CN117288587A - 岩体抗拉强度随钻测试方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩石工程勘测技术领域，提供了一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，获取室内岩体钻进测试中的随钻参数；获取常规抗拉强度；控制所述钻进速度和转速不变，获取实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据，并建立抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；控制钻进压力和转速，获取实时钻进速度、切削扭矩和切削能量数据，并建立抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；根据所有关系模型中确定的拟合系数，得到相应的权重系数；建立抗拉强度预测模型，得到预测结果。本发明通过建立抗拉强度和随钻参数之间的关系模型，并利用拟合系数建立基于抗拉强度权重系数的预测模型，此方法可用于现场岩体原位测试，提高测试的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程勘察技术领域，尤其涉及一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着矿山巷道、交通隧道等地下工程逐渐向深部发展，深部围岩大变形、冒顶塌方等灾害时有发生。抗拉强度是反映岩体力学性质的重要指标，其远低于抗压强度，这种力学性质特点导致地下工程岩体以受拉破坏为主，因此，岩体抗拉强度的准确测试对于地下工程围岩稳定性控制至关重要。
据发明人了解，目前的岩石的抗拉强度测试仍主要局限于室内实验，常用的如劈裂法、不规则试件的点荷载试验等。常规方法测试岩体抗拉强度需进行现场岩体钻探取芯，并将岩芯运送到实验室进行实验，因此常规岩体抗拉强度的测试方法周期长，成本高。且需要将测试岩块从岩体中分离出来，破坏了岩块所处的真实应力状态，无法得到现场真实环境下的岩体抗拉强度。
综上，目前，尚缺乏现场岩体抗拉强度的原位准确测试方法。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，本发明通过建立抗拉强度和随钻参数之间的关系模型，并利用拟合系数建立基于抗拉强度权重系数的预测模型，此方法可用于现场岩体原位测试，提高测试的工作效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种岩体抗拉强度随钻测试方法，包括以下步骤：
获取室内岩体钻进测试中的钻进压力、切削扭矩、钻进速度、转速和切削能量随钻参数；
获取室内岩体抗拉强度测试得到的试样的抗拉强度；
控制所述钻进速度和转速不变，获取实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据进行拟合，建立抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
控制钻进压力和转速，获取实时钻进速度、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量进行拟合，获取抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
基于上述所有关系模型中确定的拟合系数，得到相应的权重系数；
基于所述的权重系数，建立抗拉强度预测模型；
基于现场获取的随钻参数，利用所述抗拉强度预测模型进行预测，得到预测结果。
作为可选择的实施方式，在利用抗拉强度预测模型进行预测之前还包括对建立的抗拉强度预测模型进行有效性验证，利用通过验证的模型进行预测。
作为进一步的，所述有效性验证的过程包括计算岩体抗拉强度的预测值与抗拉强度的差异率，若差异率小于设定误差，且各拟合系数均大于设定值时，认为模型有效。
所述差异率为岩体抗拉强度的预测值和抗拉强度的差值与所述抗拉强度的比值的绝对值。
作为可选择的实施方式，将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据进行拟合的具体过程包括：
分别将室内测试得到的抗拉强度与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据建立方程关系，所述方程关系为抗拉强度与对应的实时参数的一次函数方程。
作为进一步的，记录各关系模型的拟合系数。
作为可选择的实施方式，室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量进行拟合的具体过程包括：
分别将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量数据建立方程关系，所述方程关系为抗拉强度与对应的实时参数的一次函数方程。
作为进一步的，记录各关系模型的拟合系数。
作为可选择的实施方式，所述权重系数为相应关系模型的拟合函数与所有关系模型拟合函数之后的比值。
作为可选择的实施方式，所述抗拉强度预测模型为各权重系数与对应的关系模型的乘积之和。
一种岩体抗拉强度随钻测试***，包括：
随钻参数获取模块，被配置为获取室内岩体钻进测试中的钻进压力、切削扭矩、钻进速度、转速和切削能量随钻参数；
抗拉强度获取模块，被配置为获取室内岩体抗拉强度测试得到的试样的抗拉强度；
第一控制模块，被配置为控制所述钻进速度和转速不变，获取实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据进行拟合，建立抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
第二控制模块，被配置为控制钻进压力和转速，获取实时钻进速度、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量进行拟合，获取抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
预测模块，被配置为基于所有关系模型中确定的拟合系数，得到相应的权重系数；基于所述的权重系数，建立抗拉强度预测模型；基于现场获取的随钻参数，利用所述抗拉强度预测模型进行预测，得到预测结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过建立抗拉强度和随钻参数之间的关系模型，并利用拟合系数建立基于抗拉强度权重系数的预测模型，验证随钻参数和抗拉强度模型与抗拉强度权重预测模型有效后，即可应用于地下工程现场进行岩体原位钻进试验，将获取的随钻参数代入抗拉强度预测模型，对现场岩体抗拉强度进行预测，可用于现场岩体原位测试，提高测试的工作效率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例中岩体抗拉强度随钻测试方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中测量地下岩体的抗拉强度较为繁琐，为解决如上的技术问题，本申请提出了基于权重系数的岩体抗拉强度随钻测试法。
