一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖土工程勘察技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于，包括：建立待測試對象的鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)參數(shù)，依據(jù)所述量化對應(yīng)關(guān)系獲取對應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)；其中，據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況將待測對象分為不同區(qū)段，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明提供了一種可靠性強(qiáng)、便捷可靠，適用范圍廣的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法。
【專利說明】
一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及巖土工程勘察技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性 原位鉆進(jìn)測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要，已有越來越多的工程建設(shè)在深部地下開展，如水利 水電工程的地下隧洞和廠房、交通工程中的深埋隧洞、礦山工程中的深部采場、能源貯備和 核廢料深部處置中的洞室，以及滿足生物與地球物理學(xué)研究的深部科學(xué)計(jì)劃一深部地下實(shí) 驗(yàn)室等。
[0003] 多年來，深部高地應(yīng)力地下工程勘察一直以來都是國內(nèi)外一個(gè)十分重要的研究課 題。目前，深部地下工程的勘察還處于探索和積累經(jīng)驗(yàn)階段，不僅需要工程地質(zhì)分析、評價(jià) 理論的豐富與完善，更需要勘察技術(shù)與方法的突破與創(chuàng)新。鉆孔作為深部地下工程勘察手 段之一能直接有效的了解地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶等基本地質(zhì)條件，通過巖芯觀察判斷隧 洞圍巖類別，通過在鉆孔內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)與測試工作，獲得深部巖體物理力學(xué)參數(shù)等。
[0004] 眾所周知，巖體的力學(xué)特性是評價(jià)工程巖體穩(wěn)定性的主要參數(shù)，然而現(xiàn)有技術(shù)多 采用實(shí)時(shí)重復(fù)采樣測量，整體評價(jià)的可靠性受采樣情況的影響較大；同時(shí)操作復(fù)雜，尤其是 深部地下，方法單一，自動(dòng)化程度低，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法及裝置，解決現(xiàn) 有技術(shù)中深部地下巖體力學(xué)特性測量方法單一，效率低，可靠性低，勞動(dòng)強(qiáng)度大的技術(shù)問 題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn) 測試方法，包括：
[0007]建立待測試對象的鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系；
[0008] 根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)參數(shù)，依據(jù)所述量化對應(yīng)關(guān)系獲取對應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)；
[0009] 其中，據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況將待測對象分為不同區(qū)段，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù) 的量化對應(yīng)關(guān)系。
[0010]進(jìn)一步地，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系包括以下步驟：
[0011]通過鉆機(jī)執(zhí)行鉆進(jìn)操作；
[0012]在鉆進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)獲取鉆進(jìn)參數(shù)以及此刻的鉆孔巖芯；
[0013] 對所述鉆孔巖芯進(jìn)行試驗(yàn)并根據(jù)巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得對應(yīng)區(qū)段巖體的力學(xué)參數(shù)；
[0014] 建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系；
[0015]其中，所述鉆進(jìn)參數(shù)包括:鉆進(jìn)速度以及鉆孔孔壁圖像;所述鉆進(jìn)速度、鉆孔孔壁 圖像以及所述鉆孔巖芯依據(jù)采集位置相互對應(yīng)。
[0016]進(jìn)一步地的，所述鉆孔孔壁圖像包括:鉆孔壁360°圖像；
[0017] 所述鉆孔壁360°圖像通過數(shù)字化處理得到鉆孔孔壁的平面展開圖和鉆孔巖芯圖， 獲得鉆孔內(nèi)巖體裂隙的分布情況、巖性及風(fēng)化程度，并以此進(jìn)行區(qū)段劃分，并標(biāo)記。
