本發(fā)明涉及巖石力學與工程領域，具體涉及巖土工程勘察過程中分析鉆具對鉆孔垂直度影響的實驗方法。

背景技術：

1、巖土工程勘察是設計施工的重要依據，不同區(qū)域地質條件千差萬別，勘察工作的準確性尤為重要?？辈爝^程中鉆孔的垂直對直接影響著地層深度及位置的劃分，影響的所取試樣代表部位判斷，是勘察工作的基礎，保證鉆孔垂直度尤為重要。

2、目前在巖土工程勘察過程中，為提高采取率、提高鉆進速度、確保原狀試樣不被破壞，往往會采用不同類型的鉆具。在勘察過程中鉆具的選用往往是根據自身經驗進行選擇，極易因選擇失誤造成鉆孔傾斜過大，造成勘察成果的偏差。目前并沒有關于鉆具對鉆孔垂直度影響規(guī)律以及不同地質條件、不同深度條件下鉆孔偏移的系統性分析研究。為了能夠較好的解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種巖土工程勘察鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法。

技術實現思路

1、本發(fā)明針對現有技術中存在的問題，提供了一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，該方法設計一種模型試驗，通過模型試驗分析不同鉆具在鉆進過程中鉆孔偏移的變化規(guī)律，分析不同類型鉆具的優(yōu)劣，從而為不同場地鉆具的選取提供依據，對鉆具的改進提供方向和依據。

2、為解決技術問題，本發(fā)明提供了一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，具體步驟如下：

3、s1.準備試樣模具：所述模具由多層鋼框架套筒拼接而成，底層鋼框架套筒的底面為全封閉式，其它每層套筒底部以網格布封底以便鉆機穿過；

4、s2.試樣制取材料的獲?。和ㄟ^取樣器提取現場不同埋深下的試樣，將原狀試樣密封保存，通過室內試驗測定不同埋深巖土的物理性質參數，根據參數將模型分層劃分并配置相應的填充材料；

5、s3.制備試樣：采用s1步驟中的模具和s2步驟中的材料制備試樣，具體過程如下：

6、①根據現場勘探地層情況等比例劃分試驗試樣不同的模擬地層厚度；

7、②根據現場取回的原狀材料確定不同深度土層的密度、含水率以及不同深度巖層的巖性；

8、③根據步驟①中劃分的地層厚度，結合試樣模具的截面積，計算出每層試樣的體積；結合室內試驗測定的對應地層巖土的密度計算不同地層的材料用量；

9、④在操作做平臺放置模具底板和第一節(jié)模具，鋪設底層巖樣，在鋪設前測定巖樣的強度和含水率與現場底層巖石性質保持一致，所述底層巖樣的鋪設厚度與步驟①中模擬底層巖石厚度相同；

10、⑤在底層巖樣上方按照步驟①中劃分的地層厚度逐層鋪設對應的地質材料，分層鋪設分層壓實，且每層地質材料的鋪設量與步驟③中計算的每層地質材料的用量相同；在鋪設過程中，當第一節(jié)模具鋪設完成后，在上方依次增加模具后繼續(xù)鋪設，直至試樣制作完成；

11、s4收集現場鉆探數據：根據現場旋挖施工過程中揭露的鉆孔位置收集現場實際鉆孔偏差數據，繪制出現場實際鉆孔水平和豎向偏移曲線；

12、s5將s3步驟中制備好的試樣裝入試驗儀，試樣每層鋼框架模具均與試驗儀兩側頂升支架相連，并可將每層鋼框架模具單獨升起，試樣安裝好之后，對試驗儀進行調試；

13、s6.將模擬鉆具與鉆頭連接，并固定在調試好的試驗儀上，設定初始鉆探速率，開始對s5步驟中固定好的試樣進行模擬鉆探取樣，鉆進過程中模擬現場鉆進的方式逐根增加鉆桿；鉆探取樣以單根模擬鉆桿的長度為一回次進行鉆進，鉆進一回次后取出巖樣或土樣，并增加鉆桿再次鉆進，重復上述步驟直至鉆至指定深度并取出巖或土樣；

