[发明专利]基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数mi

权利要求书

1.基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数m_i和强度包络线的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用数字钻设备进行岩石数字钻实验，根据Hoek-Brown准则以及钻参数之间的关系得到切削力F_t与推力F_n的关系曲线，进而计算出钻头前角α和钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ；

步骤2、根据步骤1中计算的钻头前角α和钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ，进而计算出压缩区与完整岩石的摩擦角和岩石的内摩擦角

步骤3、绘制切削力F_t关于推力F_n的关系曲线，得到曲线截距b，将步骤1、2中得到的前角α、钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ和内摩擦角代入常数m_i方程式中从而计算出Hoek-Brown准则中常数m_i；

步骤4、将步骤1、2、3中计算的钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ、完整岩石的摩擦角内摩擦角截距b代入岩石粘聚力c的计算式中得到粘聚力c，进而计算出岩石单轴抗压强度UCS；

步骤5、将步骤3中计算的常数m_i、步骤4中计算的单轴抗压强度UCS代入H-B破坏准则，进而计算出岩石的三轴抗压强度TCS。

2.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数m_i和强度包络线的方法，其特征在于，所述步骤1中进行数字钻实验时，根据主导力的不同分为两个阶段，切削和摩擦阶段，当切削力大于推力时，切削力占主导地位；当切削力小于推力时，推力占主导地位；

当切削力大于推力时，切削力和推力之间的关系为：

式(1)中，F_t为切削力，F_n为推力，α为钻头前角，θ’为切削面的接触摩擦角当切削力小于推力时，切削力和推力之间的关系为：

式(2)中，π·(R²-r²)为钻头的截面积，R的为钻头的外径，r为钻头的内径；θ为钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角，为岩石的内摩擦角；

根据切削力小于推力时关系曲线，计算斜率得到θ，再根据切削力大于推力时关系线，计算斜率得到α+θ’，由于θ约等于θ’，进而得到钻头前角α。

3.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数m_i和强度包络线的方法，其特征在于，所述步骤2中压缩区与完整岩石的摩擦角与岩石的内摩擦角的计算公式为：

4.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数m_i和强度包络线的方法，其特征在于，所述步骤3中切削力F_t与推力F_n关系曲线截距用常数b表示，则b的计算公式为：

进而得到Hoek-Brown准则中常数m_i的计算公式为：

5.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数m_i和强度包络线的方法，其特征在于，所述步骤4中岩石单轴抗压强度UCS、粘聚力c的计算公式为：

6.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数m_i和强度包络线的方法，其特征在于，所述步骤5中H-B破坏准则为：

σ_c为岩石的单轴抗压强度UCS，σ₁和σ₃为σ的两个分量其中σ₁为三轴抗压强度TCS，s为常数，完整岩石s取1.0；

岩石三轴抗压强度TCS的计算公式为：