[0018] 進(jìn)一步地，將標(biāo)記的區(qū)段、鉆進(jìn)速度以及此區(qū)段的巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合，獲得包 含巖體裂隙的分布情況、鉆進(jìn)速度以及巖體力學(xué)參數(shù)的量化關(guān)系。
[0019] 進(jìn)一步地，在鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定始終不變。
[0020] 進(jìn)一步地，所述巖體力學(xué)參數(shù)包括:巖體的彈性模量(Em)、粘聚力（c)及內(nèi)摩擦角 ((；)
[0021] -種深地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試裝置，包括:鉆進(jìn)設(shè)備；
[0022] 鉆進(jìn)測量單元，設(shè)置在所述鉆進(jìn)設(shè)備上，跟隨其動(dòng)作，獲取實(shí)時(shí)鉆進(jìn)速度及鉆進(jìn)距 離；
[0023] 攝像單元，實(shí)時(shí)獲取鉆孔孔壁圖像；
[0024] 數(shù)字處理單元，分別與所述鉆進(jìn)測量單元以及所述鉆進(jìn)攝像單元相連，獲取鉆進(jìn) 速度、鉆進(jìn)距離以及鉆孔孔壁圖像；
[0025] 其中，依據(jù)所述鉆孔孔壁圖像將鉆孔巖芯，依據(jù)巖性、巖體裂隙度及風(fēng)化程度分區(qū) 段并標(biāo)記，并將區(qū)段標(biāo)記存儲(chǔ)在所述數(shù)字處理單元;同一區(qū)段具備相似的特征；
[0026] 將所述鉆進(jìn)設(shè)備收集的鉆孔巖芯進(jìn)行試驗(yàn)，并依據(jù)巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得巖體力學(xué)參 數(shù)，存儲(chǔ)在所述數(shù)字處理單元；
[0027] 所述數(shù)字處理單元將區(qū)段的標(biāo)記、鉆進(jìn)速度以及其力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合。
[0028] 進(jìn)一步地，所述鉆進(jìn)測量單元包括:測速測距傳感器;實(shí)時(shí)記錄鉆進(jìn)速度和到原位 點(diǎn)的距離。
[0029] 進(jìn)一步地，所述攝像單元包括:鉆孔攝像儀;獲取鉆孔孔壁圖像。
[0030] 進(jìn)一步地，所述數(shù)字處理單元包括:工控機(jī)。
[0031] 本申請實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
[0032] 本申請實(shí)施例中提供的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，通過建 立實(shí)施鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化關(guān)系，使得實(shí)時(shí)測量時(shí)，通過鉆進(jìn)參數(shù)便捷的得到 對應(yīng)巖體的力學(xué)特性參數(shù)，大大提升了測量的可靠性;另一方面，也大大降低了巖體實(shí)時(shí)測 量的勞動(dòng)量，提升了測量效率和自動(dòng)化程度，更能推廣到類似的巖體，適應(yīng)范圍擴(kuò)大。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鉆孔深度隨時(shí)間變化的全過程曲線；
[0034] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的鉆進(jìn)速度隨孔深變化的全過程曲線；
[0035] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鉆孔巖體巖芯區(qū)段劃分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈性模量Em與鉆進(jìn)速度的定量關(guān)系擬合曲線；
[0037] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的粘聚力c與鉆進(jìn)速度的定量關(guān)系擬合曲線；
[0038] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)摩擦角識與鉆進(jìn)速度的定量關(guān)系擬合曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 本申請實(shí)施例通過提供一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法及 裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中深部地下巖體力學(xué)特性測量方法單一，效率低，可靠性低，勞動(dòng)強(qiáng)度 大的技術(shù)問題;達(dá)到了提升可靠性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升測試效率和自動(dòng)化程度的技術(shù)效 果。
[0040]為解決上述技術(shù)問題，本申請實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：一種深部地 下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于，包括：
[0041 ]建立待測試對象的鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系；
