[發明專利]一種巖石單軸抗壓強度預測系統與方法

有效

• 申請號: 202010070800.6
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111220463B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 林鵬;石恒;許振浩;劉友博;余騰飛;卜澤華;王孝特
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/00;G01N29/07
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種巖石單軸抗壓強度預測系統與方法，包括點荷載強度測試模塊、縱波波速測試模塊、巖石回彈值測試模塊和強度預測模塊，縱波波速測試模塊用于對巖石進行縱波波速測試，并將巖石縱波波速傳遞給強度預測模塊；巖石回彈測試模塊用于對巖石進行回彈測試，并將巖石回彈值傳遞給強度預測模塊；點荷載強度測試模塊用于對點荷載試驗加載破壞后巖石破裂面進行圖像采集，計算巖石破裂面面積；強度預測模塊被配置為根據接收到的信息，根據預先設定的預測模型，輸出巖石的單軸抗壓強度預測結果。

技術領域

本公開屬于巖石抗壓強度測試領域，涉及一種巖石單軸抗壓強度預測系統與方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

巖石強度是巖體力學中最基本的參數，是隧道開挖方案選擇、隧道布置與支護、隧道突涌水災害防治等必不可少的基礎參數。《工程巖體分級標準》也將巖石單軸抗壓強度作為巖石堅硬程度的定量指標。采用實驗室單軸抗壓強度試驗獲取施工現場的巖石強度，常需要經過鉆機取芯、巖石運輸、標準件加工打磨、試驗機試驗、數據處理等五大步驟，而巖石取樣困難，獲得標準試樣成本高、巖石單軸抗壓強度確定時間長，很難滿足施工現場對巖石單軸抗壓強度實時獲取的要求。為了滿足施工現場對巖石強度測試的要求，現有技術中存在點載荷強度試驗，點載荷強度試驗可以針對不規則形狀、圓柱體試樣快速進行大量試驗，是一種簡易快速地測定巖石強度的試驗方法，可以通過測試點載荷強度間接獲得其單軸抗壓強度。但是該方法存在一定缺陷，巖石破裂后面積測量不準，利用點荷載強度預測單軸抗壓強度預測精確度不高。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種巖石單軸抗壓強度預測系統與方法，本公開能夠快速獲取巖石點荷載強度、巖石波速和巖石回彈值，利用機器學習技術預測巖石巖性并選擇對應的巖石強度預測模型，提供單軸抗壓強度預測結果。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種巖石單軸抗壓強度預測系統，包括點荷載強度測試模塊、縱波波速測試模塊、巖石回彈值測試模塊和強度預測模塊，其中：

所述縱波波速測試模塊用于對巖石進行縱波波速測試，并將巖石縱波波速傳遞給強度預測模塊；

所述巖石回彈測試模塊用于對巖石進行回彈測試，并將巖石回彈值傳遞給強度預測模塊；

所述點荷載強度測試模塊包括點荷載試驗機、巖石破裂面采集模塊和巖石破裂面面積計算模塊，所述點荷載試驗機對巖石進行點荷載試驗，并將點荷載應力和巖石變形量數據傳輸給強度預測模塊，所述巖石破裂面采集模塊對點荷載試驗加載破壞后巖石破裂面進行圖像采集，所述巖石破裂面面積計算模塊對圖像采集結果進行處理，計算巖石破裂面面積；

所述強度預測模塊被配置為根據接收到的信息，以及預先訓練好的神經網絡模型，輸出巖石的單軸抗壓強度預測結果。

作為可能的實施方式，所述點荷載試驗機包括基座、上錐形壓頭、彈性件、支撐橫梁、支撐柱、千斤頂和下錐形壓頭，其中，基座上設置有兩個垂直于基座的支撐柱，兩個支撐柱之間設置有支撐橫梁一和支撐橫梁二，所述支撐橫梁二上固定有下錐形壓頭，基座上設置有千斤頂，所述千斤頂能夠帶動支撐橫梁一和上錐形壓頭上下移動，所述上錐形壓頭和下錐形壓頭相對設置，所述彈性件設置于支撐柱或支撐橫梁二上，能夠將巖石活動固定于上錐形壓頭和下錐形壓頭之間。

所述點荷載試驗機還包括位移計和壓力傳感器，所述壓力傳感器檢測上錐形壓頭或下錐形壓頭的壓力，所述位移計固定于支撐柱上，能夠采集巖石的變形量。

作為可能的實施方式，所述彈性件包括彈性繩和彈性網兜，所述彈性繩的一端設置于支撐柱或支撐橫梁上，另一端連接彈性網兜，所述彈性網兜內部用于容納巖石。