[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用鉆能確定節(jié)理巖體模量比與強(qiáng)度比的測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010042710.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111206923B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何明明;龐帆;劉毅;王滈藤;楊貝貝;張志強(qiáng);李寧;陳蘊(yùn)生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E21B49/00
• 分類(lèi)號(hào): E21B49/00;E21B47/00
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 張皎

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用巖石鉆能確定節(jié)理巖體模量比與強(qiáng)度比的原位測(cè)試方法，具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1、場(chǎng)地利用隨鉆監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取扭矩、鉆壓、轉(zhuǎn)速和鉆速，計(jì)算節(jié)理巖體的鉆能；步驟2、對(duì)所述步驟1獲取的節(jié)理巖體的鉆能進(jìn)行歸一化處理；步驟3、計(jì)算節(jié)理巖體的非連續(xù)頻率；步驟4、計(jì)算節(jié)理巖體模量比和強(qiáng)度比。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的節(jié)理巖體的力學(xué)特性與室內(nèi)測(cè)試結(jié)果存在著較大差異的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程原位測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用巖石鉆能確定節(jié)理巖體模量比與強(qiáng)度比的原位測(cè)試方法。

背景技術(shù)

對(duì)于設(shè)計(jì)核廢料存儲(chǔ)空間，石油和天然氣存儲(chǔ)系統(tǒng)以及輸水隧道等巖石中的地下結(jié)構(gòu)，可靠地確定節(jié)理巖體的力學(xué)性能如強(qiáng)度比和模量比具有非常重要的意義。通常，由于節(jié)理巖體中的尺寸規(guī)則、不連續(xù)性及不均勻性，使用小型節(jié)理樣本的實(shí)驗(yàn)室無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定節(jié)理巖體的強(qiáng)度比和模量比，并且在整個(gè)過(guò)程中也很難避免試樣擾動(dòng)等人為因素的影響，使得節(jié)理巖體的力學(xué)特性與室內(nèi)測(cè)試結(jié)果存在著較大差異。當(dāng)前，原位測(cè)試巖體力學(xué)參數(shù)的獲取主要有二種途徑，一是憑經(jīng)驗(yàn)估算；二是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)方法的可靠性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性等均無(wú)法保證，而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法都耗時(shí)(一般幾周到幾個(gè)月)、昂貴(一組參數(shù)就需要十幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)不等)，且代表性差。由于室內(nèi)試樣試驗(yàn)擾動(dòng)較大，原位測(cè)試試驗(yàn)制約較多，尋求獲取節(jié)理巖體模量比與強(qiáng)度比的新方法，實(shí)現(xiàn)節(jié)理巖體原位確定方法就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用巖石鉆能確定節(jié)理巖體模量比與強(qiáng)度比的原位測(cè)試方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的節(jié)理巖體的力學(xué)特性與室內(nèi)測(cè)試結(jié)果存在著較大差異的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種利用巖石鉆能確定節(jié)理巖體模量比與強(qiáng)度比的原位測(cè)試方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、場(chǎng)地利用隨鉆監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取扭矩、鉆壓、轉(zhuǎn)速和鉆速，計(jì)算節(jié)理巖體的鉆能；

步驟2、對(duì)所述步驟1獲取的節(jié)理巖體的鉆能進(jìn)行歸一化處理；

步驟3、計(jì)算節(jié)理巖體的非連續(xù)頻率；

步驟4、計(jì)算節(jié)理巖體模量比和強(qiáng)度比。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1節(jié)理巖體的鉆能e計(jì)算具體如下：

其中，D₁和D₂表示鉆頭的外半徑和內(nèi)半徑；F表示鉆頭推力；v表示給進(jìn)速度；M表示鉆頭扭矩；w表示轉(zhuǎn)速。

步驟2歸一化處理具體如下：

其中，f表示鉆能歸一化結(jié)果，e_min表示一個(gè)鉆孔中最小鉆能，e_max表示一個(gè)鉆孔中最大鉆能，e表示節(jié)理巖體的鉆能，n是鉆能歸一化結(jié)果總數(shù)，表示鉆能歸一化結(jié)果的平均值，s表示鉆能標(biāo)準(zhǔn)偏差。

步驟3節(jié)理巖體的非連續(xù)頻率具體計(jì)算如下：

λ＝ζs???????????????????????(4)

其中，λ為非連續(xù)頻率，ζ表示鉆能系數(shù)，s為鉆能標(biāo)準(zhǔn)偏差。

石灰石鉆能系數(shù)ξ為0.065，凝灰?guī)r鉆能系數(shù)ξ為0.041，大理石鉆能系數(shù)ξ為0.1。

步驟4中模量比a_E具體計(jì)算如下：

其中，E_m是節(jié)理巖體變形模量；E_r是完整巖石的彈性模量；e是節(jié)理巖體的鉆能；λ是節(jié)理巖體的非連續(xù)頻率；η＝eζ/E_r。