[0042]根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)參數(shù)，依據(jù)所述量化對應(yīng)關(guān)系獲取對應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)；
[0043]其中，據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況將待測對象分為不同區(qū)段，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù) 的量化對應(yīng)關(guān)系。
[0044] 通過上述內(nèi)容可以看出，通過鉆進(jìn)以及實(shí)時(shí)測量操作，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué) 特性的量化關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)后續(xù)針對此巖體對象或者類似對象的簡化測量；即僅需要知道 鉆進(jìn)參數(shù)，并結(jié)合鉆孔圖像就可以獲得對應(yīng)的力學(xué)特性參數(shù)，而不需要在取出巖芯進(jìn)行一 系列實(shí)驗(yàn)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和復(fù)雜程度;同事也大大提升了后續(xù)試驗(yàn)的效率。
[0045] 為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對本申請技 術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實(shí)施例 以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0046] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，包 括：
[0047]建立待測試對象的鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系；
[0048] 根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)參數(shù)，依據(jù)所述量化對應(yīng)關(guān)系獲取對應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)；
[0049] 其中，據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況將待測對象分為不同區(qū)段，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù) 的量化對應(yīng)關(guān)系。
[0050] 即，將以巖體內(nèi)部不同地質(zhì)情況，劃分成不同區(qū)段，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù) 的量化對應(yīng)關(guān)系，從而提供一種可靠的適應(yīng)性。具體來講，實(shí)時(shí)測量的每個(gè)區(qū)段構(gòu)成一個(gè)樣 本參數(shù)集合，可以通過收集多個(gè)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，形成穩(wěn)定可靠的對應(yīng)量化關(guān)系，大大提 升其數(shù)據(jù)精度和可靠性。
[0051 ]建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系包括以下步驟：
[0052]首先，通過鉆機(jī)執(zhí)行鉆進(jìn)操作;在鉆進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)獲取鉆進(jìn)參數(shù)以及此刻的鉆孔 山一H- 石心；
[0053]對所述鉆孔巖芯進(jìn)行試驗(yàn)并根據(jù)巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得其對應(yīng)巖體的力學(xué)參數(shù)；
[0054] 建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系；
[0055] 其中，所述鉆進(jìn)參數(shù)包括:鉆進(jìn)速度以及鉆孔孔壁圖像;所述鉆進(jìn)速度、鉆孔孔壁 圖像以及所述鉆孔巖芯依據(jù)采集位置相互對應(yīng)。
[0056] 即，確立某一區(qū)段巖芯，并將其通過試驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的巖體力學(xué)參數(shù)，而后根據(jù) 巖體力學(xué)強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行數(shù)據(jù)換算，得到實(shí)際巖體力學(xué)參數(shù)。
[0057] 并進(jìn)一步，將此刻的鉆進(jìn)速度、鉆孔孔壁圖像以及區(qū)段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成鉆進(jìn)參數(shù)與 力學(xué)參數(shù)的關(guān)聯(lián)。其中，力學(xué)參數(shù)可以是任何可行參數(shù)組合;本實(shí)施例提供的巖體力學(xué)參數(shù) 組合包括:巖體的彈性模量E m、粘聚力C及內(nèi)摩擦角妒_??