如图1所示，岩体抗拉强度随钻测试方法中包括如下步骤：
步骤一、在室内进行岩体钻进试验，获取钻进压力F、切削扭矩M、钻进速度V、转速N和切削能量ζ；同时分析钻进过程中随钻参数的控制量和变量，确定每种关系模型中拟合的物理量；
步骤二、开展室内岩体抗拉强度分析，进行岩体抗拉强度测试得到试样的抗拉强度σ t。
步骤三、经过步骤一的分析，首先进行第一次钻进实验：控制钻进速度V和转速N不变，采集实时钻进压力F f、切削扭矩M f、切削能量ζ f数据，将常规测试得到的抗拉强度σ t与钻进压力F f进行拟合，建立抗拉强度σ t与钻进压力F f的关系模型：。
将抗拉强度σ t与切削扭矩M f进行拟合，建立抗拉强度σ t与切削扭矩M f的关系模型：
。
将抗拉强度σ t与切削能量ζ f进行拟合，建立抗拉强度σ t与切削能量ζ f的关系模型：
；同时记录拟合系数R 1 2、R 2 2、R 3 2。
随后进行第二次钻进试验，控制钻进压力F和转速N不变，采集实时钻进速度V s、切削扭矩M s、切削能量ζ s数据，将抗拉强度σ t与钻进速度V s进行拟合，建立抗拉强度σ t与钻进速度V s的关系模型：。
将抗拉强度σ t与切削扭矩M s进行拟合，建立抗拉强度σ t与切削扭矩M s的关系模型：
。
将抗拉强度σ t与切削能量ζ s进行拟合，建立抗拉强度σ t与切削能量ζ s的关系模型：
；同时记录拟合系数R 4 2、R 5 2、R 6 2。
上述，a i，b i均为系数。
步骤四、将上述过程得到的拟合系数带入公式：，得到权重系数c i(i=1,2,3,4,5,6)。
步骤五、建立基于权重系数的抗拉强度预测模型：，式中，σ tp为岩体抗拉强度的预测值，σ ti(i=1,2,3,4,5,6)为建立的抗拉强度关系模型。
步骤六、对预测岩体抗拉强度σ tp的有效性进行验证，首先计算岩体抗拉强度的预测值σ tp与抗拉强度σ t的差异率λ：；
当差异率λ小于误差要求，拟合系数R 1 2、R 2 2、R 3 2、R 4 2、R 5 2、R 6 2大于α时，为试验前设定的表征误差大小的系数。即证明抗拉强度预测模型合理有效，否则对模型进行优化，重新计算。
优化过程为调整权重系数，然后代入模型再次计算。
步骤七、当上述条件均满足后，进行地下现场钻进测试，将获取的随钻参数代入抗拉强度预测模型，对现场岩体抗拉强度进行准确、高效地预测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，包括以下步骤：
获取室内岩体钻进测试中的钻进压力、切削扭矩、钻进速度、转速和切削能量随钻参数；
获取室内岩体抗拉强度测试得到的试样的抗拉强度；
控制所述钻进速度和转速不变，获取实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据进行拟合，建立抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
控制钻进压力和转速，获取实时钻进速度、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量进行拟合，获取抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
基于上述所有关系模型中确定的拟合系数，得到相应的权重系数；
基于所述的权重系数，建立抗拉强度预测模型；
基于现场获取的随钻参数，利用所述抗拉强度预测模型进行预测，得到预测结果。
2.如权利要求1所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，在利用抗拉强度预测模型进行预测之前还包括对建立的抗拉强度预测模型进行有效性验证，利用通过验证的模型进行预测。
3.如权利要求2所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，所述有效性验证的过程包括计算岩体抗拉强度的预测值与抗拉强度的差异率，若差异率小于设定误差，且各拟合系数均大于设定值时，认为模型有效。
4.如权利要求3所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，所述差异率为岩体抗拉强度的预测值和抗拉强度的差值与所述抗拉强度的比值的绝对值。
5.如权利要求1所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据进行拟合的具体过程包括：
分别将室内测试得到的抗拉强度与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据建立方程关系，所述方程关系为抗拉强度与对应的实时参数的一次函数方程。
6.如权利要求1所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量进行拟合的具体过程包括：
分别将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进速度、切削扭矩和切削能量数据建立方程关系，所述方程关系为抗拉强度与对应的实时参数的一次函数方程。
7.如权利要求5或6所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，记录各关系模型的拟合系数。
8.如权利要求1所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，所述权重系数为相应关系模型的拟合函数与所有关系模型拟合函数之后的比值。
9.如权利要求1所述的一种岩体抗拉强度随钻测试方法与***，其特征是，所述抗拉强度预测模型为各权重系数与对应的关系模型的乘积之和。
10.一种岩体抗拉强度随钻测试***，其特征是，包括：
随钻参数获取模块，被配置为获取室内岩体钻进测试中的钻进压力、切削扭矩、钻进速度、转速和切削能量随钻参数；
抗拉强度获取模块，被配置为获取室内岩体抗拉强度测试得到的试样的抗拉强度；
第一控制模块，被配置为控制所述钻进速度和转速不变，获取实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据，并将室内测试得到的抗拉强度分别与实时钻进压力、切削扭矩和切削能量数据进行拟合，建立抗拉强度与对应的实时参数的关系模型；
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| CN117288587B (zh) | 2024-02-20 |
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