【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土力学性质原位测试，更具体地，涉及一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法及系统。
技术介绍
1、在地下工程领域，准确预测岩体的抗压强度对于确保工程安全和优化施工设计至关重要。传统的岩体抗压强度确定方法通常依赖于岩芯样品的实验室测试，这些方法存在一些固有的局限性。首先，实验室测试需要从钻孔中取得岩芯样本，这个过程耗时且成本高昂。其次，由于岩芯在提取过程中可能会受到损坏，这可能会影响到测试结果的准确性。此外，实验室测试无法实现实时或快速的岩体强度预测，这在需要快速决策的施工现场尤其成问题。
2、准确测定岩体抗压强度对于岩土工程的设计与施工至关重要。传统的岩体抗压强度获取方法依赖于现场钻探取出的岩芯进行室内试验，如单轴压缩试验等。然而，这些方法存在明显局限性：一是对岩芯完整性要求高，且无法连续评估钻孔深度方向上的岩体抗压强度的变化，导致测试结果代表性不足；二是岩芯在运输和处理过程中易受损，影响测试精度。特别是对于上部破碎地层，岩芯采集困难且长度往往不足10厘米的要求，无法满足室内试验的样品需求。
3、为了克服这些限制，行业内开始探索利用随钻测试技术来预测岩体的物理力学性质。随钻测试技术能够在钻探过程中实时采集随钻参数，但如何从这些随钻参数中准确提取岩体抗压强度信息仍然是一个技术挑战。现有的数据处理方法无法有效区分钻进过程中的纯钻进数据，导致数据受干扰影响大，随钻参数无法准确反映钻孔过程数据。此外，现有基于钻头破岩理论的岩体强度预测方法，如中国专利cn117232951a公开了一种基于随
4、因此，需要一种新的基于随钻参数的岩体抗压强度预测方法和系统，该方法和系统要求能够快速且准确地处理随钻参数，提取关键信息，建立一个可靠的岩体抗压强度预测模型，以实现对钻孔全深度岩体抗压强度的实时预测。这种方法和系统要求能够提高岩体抗压强度预测的效率和准确度，同时保证预测结果的可靠性。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法及系统，其对采集的随钻参数执行数据处理，利用自动化区间划分算法提取纯钻进过程数据，并将其进行阶梯化处理。接着，依据修正的钻进压力和扭矩模型，计算得到钻孔全深度的破碎比功曲线。最终，结合岩芯回弹试验数据，建立破碎比功与岩体抗压强度之间的函数关系，从而得到钻孔全深度岩体抗压强度曲线。该方法不仅可提高岩体抗压强度预测效率和准确度，而且具有较高的可靠性。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，包括以下步骤：
3、步骤一，采集钻头过程中的随钻参数，并在钻探过程中，对岩芯进行收集和标注；
4、步骤二，对收集的岩芯样本进行回弹试验以获取岩芯的回弹值，并将该回弹值转化为单轴抗压强度值；
5、步骤三，利用钻进压力标定试验和扭矩模型以及步骤一获取的随钻参数计算钻孔各深度处的破碎比功值；
6、步骤四，将所述单轴抗压强度值和破碎比功值进行拟合，以构建两者之间的数学关系式，并根据该数学关系式绘制钻孔全深度的岩体抗压强度曲线图。
7、作为进一步优选的，步骤一中，所述随钻参数包括：钻进速度、钻杆转速、钻进压力和提升压力；
8、以1hz的采样频率连续记录所述随钻参数的数据。
9、作为进一步优选的，步骤一中，所述采集钻探过程中的随钻参数包括：
10、在加压钻进模式中，通过监测钻杆转速和油压判断钻机是否在钻进，利用钻进深度差值计算钻进速度，并设定速度阈值以区分正常钻进、钻杆提升、微抬升和下放过程，具体的：判断钻机档位，
11、若为后退，判断钻机转速是否为零，若为零，则钻机为停钻状态，删除对应数据，否则，判断ti时刻钻机提升油压是否大于0且钻机钻进油压是否等于0，若否，删除对应数据，重新调整钻杆长度，若是，计算，判断是否满足，若不满足，删除对应数据，重新调整钻杆长度，否则，减压钻进过程，并获取对应数据；
12、若为前进，判断钻机转速是否为零，若为零，则钻机为停钻状态，删除对应数据，否则，判断ti时刻钻机提升油压是否大于0且钻机钻进油压是否等于0，若否，删除对应数据，重新调整钻杆长度，若是，计算，判断是否满足，若不满足，删除对应数据，重新调整钻杆长度，否则，加压钻进过程，并获取对应数据；
13、上述式中，为ti时刻钻机钻进速度，为ti时刻位移传感器数值，为ti-1时刻位移传感器数值，为钻进速度阈值下限，为钻进速度阈值上限。