[0058]所述鉆孔孔壁圖像包括:鉆孔壁360°圖像;依據(jù)所述鉆孔壁360°圖像顯示的巖壁 情況，將所述鉆孔巖芯分成區(qū)段，并標(biāo)記。即，通過對圖像的分析，具體的將待測試巖體劃分 成幾個(gè)不同區(qū)段，形成若干個(gè)關(guān)聯(lián)集合。
[0059] 所述鉆孔壁360°圖像通過數(shù)字化處理得到鉆孔孔壁的平面展開圖和鉆孔巖芯圖， 獲得鉆孔內(nèi)巖體裂隙的分布情況，并以此進(jìn)行區(qū)段劃分。
[0060] 進(jìn)一步地，將標(biāo)記的區(qū)段、鉆進(jìn)速度以及此區(qū)段的巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合，獲得包 含巖體情況、鉆進(jìn)速度以及力學(xué)參數(shù)的量化關(guān)系。
[0061] 進(jìn)一步地，在鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定始終不變;保持標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一 性，使得采集的鉆進(jìn)參數(shù)是在同一標(biāo)準(zhǔn)下獲得的，使得鉆進(jìn)參數(shù)的采集可靠性大大提高。
[0062] 采用上述方案進(jìn)行測量，本實(shí)施例還提出了一種裝置。
[0063] -種深地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試裝置，包括:鉆進(jìn)設(shè)備；
[0064]鉆進(jìn)測量單元，設(shè)置在所述鉆進(jìn)設(shè)備上，跟隨其動(dòng)作，獲取實(shí)時(shí)鉆進(jìn)速度及鉆進(jìn)距 離；
[0065]攝像單元，獲取鉆孔孔壁圖像；
[0066] 數(shù)字處理單元，分別與所述鉆進(jìn)測量單元以及所述鉆進(jìn)攝像單元相連，獲取鉆進(jìn) 速度、鉆進(jìn)距離以及鉆孔孔壁圖像;將區(qū)段標(biāo)記存儲(chǔ)在所述數(shù)字處理單元；
[0067] 將所述鉆進(jìn)設(shè)備收集的鉆孔巖芯進(jìn)行試驗(yàn)，并依據(jù)巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得巖體力學(xué)參 數(shù)，存儲(chǔ)在所述數(shù)字處理單元；
[0068] 所述數(shù)字處理單元將區(qū)段的標(biāo)記、鉆進(jìn)速度以及其力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合。
[0069] 所述鉆進(jìn)測量單元包括:測速測距傳感器;實(shí)時(shí)記錄鉆進(jìn)速度和到原位點(diǎn)的距離。 [0070]所述攝像單元包括:鉆孔攝像儀;獲取鉆孔孔壁圖像。
[0071 ]所述數(shù)字處理單元包括:工控機(jī);實(shí)現(xiàn)便捷的人機(jī)交流，數(shù)據(jù)輸入以及擬合分析。 [0072]下面將通過一個(gè)具體的實(shí)施例介紹。
[0073]鉆孔機(jī)組執(zhí)行在深部地層巖體鉆井眼這樣的鉆孔作業(yè);鉆進(jìn)測量單元測量并采集 存儲(chǔ)與鉆進(jìn)有關(guān)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
[0074] 參見圖1和圖2,測速測距傳感器用以監(jiān)測測量相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的鉆進(jìn)尺寸和鉆進(jìn)速 度。實(shí)時(shí)地將測量數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)，根據(jù)對實(shí)時(shí)鉆進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)的分析生成鉆頭鉆進(jìn)深度一隨 時(shí)間變化的曲線，鉆進(jìn)速度隨深度變化的過程曲線。
[0075]需要注意的是，在鉆孔的整個(gè)過程中，鉆機(jī)油壓等外部參數(shù)(鉆頭上的推進(jìn)力）的 設(shè)置應(yīng)始終保持不變，此條件下得到的鉆進(jìn)參數(shù)過程曲線才可用以測試分析沿鉆孔的巖體 力學(xué)特性。
[0076]參見圖3，利用數(shù)字鉆孔攝像儀自孔口至孔底獲取鉆孔壁360°圖像，數(shù)字化處理后 獲得巖體裂隙等結(jié)構(gòu)面的分布情況，從而對鉆孔全程的巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)。
[0077]依據(jù)巖性及巖體裂隙度及風(fēng)化程度，對鉆孔沿線的巖體，按照深度進(jìn)行區(qū)段劃分， 并進(jìn)行標(biāo)記。具體來講，以K代表巖體裂隙度為主要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，即是指沿鉆孔軸線單位 長度上的節(jié)理數(shù)量作為主要?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn);也還可以以某些巖性主要參數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行劃分。 [0078] 完整巖體區(qū)段的K = 0,疏節(jié)理巖體區(qū)段K=1~3 · πΓ1，密節(jié)理巖體區(qū)段K = 3~10 · πΓ1，不含端點(diǎn)3,非常密集節(jié)理巖體區(qū)段Κ>10 · nf1。
