質現象,并影響圍護體施工質量,施工中應采取相應的防范措施,尤其要做好隔水、止水措施保證基坑的安全施工與使用。

　　(7) 場地下第⑦粉細砂層為上海第一承壓含水層,埋深約為47米左右,根據勘察報告,其水位標高約為-5.0m,透水層頂面距基坑底部深度約達到37米,根據上海市相關規范進行初步估算,本基坑開挖至基底標高位置,不存在由于承壓水層上覆土層厚度不足而導致管涌的產生。

　　(8) 場地的工程地質條件及基坑圍護設計參數如下表所示。

　　2.4結構概況

　　(1) 主體結構主要由兩幢18～20層的住宅和3層的商業樓組成。

　　(2) 主體結構設置二層地下車庫,采用樁筏基礎,主樓樁基采用預制管樁,裙樓采用預制方樁。

　　(3) 基坑面積: 基坑形狀呈狹長的手槍狀,基坑可劃分為A、B(A區和B區合稱地下車庫基坑)及C(C區為車道基坑)三個區域,基坑分區見圖1,其中A區基坑面積約為5000m2,B區基坑面積約10300m2,C區基坑面積約為570m2,基坑總面積約16000m2。

　　(4) 基坑開挖深度:本工程±0.000=+5.100,自然地面絕對標高約+4.800(相對標高-0.300),基礎底板面相對標高為-10.100(A區西側主樓基礎底板面標高為-11.100),主樓基礎底板厚度為1200mm,裙樓基礎底板厚度為900mm,考慮基底設置100毫米厚度墊層,A區主樓區開挖深度為12.1m和11.1m,裙樓區開挖深度為10.8m,B區主樓區開挖深度為11.1m,裙樓區開挖深度為10.8m,C區基坑開挖深度為6.45m。基坑分區平面布置如圖2所示。

　　3. 圍護設計方案

　　3.1總體方案

　　本工程周邊建筑物、地下管線眾多,保護要求較高;地下車庫基坑工程面積大,約為15300m2,基坑開挖深度較深,主樓區域約為12.1m,裙樓區域約為10.8m,屬于深大基坑工程,施工難度較高,因此必須選擇一種確保安全、有成熟設計與施工經驗的基坑圍護方案。本著基坑工程“安全、合理、經濟、可行”的原則,經探討和比較,確定如下基坑圍護設計方案:

　　綜合考慮本工程周邊環境、道路管線分布、基坑面積及形狀、基坑開挖深度等因素,基坑圍護體采用鉆孔灌注樁結合外側設置雙排雙軸水泥土攪拌樁止水帷幕,基坑豎向設置兩道水平支撐系統,基坑采用順作法施工。

　　3.1.1支撐分區

　　根據基坑的平面形狀,并考慮到工期要求較高的因素,將地下車庫基坑劃分為A區、B區和C區三個區域。C區為車道,在A區、B區地下結構完成后施工,可以和A區、B區分開考慮,如圖3所示。而A區和B區支撐系統相互獨立,均能自成系統,A區采用鋼支撐系統,B區采用混凝土支撐系統,分區支撐的不同選型原因見下文分析。基坑開挖時A區和B區可同時設置支撐以及開挖施工,也可根據施工工期要求,在圍護體封閉的前提下,可提前施工A區第一道支撐,在B區砼支撐施工以及養護期間,可交叉進行A區基坑第一批土方的開挖,A區架設第二道鋼支撐期間可進行B區基坑第一批土方的開挖,其后在B區砼支撐施工以及養護過程中可進行A區第二批土方的開挖,如此循環反復,通過基坑的分區施工以及合理的施工流程安排,可大大加快基坑施工進度。

　　A區和B區基坑分先后進行支撐和挖土,固然可較大幅度的加快基坑工程的施工工期,但由于基坑形狀的因素,支撐系統受力方面存在不利的因素,如在A區支撐系統形成、B區支撐系統尚未形成之前,由于A區采用角撐+對撐的支撐型式,A區基坑開挖時將存在開口基坑面臨的普遍問題,即如何采取措施去平衡西面角撐通過第一道壓頂圈梁,或第二道鋼圍檁向東面傳遞的水平力?本方案考慮采取如下設計對策給予解決:

