[发明专利]破碎岩体特性随钻测试与评价方法

权利要求书

1.破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：自下而上依次将下层完整岩块、破碎岩块、上层完整岩块放入破碎岩体试件制作装置中，通过锚杆固定，形成破碎岩体试件；

所述破碎岩体试件制作装置包括四周约束装置、支撑装置以及锚固装置；四周约束装置底部设置支撑装置，四周约束装置内用于放置岩石试样，锚固装置用于对岩石试样进行锚固；所述四周约束装置包含前后、左右四个钢板，用于约束内部破碎岩体；所述支撑装置包含四个45°方向的横梁，横梁焊接在四周约束装置上，用于支撑上部所放的岩体；

步骤2：将破碎岩体试件放置于试验台上，并固定，使用破碎岩体钻进系统对破碎岩体进行数字钻进试验，监测随钻参数随钻进深度的变化情况；

步骤3：将监测的随钻参数带入岩体强度随钻测试模型，得到破碎岩体的等效抗压强度；

步骤4：根据破碎岩体与完整岩体等效抗压强度，建立基于随钻参数的等效强度随钻弱化系数计算公式，具体如下：

式中，RWD为等效强度随钻弱化系数，为破碎岩体等效抗压强度，为完整岩体等效抗压强度，等效强度随钻弱化系数用来反映岩体的破碎程度；

步骤5：将建立的等效强度弱化系数用于现场试验，结合随钻参数、等效抗压强度和等效强度随钻弱化系数定量评价破碎岩体的破碎程度和破碎范围。

2.如权利要求1所述的破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，所述的岩石试样的上、下层为完整岩块、中层为破碎岩块；三个岩层的厚度比例可调节，模拟不同的破碎范围，三个岩层通过锚固件连接。

3.如权利要求1所述的破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，所述步骤2破碎岩体钻进系统包括导向钻进单元和监测控制单元，导向钻进单元用于对破碎岩体试件进行钻进，同时对钻进过程中的钻进速度、钻头转速、钻头扭矩和钻进压力进行实时监测；所述破碎岩体钻进系统能够以恒钻进速度和恒钻头转速，或所述恒钻头转速和恒钻进压力进行钻进。

4.如权利要求3所述的破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，所述的导向钻进单元包括液压马达、钻杆以及数字钻头三部分；所述液压马达提供钻进动力；所述钻杆及数字钻头在液压马达的驱动下进行钻进；所述数字钻头由长方形金刚石复合片和胎体组成，金刚石复合片镶嵌于胎体中，形成钻头切削刃，切削刃可具有多列；所述的监测控制单元包括搭载导向钻进单元的位移传感器、转速传感器和压扭复合传感器。

5.如权利要求1所述的破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，所述步骤3中的岩体强度随钻测试模型，其计算公式为：

式中，为岩体等效抗压强度，为岩石单位切削能，、、为岩石单轴抗压强度与切削能量的拟合系数。

6.如权利要求1所述的破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，所述步骤5中现场试验的具体步骤如下：

步骤5-1：利用围岩智能数字钻机进行地下工程围岩原位钻进测试；

步骤5-2：监测随钻参数随钻进深度的变化情况，获取随钻参数数值；

步骤5-3：将获取的随钻参数带入破碎岩体等效抗压强度公式和等效强度随钻弱化系数计算公式，实现等效抗压强度和等效强度随钻弱化系数的实时获取。

7.如权利要求1所述的破碎岩体特性随钻测试与评价方法，其特征在于，所述步骤5中的定量评价破碎岩体的破碎程度和破碎范围，根据得到等效强度随钻弱化系数对岩体的破碎程度进行评价；当数字钻头开始接触破碎岩块时，随钻参数和等效强度会随空隙的存在产生较为剧烈的波动，通过中间剧烈波动的范围和波动的程度，定量评价破碎岩体的破碎范围。