岩体性质与劣化特征随钻评价方法技术

本申请属于岩土工程勘察技术领域，涉及一种岩体性质与劣化特征随钻评价方法。所述方法包括：利用装配取芯钻头的数字钻探装备对待评价岩体开展数字钻探试验，获取所述待评价岩体的随钻参数和所述随钻参数对应的响应特征；根据所述待评价岩体的随钻参数对应的响应特征，确定所述待评价岩体的完整性系数计算公式；利用数字钻探装备开展地下工程围岩数字钻探试验，基于所述完整性系数评价围岩的完整程度；根据所述待评价岩体的完整性系数、劣化系数和等效强度，建立劣化性质随钻评价模型。采用本申请可进行岩体强度与完整程度的原位准确测试，实现岩体性质与劣化特征随钻评价。实现岩体性质与劣化特征随钻评价。实现岩体性质与劣化特征随钻评价。

【技术实现步骤摘要】
岩体性质与劣化特征随钻评价方法


[0001]本申请涉及岩土工程勘察
，特别是涉及一种岩体性质与劣化特征随钻评价方法。

技术介绍

[0002]深部地质情况极为复杂，随着矿山巷道、交通隧道等地下工程不断的向深部发展，岩体裂隙发育、破碎严重，极易出现支护体系破断失效等问题，导致巷道围岩大变形、冒顶、严重底臌等安全事故频发。岩体劣化性质的评价是硐室支护合理设计与安全控制的前提。
[0003]现有技术中，岩体劣化性质的评价通常是对围岩进行取芯，将岩芯运送到实验室进行强度和完整程度测试。由于取芯和运送的过程中易造成岩芯破裂、破坏，导致测试结果误差较大。
[0004]由此，在进行岩体劣化性质的测试时，如何提高测试准确度是一个需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种岩体性质与劣化特征随钻评价方法。
[0006]第一方面，提供了一种岩体性质与劣化特征随钻评价方法，所述方法包括：利用装配取芯钻头的数字钻探装备对待评价岩体开展数字钻探试验，获取所述待评价岩体的随钻参数和所述随钻参数对应的响应特征；根据所述待评价岩体的随钻参数对应的响应特征，确定所述待评价岩体的完整性系数计算公式，如下：其中，RID为完整性系数，M为扭矩，F为钻压，H为总钻进深度，L
Mi
为扭矩识别的第i个裂隙的宽度，M
a
为扭矩临界值，L
Fi
为钻压识别的第i个裂隙的宽度，F
b
为钻压临界值，n为裂隙总数目，i=1,2
…ꢀ
n；利用数字钻探装备开展地下工程围岩数字钻探试验，基于所述完整性系数评价围岩的完整程度；根据所述待评价岩体的完整性系数、劣化系数和等效强度，建立劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类。
[0007]作为一种可选的实施方式，所述利用数字钻探装备开展地下工程围岩数字钻探试验，基于所述完整性系数评价围岩的完整程度，包括：若所述完整性系数大于等于第一阈值，且小于等于第二阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为极破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第二阈值，且小于等于第三阈值，则确定所述待评价
围岩的完整程度为中等破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第三阈值，且小于等于第四阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为较破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第四阈值，且小于等于第五阈值，则确定所述待评价岩体的围岩的完整程度为完整围岩。
[0008]作为一种可选的实施方式，所述根据所述待评价岩体的完整性系数、劣化系数和等效强度，建立所述待评价岩体的劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类，包括：根据所述随钻参数，确定所述待评价岩体的所述等效强度；根据所述待评价岩体的完整性系数、所述劣化系数、所述等效强度和预先建立的劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类。
[0009]作为一种可选的实施方式，所述岩体的随钻参数包括：钻速，转速，钻压和扭矩；所述根据所述随钻参数，确定所述待评价岩体的等效强度公式为：其中，ECS为等效强度，N为钻头转速，V为钻进速度，M为钻进扭矩，F为钻进压力，R为钻头半径，L1、L2、L3为各列切削刃长度，α、β为拟合系数，μ为摩擦系数。
[0010]作为一种可选的实施方式，所述根据所述待评价岩体的完整性系数、所述劣化系数和所述等效强度，建立劣化性质随钻评价模型的公式为：DCS=k
v
×
RID
×
ECS其中，DCS为岩体劣化强度，k
v
为劣化系数，RID为完整性系数，ECS为等效强度。
[0011]作为一种可选的实施方式，所述数字钻探装备包括导向钻进系统、液压伺服系统、监测控制系统、测试辅助系统和取芯钻头，具备钻速
‑
转速和钻压
‑
转速两种控制监测模式，能够实现地下工程围岩钻探过程中的随钻参数精确控制和实时监测；所述取芯钻头为金刚石复合片钻头，由多组方形金刚石复合片嵌入环形胎体内部，形成的切削环刃。
[0012]第二方面，提供了岩体性质与劣化特征随钻评价装置，所述装置包括：获取模块，用于利用装配取芯钻头的数字钻探装备对待评价岩体开展数字钻探试验，获取所述待评价岩体的随钻参数和所述随钻参数对应的响应特征；确定模块，用于根据所述待评价岩体的随钻参数对应的响应特征，确定所述待评价岩体的完整性系数计算公式，如下：其中，RID为完整性系数，M为扭矩，F为钻压，H为总钻进深度，L
Mi
为扭矩识别的第i个裂隙的宽度，M
a
为扭矩临界值，L
Fi
为钻压识别的第i个裂隙的宽度，F
b
为钻压临界值，n为裂隙总数目，i=1,2
…ꢀ
n；评价模块，用于利用数字钻探装备开展地下工程围岩数字钻探试验，基于所述完整性系数评价围岩的完整程度；