　　1)第一道支撐系統:北側的壓頂圈梁A和B區東西方向貫通,可平衡西側角撐傳遞過來的水平力,南側由于A區和B區分界位置存在陽角,為解決該位置水平力傳遞,方案中針對陽角位置坑內設置了角撐,坑外設置了拉桿。

　　2)第二道支撐系統:在A區型鋼圍檁與圍護樁之間設置有效的抗剪件,通過抗剪件提供的抗力去平衡西面角撐傳遞的水平力。

　　3.1.2圍護體的選型

　　通過多種圍護體型式的經濟、技術比較,最終確定基坑圍護體采用鉆孔灌注樁,鋼筋混凝土鉆孔灌注樁施工工藝成熟,施工時對周圍環境影響小。鉆孔灌注樁樁徑根據相應區域基坑的開挖深度,以及基坑開挖階段水平位移的控制要求等因素進行計算確定,本工程裙樓普遍區域采用Ф850@1050鉆孔灌注樁,主樓區域采用Ф950@1150的鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁圍護體外側設置Ф700@500雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕。C區深度較淺,且在車庫地下主體結構完工后施工,可以采用小企口鋼板樁圍護,具有打拔快、代價小、自止水的優點,考慮到對周圍環境的保護,在鋼板樁外圍加設單排水泥土攪拌樁作為止水帷幕,

　　巖土力學與工程論文范文二：

　　油井出砂，易形成油層砂埋或油管砂堵使油井停產;使地下及地面設備嚴重磨蝕、砂卡;出砂嚴重時還會引起井壁坍塌而損壞套管致使油井報廢。因此，防砂是一項十分重要的工作。一般對于疏松砂巖油藏，引起油井出砂的主要因素有兩個，即地質條件和開采因素。 砂巖油層的地質條件，主要包括油層的應力狀態、巖石的膠結狀態以及滲透率等;而開采因素則是人為可控的因素，在油藏開發過程中，固井質量差、射孔方案的制定或者油井工作制度選擇得不合理以及頻繁而又低質量地修井作業都可能引起油氣井出砂。

　　以中國某油田為例，該油田油藏平均埋深深達5700m左右，油層溫度140℃，初期地層壓力62MPa。油藏儲層為河砂巖，為屬具層狀特征的塊狀底水油藏。開發初期，因對其層狀特征認識不足，采用底部注水補充油藏能量但并未及時得到補充，致使自噴生產期未達到設計指標，于是很快就轉入機采生產。 油田產量回升，但隨之含水上升速度加快，油層出砂加劇。 油田生產已到了難以維持的地步。 由此可見，合理的開采制度對于易出砂區塊的開發生產具有十分重要的意義。

　　在油井的生產過程中，流體滲流而產生的對油層巖石，特別是近井地帶巖石的沖刷拖曳是油層出砂的重要原因。 對于一口已完成固井射孔的井來說，生產壓差越大，流體滲流速度越高，井壁附近流體對巖石的沖刷力就越大，從而使油層出砂的可能性增加。因此，制定合理穩定的排采制度能夠有效地預防減少出砂的風險。

　　1 油井出砂預測模型

　　出砂預測技術主要是建立在巖石力學和滲流力學相結合的基礎上，一般認為，巖石的出砂主要是由于巖石發生塑性變形后，砂體脫落流出并帶入井筒。 假設地層最大原地剪應力由抗剪強度決定的，在假設地層處于剪切破壞臨界狀態基礎上給出了地應力的計算模式;它不僅考慮了中間主應力的影響，還考慮了靜水壓力的作用，在國內外巖土力學與工程的數值計算分析中廣泛應用。