14、作为进一步优选的，步骤二中，使用回弹仪对放置在回弹承台上的岩芯样本进行回弹试验，以获取岩芯的回弹值，并将测得的回弹值转化为单轴抗压强度值。
15、作为进一步优选的，通过室内单轴压缩试验和回弹仪对不同强度的岩石进行测试，分别获得岩石的单轴抗压强度和回弹值，然后利用幂函数或指数函数对回弹数据进行非线性回归分析，建立岩石回弹值与单轴抗压强度之间的拟合关系式：
16、，
17、式中，ucs表示岩芯单轴抗压强度，r为回弹值。
18、作为进一步优选的，步骤三包括以下步骤：
19、首先，获得钻孔纯钻进过程速度曲线，并采用自动分割算法，将曲线阶梯化；
20、其次，采用钻进压力值计算钻进过程中的扭矩值，获得钻孔全深度的扭矩曲线；
21、最后，基于钻进压力、钻头扭矩、钻进速度和钻杆转速，构建破碎比功值计算模型，并根据该计算模型获得钻孔全深度的破碎比功曲线。
22、作为进一步优选的，所述破碎比功计算公式如下：
23、，
24、式中，表示破碎比功； f表示钻进压力； n表示钻杆转速；t表示钻头扭矩； a表示钻头破碎岩石的面积；表示钻进速度。
25、作为进一步优选的，所述单轴抗压强度值和破碎比功值间的映射关系包括：
26、，
27、式中，代表钻孔破碎比功，单位为。
28、按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定系统，包括：
29、第一主控模块，用于采集钻探过程中的随钻参数，并在钻探过程中，对岩芯进行收集和标注；
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【技术保护点】
1.一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，步骤一中，所述随钻参数包括：钻进速度、钻杆转速、钻进压力和提升压力；
3.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，步骤一中，所述采集钻探过程中的随钻参数包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，步骤二中，使用回弹仪对放置在回弹承台上的岩芯样本进行回弹试验，以获取岩芯的回弹值，并将测得的回弹值转化为单轴抗压强度值。
5.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，通过室内单轴压缩试验和回弹仪对不同强度的岩石进行测试，分别获得岩石的单轴抗压强度和回弹值，然后利用幂函数或指数函数对回弹数据进行非线性回归分析，建立岩石回弹值与单轴抗压强度之间的拟合关系：，
6.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，步骤
7.根据权利要求6所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，所述破碎比功计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，所述单轴抗压强度值和破碎比功值间的映射关系式为：，
9.一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定系统，其特征在于，所述第一主控模块包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，步骤一中，所述随钻参数包括：钻进速度、钻杆转速、钻进压力和提升压力；
3.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，步骤一中，所述采集钻探过程中的随钻参数包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，步骤二中，使用回弹仪对放置在回弹承台上的岩芯样本进行回弹试验，以获取岩芯的回弹值，并将测得的回弹值转化为单轴抗压强度值。
5.根据权利要求1所述的一种基于岩芯回弹和随钻参数的岩体抗压强度测定方法，其特征在于，通过室内单轴压缩试验和回弹仪对不同强度的岩石进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤华，张燕廷，王腾，马丹，吴振君，雷轶，张勇慧，杨彬，陈彦彤，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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