14、s7.頂升每層鋼框架模具，以模具圓心為零點，半徑為刻度軸線組成的鉆孔偏移測量工具，測量每層模具頂面鉆孔的相對位置，并記錄；按照s5步驟中相同的方法繪制出模擬鉆孔水平和豎向偏移曲線；

15、s8.分別按照以下公式①計算出s4步驟中現場鉆孔不同深度的偏斜率δ現，并按照以下公式②計算出s7步驟中模擬鉆孔不同深度的偏斜率δ模擬，并對比分析，糾正模擬結果的誤差，使模擬結果與現場實際情況相符；所述計算公式如下：

16、

17、公式中：δ現為現場鉆孔偏斜率；

18、l為現場鉆孔測斜段的鉆孔深度；

19、θ為現場鉆孔測斜段的鉆孔偏斜角；

20、α為現場鉆孔測斜段的鉆孔水平方位角；

21、

22、公式中：d為模擬鉆孔水平偏心距；l為模擬鉆孔垂直深度；

23、s9.開始模擬試驗，更換選定的不同類型鉆頭依次重復試驗步驟s5～s8；將不同鉆頭下鉆孔的水平偏移曲線及豎向偏移曲線進行對比分析，對比不同鉆頭在不同深度水平偏移和豎向偏移量以及偏斜率δ的大小，分析不同類型鉆具對鉆孔垂直度的影響，進而明確鉆具的優(yōu)化方向。

24、本發(fā)明較優(yōu)的技術方案：所述s1中的每層鋼框架套筒為高度20～30cm的圓柱形鋼套筒，每個圓形鋼套筒底部均設有網格布，所述網格布是由多根橫向布帶和縱向布帶橫縱交叉形成的網格狀布，其橫向布帶和縱向布帶之間的間距為可移動且易被鉆頭穿越，以減小對鉆具的影響；相鄰兩個圓柱形鋼套筒之間通過卡扣固定的形式拼接，并可進行拆卸。

25、本發(fā)明較優(yōu)的技術方案：所述s2步驟中試驗材料均為場地現場取樣，巖石結構、炭質夾層的組成成分均能反應場地的實際情況。

26、本發(fā)明較優(yōu)的技術方案：所述s4中利用測斜儀測量計算鉆探過程中不同深度下的鉆孔的斜率及偏移距離，并以地表鉆孔位置為坐標原點即零點，正上方為正北方向，刻度為鉆孔水平偏移值，繪制鉆孔水平偏移曲線；以地表鉆孔位置為坐標原點即零點，x軸為鉆孔深度，y軸為鉆孔豎向偏移值，繪制現場鉆孔豎向偏移圖；所述s7步驟中采用相同方法繪制模擬鉆孔水平偏移曲線和豎向偏移曲線，繪制過程中以試樣表面鉆孔位置為坐標原點即零點。

27、本發(fā)明較優(yōu)的技術方案：所述s5步驟中試驗儀調試底座為固定試樣平臺，平臺兩側對稱設有頂升支架，頂部為固定鉆桿及為鉆孔提供動力裝置，頂部鉆桿位置能前后左右移動，試樣安裝好之后，在實驗前調整好鉆孔位置并固定。

28、本發(fā)明較優(yōu)的技術方案：所述s6步驟中的模擬鉆具以現場常用的節(jié)長2.00m的標準鉆桿為基準等比例縮放20倍制作模擬鉆桿，試樣所需鉆頭亦按照等比例縮放20倍的方法制作并于模擬鉆桿配套；以變速發(fā)動機為模擬鉆具提供動能，調節(jié)發(fā)動機轉速以設定鉆具的初始鉆探速率，開始鉆探模擬

