[发明专利]一种围岩分级方法及系统

权利要求书

1.一种围岩分级方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10：获取围岩的原始样品，分别制作圆柱体和六棱柱体两种结构的样品；其中，在所述圆柱体的其中一个底面圆上以其圆心为中心，选择一个固定的角度为步长在该底面圆上标注刻度；所述六棱柱通过正方体以45度倾角方向为法线的面切除一对对称的棱而获得，且所述六棱柱在倾角0度、倾角45度和倾角90度方向上相对应的面的距离相等；

S20：获取所述圆柱体、所述六棱柱体的超声透射波波形；其中，所述圆柱体从每个所述标注刻度所处的外轮廓上并沿着圆柱体的直径方向获取，所述六棱柱体从0度、45度和90度三组对称面中每组对称面的法线方向获取；

S30：获取所述圆柱体和所述六棱柱体的超声波波速；其中，所述超声波波波速包括纵波速度v_p和横波波速v_s；

S40：根据纵波速度v_p、横波波速v_s、纵横波速比η以及每个样品的密度ρ分别计算获得样品在超声波传播方向上的体变模量K、切变模量μ、杨氏模量E和泊松比σ；

S50：根据谱比法将围岩样品的超声波波形频谱与替代样品的超声波波形频谱提取出来，并获得围岩样品的品质因子：其中，所述替代样品的几何参数与围岩样品一致，其品质因子已知且可被视为+∞；

S60：由六棱柱体三组对称侧面(法线方向分别为0度、45度和90度)测得的超声波透射纵波速度v_p(0°)、v_p(45°)、v_p(90°)和超声波透射横波速度v_s(0°)、v_s(90°)，以计算围岩样品横向各向同性介质的五个弹性模数，并根据五个弹性模量计算波速各向异性参数；

S70：将圆柱体样品的纵波速度、品质因子分别与方位角之间的函数关系拟合为周期为180度的三角函数，从而计算透射纵波波速的方位各向异性系数和品质因子的方位各向异性系数；

S80：对不同围岩等级的一定数量的围岩样品按照上述步骤S10至S70的测试与计算，获得不同围岩等级样品的岩石物理参数；将上述岩石物理参数的指标分别与其所对应样品在传统围岩分级方法中的BQ系数进行交汇分析，寻找与传统BQ系数相关性较高的主要指标，并根据相关性对主要指标进行权重判定和围岩等级的阈值划分，从而获得基于岩石物理指标的围岩等级打分表。

2.根据权利要求1所述的围岩分级方法，其特征在于，

在步骤S30中，获取所述圆柱体和所述六棱柱体的超声波波速包括如下步骤：

S301：提供智能超声纵横波自动测试仪；

S302：将超声波在围岩样品中的传播距离L输入上述自动测试仪配套的软件中，在透射纵波波形上拾取透射纵波的初至时间t_p，根据初至时间t_p计算纵波速度v_p；

S303：根据所测围岩样品的岩性所对应的纵横波速度比取值范围，手动对透射横波进行初至时间t_s进行筛选，并计算出符合所对应岩性的横波波速v_s。

3.根据权利要求1所述的围岩分级方法，其特征在于，

在步骤S50中，所述谱比法包括如下步骤：

S501：制作与围岩样品结构几何参数相同的替代样品；

S502：获取替代样品的超声透射纵波波形，并对替代样品的超声波波形做频谱分析得到参照频谱A₁(f)；

S503：获取围岩样品的超声透射纵波波形，并对围岩样品的超声波波形做频谱分析得到样品频谱A₂(f)；

S504：根据参照频谱A₁(f)和样品频谱A₂(f)计算围岩样品的品质因子。