　　目前國內的出砂預測技術發展很快，對射孔完井預測模型來說，在假設射孔沿最大水平地應力和最小水平地應力兩個方向的前提下，通過對射孔孔壁地應力分布的研究，建立了油井出砂預測模型，以井眼圍巖應力場對射孔孔道穩定性的影響為基礎，考慮變溫應力和流體對巖石拖曳力的影響，建立一種動態射孔完井出砂預測模型，并在文獻中論證了考慮井壁附近井液拖曳力對井壁穩定性的影響的模型比常規模型更準確。

　　2 基于防砂的采油方案優化設計方法

　　當已知油井有出砂的可能時，制定合理的采油設計方案主要從兩方面考慮。 首先，建立一套合理穩定的排采制度可以減少因更換工作制度而對射孔段造成沖擊，因為開始生產以及停產時突然建立壓差將會對地層造成比正常生產嚴重得多的沖擊;其次，當油井有出砂的可能時，應該適量減小產量，而不能一味地追求高產而造成井下出砂。綜上所述，考慮預防出砂的有桿抽油系統設計方法可按如下步驟進行：

　　(1)繪制IPR曲線1;

　　(2)根據出砂預測模型計算出砂指數-井底流壓關系曲線2;

　　(3)由1與2確定該井的臨界井底流壓P;

　　(4)以某一略小于P的井底流壓為起始點，查找曲線1上對應的產量作為指定產量Q，應用多相管流公式計算井筒中的壓力分布，直到壓力低于保證最低沉沒度的壓力為止;

　　(5)計算沿井筒流體的充滿系數分布，繪制曲線3;

　　(6)由3選定充滿系數及泵吸入口壓力，確定出下泵深度;

　　(7)初設抽油桿直井從井口回壓向下進行桿管環空多相流計算，確定桿柱載荷;

　　(8)給定泵徑和初定泵效，確定沖程和沖次：

　　(9)進行桿柱設計。

　　圖1中曲線1為IPR曲線，曲線2為出砂指數+井底流壓關系曲線，曲線3為井筒壓降分布曲線，曲線4為延井筒分布的曲線，圖中陰影部分為易出砂區，在設計時應避免使用該區域的產量作為設計的目標產量。

　　3 結論與認識

　　(1)對于易出砂油田而言，基于防砂預測技術進行采油方案設計是系統防砂工作的重要組成部分。

　　(2)以井眼圍巖應力場對射孔孔道穩定性的影響為基礎，考慮變溫應力和流體對巖石拖曳力的影響建立的動態射孔完井出砂預測模型是一種較準確的出砂預測模型，用于判斷地層是否出砂有較高的準確性。

　　(3)在做易出砂井的優化設計方案時，不能單憑該井產能來設定目標產量，除此之外，還應該根據產能與出砂可能性的關系，適量地減小目標產量，從而達到防砂的目的。 需要補充的一點是，在進行出砂預測時，必須考慮到有桿泵是半程出油，因此預測模型中當量產量為實際產量的兩倍的問題。

　　推薦巖土力學于工程方向論文投稿期刊：力學與實踐

　　主辦單位：中國力學學會;中國科學院力學研究所

　　出版周期：雙月

　　ISSN：1000-0879

　　CN：11-2064/O3

　　期刊是一本在力學領域具有廣泛影響力的綜合性學術期刊，處于基礎力學研究與工程實踐應用的結合點。促進力學學科的發展，加強力學與工程實踐的聯系。一方面傳播力學基礎理論知識，另一方面展示力學在工程實際中的應用成果，推動力學科技成果轉化。

　　《力學與實踐》是傳播和報道與力學相關的前沿領域、工程應用、教學經驗和科學知識的綜合性學術刊物。它始終堅持科學性、實踐性、知識性、可讀性、時效性的辦刊宗旨，力求貼近公眾，貼近現代生活。它以工程技術人員、科研人員和院校師生為對象，幫助他們豐富力學知識，開闊視野，活躍學術思想，促進力學學科的發展，為國民經濟建設服務。刊登的文章力爭做到文字簡煉，深入淺出，形式多樣，生動活潑。

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