建立模块，用于根据所述待评价岩体的完整性系数、劣化系数和等效强度，建立劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类。
[0013]作为一种可选的实施方式，所述评价模块，具体用于：若所述完整性系数大于等于第一阈值，且小于等于第二阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为极破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第二阈值，且小于等于第三阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为中等破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第三阈值，且小于等于第四阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为较破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第四阈值，且小于等于第五阈值，则确定所述待评价岩体的围岩的完整程度为完整围岩。
[0014]作为一种可选的实施方式，所述建立模块，具体用于：根据所述随钻参数，确定所述待评价岩体的所述等效强度；根据所述待评价岩体的完整性系数、所述劣化系数和所述等效强度，建立劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类。
[0015]作为一种可选的实施方式，所述数字钻探装备包括导向钻进系统、液压伺服系统、监测控制系统、测试辅助系统和取芯钻头，具备钻速
‑
转速和钻压
‑
转速两种控制监测模式，能够实现地下工程围岩钻探过程中的随钻参数精确控制和实时监测；所述取芯钻头为金刚石复合片钻头，由多组方形金刚石复合片嵌入环形胎体内部，形成的切削环刃。
[0016]第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的方法步骤。
[0017]第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法步骤。
[0018]本申请提供了一种岩体性质与劣化特征随钻评价方法，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本申请在通过数字钻探装备钻进岩体的过程中，直接确定出围岩的完整程度和岩体劣化强度。一方面，不需要从岩体中取出岩芯，保护了岩体的完整性，节省了取芯和运往实验室的费用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩体性质与劣化特征随钻评价方法，其特征在于，所述方法包括：利用装配取芯钻头的数字钻探装备对待评价岩体开展数字钻探试验，获取所述待评价岩体的随钻参数和所述随钻参数对应的响应特征；根据所述待评价岩体的随钻参数对应的响应特征，确定所述待评价岩体的完整性系数计算公式，如下：其中，RID为完整性系数，M为扭矩，F为钻压，H为总钻进深度，L
Mi
为扭矩识别的第i个裂隙的宽度，M
a
为扭矩临界值，L
Fi
为钻压识别的第i个裂隙的宽度，F
b
为钻压临界值，n为裂隙总数目，i=1,2
…ꢀ
n；利用数字钻探装备开展地下工程围岩数字钻探试验，基于所述完整性系数评价围岩的完整程度；根据所述待评价岩体的完整性系数、劣化系数和等效强度，建立劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用数字钻探装备开展地下工程围岩数字钻探试验，基于所述完整性系数评价围岩的完整程度，包括：若所述完整性系数大于等于第一阈值，且小于等于第二阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为极破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第二阈值，且小于等于第三阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为中等破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第三阈值，且小于等于第四阈值，则确定所述待评价围岩的完整程度为较破碎围岩；若所述完整性系数大于所述第四阈值，且小于等于第五阈值，则确定所述待评价岩体的围岩的完整程度为完整围岩。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待评价岩体的完整性系数、劣化系数和等效强度，建立所述待评价岩体的劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类，包括：根据所述随钻参数，确定所述待评价岩体的所述等效强度；根据所述待评价岩体的完整性系数、所述劣化系数和所述等效强度，建立劣化性质随钻评价模型，实现围岩劣化性质分类。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述岩体的随钻参数包括：钻速，转速，钻压和扭矩；所述根据所述随钻参数，确定所述待评价岩体的等效强度公式为：其中，ECS为等效强度，N为钻头转速，V为钻进速度，M为钻进扭矩，F为钻进压力，R为钻头半径，L1、L2、L3为各列切削刃长度，α、β为拟合系数，μ为摩擦系数。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述待评价岩体的完整性系数、
所述劣化系数和所述等效强度，建立劣化性质随钻评价模型的公式为：DCS=k
v
×
RID
×

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，蔡松林，江贝，高红科，马凤林，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：