金剛石鑽進過程中岩體基本力學參數實時確定方法研究

《金剛石鑽進過程中岩體基本力學參數實時確定方法研究》是依託北京科技大學，由譚卓英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金剛石鑽進過程中岩體基本力學參數實時確定方法研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：譚卓英
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目突破岩土力學參數測試的傳統方法，以鑽進過程監測系統和金剛石旋轉鑽進等為手段，建立準確、實時、高效獲取鑽進工作參數等基本信息的方法；通過對鑽進過程中各工作參量門限特徵研究，建立鑽進子過程的編碼原則與純鑽進子過程識別方法；通過室內鑽進實驗模擬、鑽進參數與岩土力學參數之間的敏感性分析，確定敏感性因子；通過鑽進力學、金剛石破岩機理以及鑽進能量分析，建立岩土體基本力學參數的計算模型；通過不同鑽頭形式、排碴狀態、鑽頭磨損程度、排碴沖洗水滲透對破碎效果影響以及強度擾動的實驗模擬，採用壓-剪當量化、能量圖譜及解析分析，建立一種與鑽頭形式及磨損狀態無關的、實時確定地層力學參數的廣適性方法，揭示鑽進性能參數與岩土體基本力學參數之間的內在聯繫；通過試驗檢驗和相關性分析，建立岩土體動態參數與靜態參數之間的關係，為岩土體力學參數的套用提供保障。研究成果將形成金剛石旋轉鑽進的地層基本力學參數實時確定理論與方法。

結題摘要

岩土體基本力學參數是土木、建築及採礦等工程技術設計、運營和維護的依據。確定岩土體強度、彈性模量等基本力學參數是工程建設中的首要任務，而目前主要通過鑽探、取樣及實內測試等方法獲取這些參數，其準確性受到嚴重製約。本項目研究金剛石旋轉鑽進過程中原岩力學參數確定的理論與方法。對原岩土力學參數與鑽進性能參數之回響關係、鑽進能量原岩/土力學參數確定方法、岩體動靜態強度參數關係及岩土體基本力學參數聚類分析等開展了研究。通過對鑽進過程中各工作參量門限特徵、參量協同度與閾值準則研究，建立鑽進子過程的編碼原則與純鑽進子過程識別理論與方法；通過室內鑽進實驗模擬、鑽進參數與岩體力學參數之間的敏感性分析，確定了敏感性因子；建立了基於軸壓-轉速-穿孔速率耦合的可鑽性指標，確定了在不同地層中鑽進能量的分區性；通過鑽進力學、金剛石破岩機理以及鑽進能量等的分析，建立了岩土體基本力學參數的計算模型；通過不同鑽頭形式、排碴狀態、鑽頭磨損程度、排碴沖洗水滲透對破碎效果影響以及強度擾動的實驗模擬，採用壓-剪當量化、能量圖譜及解析分析，建立一種與鑽頭形式及磨損狀態無關的、實時確定地層力學參數的廣適性方法，揭示了鑽進性能參數與岩土體基本力學參數之間的內在聯繫；建立了PDC柱齒及複合片鑽頭作用下的岩土體力學參數確定方法。本項目成果為研究儀器智慧型鑽進系統在鑽進過程中實現原岩力學參數及地層實時識別奠定了理論基礎，對研究智慧型勘測及數位化勘測具有重要的理論意義；成果在地質、土木建築、資源與能源等工程勘測以及鑽掘過程中地質災害的臨災預報與預警，特別是在深部工程岩體力學、多結構地層與礦岩識別、岩層控制等方面具有廣闊的套用前景。