[发明专利]基于数字钻参数确定Hoek-Brown准则中常数mi

说明书

本发明公开了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，首先进行数字钻实验，得到数字钻参数，根据Hoek‑Brown准则以及数字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，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；计算出压缩区与完整岩石的摩擦角以及岩石的内摩擦角绘制切削力F_t关于推力F_n的关系曲线，得到曲线截距b，计算出Hoek‑Brown准则中常数m_i；将θ、截距b代入岩石粘聚力c的方程式中计算出粘聚力c，进而计算出岩石单轴抗压强度UCS；将计算的常数m_i、单轴抗压强度UCS代入H‑B准则，进而计算出岩石的三轴抗压强度TCS。本发明解决了现有计算常数m_i方法的准确性、科学性、简易性无法保证的问题。

技术领域

本发明属于岩土工程原位测试技术领域，具体涉及到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。

背景技术

Hoek-Brown(H-B)强度准则是著名的预测岩石破裂的经验公式。在H-B准则中有两个常数s和m_i。常数s反映岩石破碎的程度，常数m_i反映岩石的软硬程度，其范围为0.001到25。从地质信息、实验评价和岩石性质角度，对常数m_i有不同的定义。然而，对于同一岩石，测量方法不同，常数m_i的结果也会有较大的差异。

最早地质资料是确定常数m_i的主要参考资料，然而，所获得地质信息的准确性主要取决于勘探工程师的经验；若采用ISRM推荐的方法，由于实验数据缺乏、实验结果不理想、实验条件差异等因素的影响将导致所获得的常数m_i产生一定的误差；用统计方法(包括相关规范、R指数方法和基于无侧限抗压强度(UCS)的模型)来说明H-B准则的适用性，是一种快速、准确确定常数m_i的方法。虽然上述方法可以根据岩性分类和岩石性质快速的确定常数m_i，但目前迫切需要建立基于力学参数分析模型来直接确定常数m_i。之前学者提出了用三轴抗压强度TCS与变形模量的积分来确定常数m_i，但是误差达到了20％；还有学者将常数m_i定义为与脆性岩石的微观力学原理有关的指标，根据线弹性断裂力学，建立了非线性强度准则，该非线性强度准则与H-B准则很相似，但该非线形强度准则是基于断裂系数来确定常数m_i的，但是，在确定常数m_i时存在一些局限性，在计算断裂系数时也存在一定的困难。

发明内容

本发明提供了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，建立了数字钻参数与常数m_i之间的解析关系，利用数字钻参数快速、准确的确定常数m_i，实现了只需对岩石进行现场原位数字钻实验就可以确定岩石强度包络线。

本发明所采用的技术方案是，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，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用数字钻设备(DPMA)进行岩石数字钻实验，根据Hoek-Brown准则以及数字钻参数之间的关系得到切削力F_t、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、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