[0079]通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取不同深度鉆孔巖芯的力學(xué)參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)區(qū)段巖體的 力學(xué)參數(shù)。
[0080]參見圖4~6,并進(jìn)一步通過區(qū)段多樣本擬合獲得鉆進(jìn)速度對應(yīng)的量化曲線關(guān)系。 [0081 ]下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明測試方法做進(jìn)一步說明。
[0082] 具體實(shí)施例：
[0083]本實(shí)例對埋深2370m的錦屏二級水電站試驗(yàn)隧洞的巖體結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性進(jìn)行原位 測試，鉆孔孔深35.96m。具體步驟和方法如下：
[0084]在鉆機(jī)機(jī)組上安裝鉆進(jìn)測量單元，并進(jìn)行鉆進(jìn)操作。在本實(shí)例中，鉆機(jī)機(jī)組為一個(gè) 液壓回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭一邊旋轉(zhuǎn)，一邊被頂推進(jìn)入井眼的底端。輸出與移動(dòng)量 成正比例的電壓信號。
[0085]鉆進(jìn)測量單元將所測的模擬電壓信號輸送至數(shù)字處理單元，由工控機(jī)對鉆進(jìn)參數(shù) 數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析。
[0086]通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析處理，產(chǎn)生鉆進(jìn)速度隨深度變化的過程曲線。
[0087]圖1是鉆孔15.68~26.36m范圍內(nèi)位移隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)曲線，橫坐標(biāo)為鉆進(jìn)的實(shí) 時(shí)時(shí)間，縱坐標(biāo)為鉆桿的位移，單位是_。
[0088] 圖2是鉆進(jìn)速度隨孔深變化的全過程曲線。
[0089] 參見圖3,在鉆孔內(nèi)安裝數(shù)字鉆孔攝像儀，通過數(shù)字?jǐn)z像儀獲得的鉆孔虛擬巖芯和 平面展開圖，直觀顯示了裂隙等結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和寬度。根據(jù)不同時(shí)間段同部位的測試圖像， 可進(jìn)一步獲得裂隙等結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)生和發(fā)展演化特征。
[0090] 參見圖4~6,對采取的部分巖芯進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)獲得鉆孔全程不同區(qū)段的巖體力學(xué) 特性參數(shù)，采用某些巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則將巖芯的力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)區(qū)段巖體的力學(xué)參數(shù)，從 而建立鉆速與巖體力學(xué)參數(shù)之間的定量關(guān)系。
[0091] 綜上所述，鉆進(jìn)過程監(jiān)測系統(tǒng)可以對深部巖體信息進(jìn)行追蹤。根據(jù)鉆進(jìn)參數(shù)的變 化特征并結(jié)合鉆孔攝像可對深部巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的判斷;根據(jù)鉆進(jìn)過程中鉆速的變 化特征并結(jié)合室內(nèi)巖芯試驗(yàn)可獲得鉆速與所穿透巖體的力學(xué)參數(shù)之間的定量關(guān)系，在相似 的地質(zhì)及鉆進(jìn)條件下，基于連續(xù)監(jiān)測的鉆速參數(shù)并結(jié)合沿孔壁的鉆孔攝像圖像，利用此定 量關(guān)系可以求取連續(xù)的、可靠的深部巖體的力學(xué)特性參數(shù)。該測試方法突出多手段結(jié)合，可 靠度高，對于深部高地應(yīng)力巖體結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性進(jìn)行綜合的評價(jià)，以對深部地下工程設(shè)計(jì) 與施工提供可靠的依據(jù)。
