[發明專利]一種搭載于TBM的巖石力學綜合試驗及信息評價系統

有效

• 申請號: 202011225475.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112504838B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 鄔愛清;韓曉玉;盧波;劉元坤;周黎明;王復興;胡偉;汪斌;董志宏;張宜虎;周春華;范雷;余美萬;李玉婕;王法剛
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/12;G01N3/00;G01N3/06
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

1.一種搭載于TBM的巖石力學綜合試驗及信息評價系統，其特征在于：包括巖石力學綜合試驗系統及信息評價系統，所述巖石力學綜合試驗系統包括超前地質取心鉆機、巖石力學試驗組件、巖石可鉆性試驗組件、巖石聲波測試組件、鉆孔錄像和聲波測試組件、水壓致裂法地應力試驗組件；

所述超前地質取心鉆機用于對掌子面進行鉆孔取心，利用超前地質取心鉆孔的成孔情況和巖心編錄數據定性和定量了解地質信息，所述地質信息包括隧道掘進方向巖體巖性、風化程度、完整性、結構面信息、巖石質量指標RQD參數，所述超前地質取心鉆機在不同深度的鉆孔取心被打磨成標準試樣；

所述巖石可鉆性試驗組件，用于對標準試樣開展可鉆性測試，獲得SJ值、圓盤磨損指數DWI以及巖石的脆性特征參數BI；

所述巖石聲波測試組件主要由巖石聲波測試儀組成，用于對標準試樣測試以獲取巖石取心試樣縱波波速V_pr；

所述巖石力學試驗組件用于標準試樣的單軸壓縮試驗或點荷載強度試驗，得到巖石飽和抗壓強度R_c；

所述鉆孔錄像和聲波測試組件用于獲取掌子面前方巖體的完整性情況、巖體結構面信息以及巖體縱波波速V_pm；

所述水壓致裂法地應力試驗組件用于獲取鉆孔橫截面的地應力場特征數據，包括最大主應力σ_A、最小主應力σ_B量值和σ_A方向；

所述信息評價系統用于收集超前地質取心鉆孔反映的地質信息和所有一手試驗數據，進行巖體質量指標計算、TBM掘進安全性評價、可掘性評價以及施工預測；

將水壓致裂法地應力測試引入TBM掘進探測，為掘進安全性和可掘性提供近場一手地應力特征參數，所述鉆孔表述的地應力場特征數據可認定為隧道橫截面的初始應力場特征數據，試驗所得取鉆孔橫截面的最大主應力σ_A可認定為隧道截面最大主應力σ_max，即令σ_max＝σA；

所述信息評價系統依據不同鉆孔深度的巖體縱波波速V_pm和巖石取心試樣縱波波速V_pr得到巖體完整性系數K_v，計算公式為式(2)：

K_v＝(V_pm/V_pr)² (2)

然后利用公式(3)計算巖體基本質量指標BQ：

BQ＝100+3R_c+250K_v (3)

由所述巖體基本質量指標BQ結合鉆孔地質信息中地下水出露情況可估計地下水影響修正系數K₁；

由鉆孔聲波和錄像測試結果和巖心描述所得地質信息獲得主要結構面產狀影響修正系數K₂；

由地應力測試結果和巖石強度參數R_C得到初始應力狀態修正系數K₃；

由BQ指標和修正系數K₁、K₂、K₃獲得巖體質量指標[BQ]：

[BQ]＝BQ-100(K₁+K₂+K₃) (4)

依據BQ或[BQ]指標，結合鉆孔聲波和錄像測試結果和巖心描述所得巖體完整性、軟硬巖分類等地質信息獲得巖體基本質量分級；

結合巖體基本質量級別和洞室開挖跨度數據，進行隧道巖體自穩能力評價；

所述信息評價系統綜合巖體質量指標[BQ]、可鉆性試驗參數BI、SJ和DWI，以及地應力測試結果參數σ_A對巖體可掘性進行評價，采用公式(5)形式的多元回歸分析方法提出可掘性參數FPI：

FPI＝f(BI，SJ，DW1，[BQ]，σ_A) (5)。