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绪论 1

0.1引言 1

0.2热熔岩技术发展现状 1

0.2.1美国的热熔岩技术 3

0.2.2日本的热熔岩技术 7

0.2.3俄罗斯的热熔岩技术 7

0.2.4热熔岩技术研究的工程意义和价值 7

0.3热融冰技术发展现状 8

0.3.1背景 8

0.3.2美国的热融冰技术 10

0.3.3苏联的热融冰技术 12

0.3.4法国的热融冰技术 15

0.3.5澳大利亚和日本的热融冰技术 18

0.3.6热融冰技术评价 19

上篇 热熔岩技术 23

第1章 概述 23

第2章 热熔体流动方程和流动问题解法 27

2.1热熔体流动的基本方程 27

2.1.1问题的分类及数学表达 27

2.1.2适定性问题和求解条件 28

2.1.3正交曲线坐标系中的基本量 28

2.1.4正交曲线坐标系下的方程 30

2.2热熔体流动问题的解法 32

2.2.1基本假定和平衡方程 32

2.2.2热熔体流动问题的解法 34

2.3本章小结 39

第3章 热能在岩土中的传递问题 40

3.1热量传递过程的基本概念 40

3.1.1导热 40

3.1.2对流 40

3.1.3热辐射 40

3.1.4温度场 41

3.1.5等温面、温度梯度 41

3.1.6热流密度、热流、总热量 41

3.2热传导过程的分析 41

3.2.1热熔器表面温度变化时周围土体中的温度分布 42

3.2.2热熔器表面温度稳定时土体中的温度分布 46

3.2.3热熔过程中的热平衡 47

3.2.4热熔体的平均厚度和流动阻力 49

3.2.5全面钻进的热熔速度方程 51

3.3热熔器外土体中温度的实测结果及分析 52

3.3.1土体中各测点温度随时间的变化 52

3.3.2土体中各测点温度径向的变化 59

3.3.3各测点温度径向变化的数值模拟 60

3.4本章小结 61

第4章 热熔器的结构研究 62

4.1热熔器的设计原则 62

4.2热熔器的结构材料 63

4.2.1热熔器的壳体材料 63

4.2.2加热电阻 66

4.2.3隔热材料 67

4.3热熔器的外形 67

4.3.1热熔器的横截面 67

4.3.2热熔器的纵向截面形状 68

4.3.3热熔区的高度 70

4.3.4热熔器热熔区形状及参数的确定 70

4.4热熔器热熔区内部结构的研究 71

4.5新式热熔器的结构设计 72

4.5.1热熔器外形的主要尺寸 72

4.5.2热熔器的内部结构 72

4.5.3热熔器内部加热电阻设计 74

4.6本章小结 75

第5章 热熔钻进工艺的研究 77

5.1热熔钻进试验台 77

5.2热功率对钻进速度的影响 78

5.3钻压对钻进速度的影响 79

5.4其他因素对钻进速度的影响 80

5.4.1热熔器的高度对钻进速度的影响 81

5.4.2岩土体的导热性能对钻进速度的影响 81

5.5美国的热熔钻进野外试验 81

5.6俄罗斯的热熔钻进野外试验 83

5.7热熔钻进时的附属工具及配套设备 84

5.7.1设备 84

5.7.2机具 84

5.7.3实际操作注意事项 84

5.8本章小结 86

第6章 热熔岩过程中的孔壁挤密和硬壳的形成 87

6.1热熔岩过程中的孔壁挤密 87

6.2热熔岩过程中的孔壁硬壳形成机制 90

6.2.1渐进阶段 90

6.2.2衰退阶段 92

第7章 热熔岩技术应用前景与展望 96

7.1热熔岩技术施工冻土层勘探孔和天然气水合物勘探孔 96

7.2热熔岩技术施工地热井 96

7.2.1地热井施工的复杂性 96

7.2.2热熔法施工地热井时的优势 97

7.3热熔岩技术在资源开采中的应用前景 98

7.3.1在水井工程中的应用 98

7.3.2开采盐井 98

7.3.3石油勘探、开采井中的应用 98

7.4热熔岩技术在超深科学钻井中的应用前景 99

7.5热熔岩技术在土木工程中的应用 100

7.5.1地基改良和降水 100

7.5.2滑坡、露天矿和采石场边坡加固 100

7.5.3托换工程 100

7.5.4钻进桩基孔 100

7.5.5在非开挖施工中应用 101

下篇 热融冰技术 105

第8章 概述 105

8.1冰层钻进地层特点 105

8.2冰层取样研究内容及取样技术面临的主要问题 106

第9章 热融冰原理 109

9.1孔底接触热传导过程 109

9.2孔底流体热传导过程 118

第10章 热融冰钻具结构 124

10.1概述 124

10.2电加热钻具结构 125

10.3热水、蒸汽热融钻具 128

第11章 冰层钻进用钻井液 131

11.1冰层和冰雪覆盖层钻进用钻井液配方 131

11.2冰层钻进用钻井液相关参数 136

第12章 热融冰钻进工艺研究 139

12.1热融冰钻进工艺的室内研究 139

12.1.1试验台及试验方法 139

12.1.2试验研究结果 141

12.2热融冰钻进工艺的野外试验研究 149

12.3钻井液护壁条件下热融钻进工艺的完善方法 158

参考文献 163