巖石的切削強度特性及巖體力學參數(shù)的旋切觸探試驗研究.pdf

1、在巖土工程中，如何快速準確地獲取巖體力學參數(shù)，作為巖土工秤學科的核心研究課題，始終是科研人員多年不懈為之努力的研究重點。旋切觸探技術(shù)正是基于這一研究目標而進行的嘗試，試圖為巖體力學參數(shù)的現(xiàn)場快速獲取帶來新的理念與方法?；谛滦托杏|探技術(shù)，開展了旋切觸探試驗運行參數(shù)（鉆進速度和旋轉(zhuǎn)速度）和響應(yīng)參數(shù)（鉆壓和扭矩）與巖石基本力學參數(shù)之間的理論關(guān)系推導(dǎo)；對自主研發(fā)的角片鉆頭、機械工程用于鉆削的麻花鉆頭和巖土工程用于取樣的空心鉆頭共三種代表性鉆

2、頭，進行了多種運行參數(shù)組合情況下，不同材料構(gòu)成和不同強度性質(zhì)的試樣的旋切觸探試驗，和對應(yīng)試樣的室內(nèi)力學參數(shù)試驗；研究了巖石的切削強度特性相關(guān)規(guī)律，及其與旋切觸探試驗參數(shù)之間存在的關(guān)系；結(jié)合新的巖體分級專家系統(tǒng)和巖石力學參數(shù)預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，集成了現(xiàn)場旋切觸探儀器的核心控制系統(tǒng)；從室內(nèi)旋切觸探儀器技術(shù)參數(shù)出發(fā)，進行技術(shù)推敲和儀器設(shè)計，幵發(fā)現(xiàn)場旋切觸探儀器，完成了現(xiàn)場XCY-1型旋切觸探儀器的研制，并首次進入工程現(xiàn)場進行了測試。
　

3、　本研究主要內(nèi)容包括：⑴深入剖析巖石壓入破碎和切削破碎作用過程，揭示了巖石力學參數(shù)和旋切觸探試驗運行參數(shù)、響應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系，從力學平衡和能量轉(zhuǎn)化兩個角度出發(fā)，獲得了基于旋切觸探試驗的巖石基本力學參數(shù)彈性模量、抗壓強度、粘聚力和內(nèi)摩擦角的理論公式，并對理論推導(dǎo)結(jié)果進行了試驗驗證，結(jié)果表明了理論成果的可靠性。⑵結(jié)合旋切觸探試驗成果和相關(guān)資料，定義了旋切破碎帶的概念，提出了抗切削強度指標和抗切削強度的定義。建立了鉆壓和扭矩的演化模型，從旋切

4、觸探試驗運行參數(shù)對試驗響應(yīng)參數(shù)的影響規(guī)律入手，得到了給進力與切削力的比值和切削厚度之間的關(guān)系，以及巖石的切削強度特性和旋切觸探試驗運行參數(shù)之間的關(guān)系，鉆進速度的提高使得抗切削強度指標下降，旋轉(zhuǎn)速度的提高使得抗切削強度指標增大。旋切觸探試驗運行參數(shù)與巖石的抗切削強度無關(guān)，在相同鉆頭形式情況下，巖石的機械性質(zhì)所表現(xiàn)出來的抗切削強度只與巖石的力學性質(zhì)有關(guān)。⑶基于旋切觸探試驗鉆頭切削差異和試樣強度差異研究成果，獲得了給進力與切削力的比值和巖石基

5、本力學參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系，以及鉆頭差異和試樣差異引起的旋切觸探試驗響應(yīng)規(guī)律。隨著試樣材料強度的提高，角片鉆頭和麻花鉆頭的抗切削強度指標值較為接近，抗切削強度值也有一樣的關(guān)系，且均小于空心鉆頭，但是對于二者的抗切削強度特性試驗擬合規(guī)律而言，角片鉆頭和空心鉆頭的的變化規(guī)律相似，有別于麻花鉆頭。⑷分析巖體分級思路和分級方法，結(jié)合旋切觸探技術(shù)在現(xiàn)場快速獲取巖石力學參數(shù)的技術(shù)目標，基于定量因素評分法和定性因素描述法相結(jié)合的思路，首次提出基于旋切觸

6、探技術(shù)的新的巖體分級定性和定量綜合評價標準。⑸建立基于旋切觸探技術(shù)的巖體分級專家系統(tǒng)推理規(guī)則庫和分級依據(jù)，并結(jié)合心理因素對結(jié)果進行修正；基于BP模型、GRNN模型和RBF模型三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比分析，編寫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測巖石基本力學參數(shù)的模型；開發(fā)基于旋切觸探技術(shù)的快速智能集成系統(tǒng)，實現(xiàn)在工程現(xiàn)場快速可靠地獲取巖體力學參數(shù)和巖體質(zhì)量級別的智能計算方法。進入三河口水利樞紐工程現(xiàn)場進行測試，開展旋切觸探技術(shù)在工程現(xiàn)場的測試應(yīng)用工作，驗證了現(xiàn)場旋