29、本發(fā)明較優(yōu)的技術方案：所述s6步驟中以儀器固定鉆桿中心位置為原點，以原點為圓心的圓環(huán)為等距線，半徑為偏移距離，測量鉆孔的相對位置。

30、本發(fā)明通過建立等比例試驗模型有效的模擬了鉆探過程中不同鉆具下的鉆孔偏移情況，并繪制出鉆孔偏移曲線。通過對比相同鉆具在鉆至不同深度時鉆孔的偏移情況，分析在滿足規(guī)范的前提下，巖土工程勘察可較準確探明的最大深度范圍；通過對比不同鉆具所形成的鉆孔偏移曲線，分析不同深度鉆孔偏移度的差異，結合鉆具的特點分析鉆具可改進的方向，為今后鉆具的改進及現場勘探提供理論依據，且本發(fā)明簡單易懂，造價低廉，能為后續(xù)類似試驗提供新的思考方向。

技術特征：

1.一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，具體步驟如下：

2.根據權利要求1中所述的一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s1中的模具為圓筒狀，每層鋼框架套筒的高度20～30cm，相鄰兩個圓柱形鋼套筒之間通過連接卡口拼接，并可進行拆卸；所述網格布是由多根橫向布帶和縱向布帶橫縱交叉形成的網格狀布，其橫向布帶和縱向布帶之間的間距為可移動且易被鉆頭穿越，以減小對鉆具的影響。

3.根據權利要求1中所述的一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s2步驟中試驗材料均為場地現場取樣，巖石結構、炭質夾層的組成成分均能反應場地的實際情況。

4.根據權利要求1中所述的一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s4中利用測斜儀測量計算鉆探過程中不同深度下的鉆孔的斜率及偏移距離，并以地表鉆孔位置為坐標原點即零點，正上方為正北方向，刻度為鉆孔水平偏移值，繪制鉆孔水平偏移曲線；以地表鉆孔位置為坐標原點即零點，x軸為鉆孔深度，y軸為鉆孔豎向偏移值，繪制現場鉆孔豎向偏移圖；所述s7步驟中采用相同方法繪制模擬鉆孔水平偏移曲線和豎向偏移曲線，繪制過程中以試樣表面鉆孔位置為坐標原點即零點。

5.根據權利要求1中所述的一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s5步驟中試驗儀調試底座為固定試樣平臺，平臺兩側對稱設有頂升支架，頂部為固定鉆桿及為鉆孔提供動力裝置，頂部鉆桿位置能前后左右移動，試樣安裝好之后，在實驗前調整好鉆孔位置并固定。

6.根據權利要求1中所述的一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s6步驟中的模擬鉆具以現場常用的節(jié)長2.00m的標準鉆桿為基準等比例縮放20倍制作模擬鉆桿，試樣所需鉆頭亦按照等比例縮放20倍的方法制作并于模擬鉆桿配套；以變速發(fā)動機為模擬鉆具提供動能，調節(jié)發(fā)動機轉速以設定鉆具的初始鉆探速率，開始鉆探模擬。

7.根據權利要求1中所述的一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s6步驟中以儀器固定鉆桿中心位置為原點，以原點為圓心的圓環(huán)為等距線，半徑為偏移距離，測量鉆孔的相對位置。

技術總結
本發(fā)明提供了一種鉆具對鉆孔垂直度影響的分析方法。所述方法采用模擬鉆探過程中鉆具對鉆孔垂直度影響進行分析，所述方法包括通過模擬試驗分析不同鉆具在不同地質條件下鉆孔的偏移量；通過繪制鉆孔偏移曲線分析不同鉆具在鉆進過程中鉆孔偏移變化規(guī)律；根據實驗結果分析不同鉆具在滿足規(guī)范的前提下可進行鉆探的最大深度，進而為改進鉆具、提高鉆孔垂直度提供依據和方向。

技術研發(fā)人員：張關勛,趙建海,黃俊保,許明能,劉志航,田浩源,潘若銘
受保護的技術使用者：中冶武勘工程技術有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21