[0092] 最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明 的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于，包括： 建立待測試對象的鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系； 根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)參數(shù)，依據(jù)所述量化對應(yīng)關(guān)系獲取對應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)； 其中，據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況將待測對象分為不同區(qū)段，建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量 化對應(yīng)關(guān)系。2. 如權(quán)利要求1所述的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于， 建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系包括以下步驟： 通過鉆機(jī)執(zhí)行鉆進(jìn)操作； 在鉆進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)獲取鉆進(jìn)參數(shù)以及此刻的鉆孔巖芯； 對所述鉆孔巖芯進(jìn)行試驗(yàn)并根據(jù)巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得對應(yīng)區(qū)段巖體的力學(xué)參數(shù)； 建立鉆進(jìn)參數(shù)與巖體力學(xué)參數(shù)的量化對應(yīng)關(guān)系； 其中，所述鉆進(jìn)參數(shù)包括:鉆進(jìn)速度以及鉆孔孔壁圖像;所述鉆進(jìn)速度、鉆孔孔壁圖像 以及所述鉆孔巖芯依據(jù)采集位置相互對應(yīng)。3. 如權(quán)利要求2所述的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于， 所述鉆孔孔壁圖像包括:鉆孔壁360°圖像； 所述鉆孔壁360°圖像通過數(shù)字化處理得到鉆孔孔壁的平面展開圖和鉆孔虛擬巖芯圖， 獲得鉆孔內(nèi)巖體裂隙的分布情況、巖性及風(fēng)化程度，并以此進(jìn)行區(qū)段劃分，并標(biāo)記。4. 如權(quán)利要求3所述的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于： 將標(biāo)記的區(qū)段、鉆進(jìn)速度以及此區(qū)段的巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合，獲得包含巖體裂隙的分布 情況、鉆進(jìn)速度以及巖體力學(xué)參數(shù)的量化關(guān)系。5. 如權(quán)利要求4所述的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其特征在于： 在鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定始終不變。6. 如權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的深部地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試方法，其 特征在于，所述巖體力學(xué)參數(shù)包括:巖體的彈性模量(E m)、粘聚力(C )及內(nèi)摩擦角（p.)。7. -種深地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試裝置，包括:鉆進(jìn)設(shè)備；其特征在于， 還包括： 鉆進(jìn)測量單元，設(shè)置在所述鉆進(jìn)設(shè)備上，跟隨其動(dòng)作，獲取實(shí)時(shí)鉆進(jìn)速度及鉆進(jìn)距離； 攝像單元，獲取鉆孔孔壁圖像； 數(shù)字處理單元，分別與所述鉆進(jìn)測量單元以及所述鉆進(jìn)攝像單元相連，獲取鉆進(jìn)速度、 鉆進(jìn)距離以及鉆孔孔壁圖像； 其中，依據(jù)所述鉆孔孔壁圖像將鉆孔巖芯，依據(jù)巖性、巖體裂隙度及風(fēng)化程度分區(qū)段并 標(biāo)記，并將區(qū)段標(biāo)記存儲(chǔ)在所述數(shù)字處理單元;同一區(qū)段具備相似的特征； 將所述鉆進(jìn)設(shè)備收集的鉆孔巖芯進(jìn)行試驗(yàn)，并依據(jù)巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得對應(yīng)區(qū)段的巖體 力學(xué)參數(shù)，存儲(chǔ)在所述數(shù)字處理單元； 所述數(shù)字處理單元將區(qū)段的標(biāo)記、鉆進(jìn)速度以及其力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合。8. 如權(quán)利要求7所述的深地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試裝置，其特征在于，所 述鉆進(jìn)測量單元包括:測速測距傳感器;實(shí)時(shí)記錄鉆進(jìn)速度和到原位點(diǎn)的距離。9. 如權(quán)利要求7所述的深地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試裝置，其特征在于，所 述攝像單元包括:鉆孔攝像儀;獲取鉆孔孔壁圖像。10.如權(quán)利要求7~9任一項(xiàng)所述的深地下工程的巖體力學(xué)特性原位鉆進(jìn)測試裝置，其 特征在于，所述數(shù)字處理單元包括:工控機(jī)。
【文檔編號】E21B47/002GK105927211SQ201610238810
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】李邵軍, 劉國鋒, 馮夏庭, 譚雙
【申請人】中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所