[發(fā)明專利]一種利用隨鉆監(jiān)測技術(shù)測試巖體強(qiáng)度的方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610858285.1
• 申請(qǐng)日: 2016-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN106321093B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李世海;馮春;郭汝坤;喬繼延;鄭炳旭;李戰(zhàn)軍;崔曉榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00;G01N3/08
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種利用隨鉆監(jiān)測技術(shù)測試巖體強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟100，在牙輪鉆機(jī)上安裝鉆桿進(jìn)尺實(shí)時(shí)測量裝置，鉆桿軸壓實(shí)時(shí)測量裝置，鉆桿扭矩實(shí)時(shí)測量裝置及鉆桿轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)測量裝置；

步驟200，選定鉆孔位置，調(diào)平牙輪鉆機(jī)，同時(shí)開啟無線接收裝置記錄鉆進(jìn)過程中的各個(gè)參量；

步驟300，在實(shí)驗(yàn)場開展鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)，獲得不同巖性下鉆桿軸壓、鉆桿轉(zhuǎn)速與進(jìn)尺速度及鉆桿扭矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

步驟400，對(duì)鉆孔附近一定范圍內(nèi)不同深度處的巖石進(jìn)行取樣，開展室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，以獲得不同深度處巖體的強(qiáng)度參數(shù)；

步驟500，借助理論分析，建立巖體強(qiáng)度參數(shù)與鉆桿軸壓、鉆桿轉(zhuǎn)速、進(jìn)尺速度、鉆桿扭矩之間的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系中包含鉆頭形狀這一待定系數(shù)；

所述理論分析具體為：

步驟501，牙輪鉆頭單齒壓入巖體中的應(yīng)力狀態(tài)采用半無限空間受法向集中力作用問題的布西內(nèi)斯科解，引入Drucker-Prager塑性準(zhǔn)則，建立壓力、粘聚力、內(nèi)摩擦角和單齒破巖體積之間的函數(shù)關(guān)系；

步驟502，根據(jù)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周單齒破巖體積的累積值，和通過進(jìn)尺計(jì)算的破巖總體積相等的原則，先建立單齒破巖體積和牙輪鉆宏觀工作參數(shù)之間的關(guān)系，再進(jìn)一步建立巖體強(qiáng)度和牙輪鉆宏觀工作參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；

步驟600，根據(jù)步驟300獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系及步驟400獲得的強(qiáng)度參數(shù)，求解步驟500中所述的待定系數(shù)，得到可根據(jù)鉆機(jī)工作參數(shù)計(jì)算施鉆位置巖體強(qiáng)度的計(jì)算公式；

步驟700，在測試區(qū)開展隨鉆測試，根據(jù)步驟600所獲得的計(jì)算公式，即可快速獲取不同鉆進(jìn)深度下的巖體強(qiáng)度參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

所述鉆桿進(jìn)尺實(shí)時(shí)測量裝置包括激光測距儀和數(shù)據(jù)無線發(fā)射裝置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

所述鉆桿軸壓實(shí)時(shí)測量裝置和所述鉆桿扭矩實(shí)時(shí)測量裝置分別包括應(yīng)變片和網(wǎng)絡(luò)式同步采集儀；所述鉆桿轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)測量裝置為轉(zhuǎn)速測量儀或轉(zhuǎn)速探頭。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步驟200中，鉆孔位置通過GPS或卷尺進(jìn)行定位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步驟400中的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為單軸壓縮實(shí)驗(yàn)及三軸實(shí)驗(yàn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步驟400中的巖體強(qiáng)度參數(shù)包括粘聚力、內(nèi)摩擦角。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

在步驟600中，確定待定系數(shù)的方法為曲線擬合法和線性回歸法。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

在步驟600中，所述的計(jì)算公式為將巖體強(qiáng)度表述為牙輪鉆工作參數(shù)的函數(shù)，然后通過牙輪鉆當(dāng)前工作參數(shù)計(jì)算巖體強(qiáng)度。

9.一種利用隨鉆監(jiān)測技術(shù)測試巖體強(qiáng)度的裝置，其特征在于，

包括提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的回轉(zhuǎn)小車，和與所述回轉(zhuǎn)小車連接以在巖土上鉆孔的鉆桿；在所述回轉(zhuǎn)小車上安裝有鉆桿進(jìn)尺實(shí)時(shí)測量裝置，在所述鉆桿上安裝有鉆桿軸壓實(shí)時(shí)測量裝置、鉆桿扭矩實(shí)時(shí)測量裝置和鉆桿轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)測量裝置，以及接收各測量裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線接收裝置。