• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제49권4호
• /
• pp.427-448
• /
• 2014

At present, the time of easy oil and gas is over. Now, the largest part of fossil fuels is concentrated in the deepest levels of tectonic structures and in the sea shelves. One of the most cumbersome operations of their extraction is the bore-hole drilling. In connection with austere tectonic and climate conditions, their drivage every so often is associated with great and diversified technological difficulties causing emergencies on frequent occasions. As a rule, they are linked with drill string accidents. A key role in prediction of these situations should play methods of theoretical modelling. For this reason, there is a growing need for development and implementation of new numerical methods for computer simulation of critical and post-critical behavior of drill strings (DSs). In this paper, the processes of non-linear deforming of a DS in cylindrical cavity of a deep bore-hole are considered. On the basis of the theory of curvilinear flexible rods, non-linear constitutive differential equations are deduced. The effects of the longitudinal non-uniform preloading, action of torque and interaction between the DS and the bore-hole surface are taken into account. Owing to the use of curvilinear coordinates in the constraining cylindrical surface and a specially chosen concomitant reference frame, it became possible to separate the desired variables and to reduce the total order of the equation system. To solve it, the method of continuation the solution by parameter and the transfer matrix technique are applied. As a result of the completed numerical analysis, the critical states of the DS loading in the cylindrical channels of inclined bore-holes are found. It is shown that the modes of the post-critical deforming of the DS are associated with its irregular spiral curving prevailing in the zone of bottom-hole-assembly. The possibility of invariant state generation during post-critical deforming is established, condition of its bifurcation is formulated. It is shown that infinite variety of loads can correspond to one geometrical configuration of the DS. They differ each from other by contact force functions.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.25-37
• /
• 2019

대표적인 지하 공동 복구공법인 개착 공법은 공사비 및 시공시간의 문제를 드러내고 있으며, 이를 해결하기 위한 다양한 비 개착식 공법이 제시되고 있다. 팽창재료를 이용한 지하 공동 복구공법은 비 개착식 공법 중 하나로 공법의 원리는 다음과 같다. 아스팔트층에 천공된 구멍을 통해 양질의 되메움토와 팽창재료를 공동 내로 투입하면, 투입된 팽창재료에 의해 주변 되메움토가 아직 채워지지 않은 빈 공간으로 밀려남과 동시에 다져지면서 공동을 복구하는 원리이다. 본 연구에서는 공동을 모사한 아크릴 토조에 팽창재료를 이용한 지하공동 복구공법을 시공하였다. 공동의 복구효율은 팽창재료의 투입 위치와 개수에 따른 공동의 채움율과 상대 다짐도로 분석하였으며, 실험결과 공동의 복구효율과 최적 시공 위치는 무관한 것으로 확인되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제12권6호
• /
• pp.407-416
• /
• 2010

현재 널리 적용되고 있는 대표적인 터널보조공법인 강관다단그라우팅공법은 그라우팅 기술을 도입하여 지반의 물성치를 개선하는 개념이나, 풍화토 지반조건에서는 그라우트재 주입 시 입자의 막힘현상으로 주입범위가 극히 제한되어 계획했던 보강 범위 형성이 어려운 문제가 있다. 본 연구에서는 천공홀 가압 팽창 개념을 도입하여 터널 막장면에 Umbrella Type으로 천공홀을 설치하고 팽창형 강관을 삽입하여 터널을 보강하는 신공법에 대한 연구를 수행하였다. 신공법은 삽입된 강관을 팽창시킴으로서 주변 지반 다짐으로 인한 지반응력상태 변화를 유도하고 이로 인하여 터널 굴착에 의한 지반 거동을 안정하게 하는 공법이다. 본 연구에서는 천공홀 팽창으로 인한 주변 지반의 거동을 연구하기 위해서 챔버모형을 실시하였다. 세 가지 형태의 시험적인 팽창관에 대해 팽창 실험을 실시하여 천공홀 벽면에서의 응력과 변위를 이론과 챔버모형실험을 모델링한 수치해석 결과와 실험결과를 비교하였으며, 그 결과가 유사한 것을 확인하였다. 신공법의 터널 보강 효과를 평가하기 위하여 신공법과 강관다단그라우팅공법을 적용한 2차원 터널 수치해석과 Trapdoor 모형토조실험을 수행하였으며, 수치해석 결과와 실험 결과에서 모두 삼방향 팽창형 강관(하부 방향 무가압) 신공법을 적용하였을 경우에 터널 굴착 시 내공변위가 감소하는 결과를 보여주어 신공법의 적용가능성을 확인하였다.