CN109086502A - 一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法 - Google Patents
一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109086502A CN109086502A CN201810803404.2A CN201810803404A CN109086502A CN 109086502 A CN109086502 A CN 109086502A CN 201810803404 A CN201810803404 A CN 201810803404A CN 109086502 A CN109086502 A CN 109086502A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stratum
- rotation
- rock mass
- test
- rock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000035515 penetration Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/06—Power analysis or power optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明公开的基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，具体按照如下步骤实施：步骤1、对岩体进行场地旋转触探测试，获得旋转触探测试数据；步骤2、对步骤1获得的旋转触探测试数据进行处理，得到各地层的旋转触探钻进参数的平均值，包括钻头的旋转扭矩平均值和钻进压力平均值；步骤3、利用步骤2得到的参数计算岩石中各地层的内摩擦角、粘聚力、弹性模量和抗压强度，采用本发明方法进行岩体基础参数的确定，其计算参数仅需来自现场旋转触探试验，无需钻探，可以避免传统钻探取样、室内土工试验对地基土体的扰动和测试结果不准的影响，简化勘察程序，节省勘察成本，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法。
背景技术
在进行公路和铁路的路基铺设、岩质边坡稳定性分析、地下洞室围岩稳定性分析、隧道及隧洞的衬砌支护计算，以及岩体开挖和灌浆加固等过程中，能否快速准确地探测到岩体断层、节理和裂隙等几何信息，预判岩爆和突水等不良地质现象的可能发生位置，获得它们对工程安全施工的影响，据此提出处理加固方案以保障工程安全的关键问题，是能否快速准确地获得岩石力学参数。
岩体力学参数的测定方法通常采用室内岩块试样试验和现场大型原位测试。室内岩块试样试验具有易于获得试验结果的优点，但是不利的扰动因素致使与现场岩体的实际情况存在差异；对于现场原位测试技术来说扰动较少，更接近岩体现场实际情况，但是工程量浩大，而且受到多种因素的限制和制约。通常岩土工程中采用先钻探取样，将所取试样运回实验室进行尺寸加工，而后在实验机上进行试验测定，获得试样的基本物理力学参数，这种方法所需的时间较长，在整个过程中也很难避免试样扰动和人为干扰等情况的发生，使得岩体的力学行为与室内试样试验中体现的力学行为存在着差异。由于室内试样试验扰动较大，原位测试试验制约较多，寻求获取岩体力学参数的改进技术或新技术，摒弃弊端，实现真正的工程现场岩体原位测试就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，用以快速准确地测定现场岩体力学参数。
本发明所采用的技术方案是，一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1、对岩体进行场地旋转触探测试，获得旋转触探测试数据；
步骤2、对步骤1获得的旋转触探测试数据进行处理，得到各地层的旋转触探钻进参数的平均值，包括钻头的旋转扭矩平均值和钻进压力平均值；
步骤3、利用步骤2得到的参数计算岩石中各地层的内摩擦角、粘聚力、弹性模量和抗压强度。
本发明的特点还在于，
步骤1中，场地旋转触探测试包括测试旋转触探钻头匀速贯入地层中随深度连续变化的压力即钻进压力，单位为MPa；旋转扭矩，单位为MN·m，并记录钻头钻进过程中切削接触面积即钻头的有效面积，单位为m2。
步骤2的具体过程如下：
根据步骤1得到的旋转触探实测数据，绘制随地层深度变化的旋转触探钻进压力和旋转扭矩的测试曲线，并根据测试曲线形态划分地层，判定地层岩性名称，计算出各地层旋转触探钻进参数的平均值，包括：各地层旋转触探钻进压力平均值，单位为MPa；各地层旋转触探钻头旋转扭矩平均值，单位为MN·m。
步骤3中，各地层的内摩擦角的计算方法为：
式(1)中，为内摩擦力，a为剪切角，β为刀刃上的平均摩擦角。
步骤3中，各地层的粘聚力的计算方法为：
式(2)中，c为粘聚力，μ为岩石的摩擦系数，F为每个刀刃的钻进压力，P为每个刀刃切削力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，为内摩擦力，a为剪切角，β为刀刃上的平均摩擦角。
步骤3中，各地层的弹性模量的计算方法为：
式(3)中，E为弹性模量，F为每个刀刃的钻进压力，P为每个刀刃切削力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，μ为岩石的摩擦系数，ν为泊松比。
步骤3中，各地层的抗压强度的计算方法为：
式(4)中，σo为抗压强度，F为每个刀刃的钻进压力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，μ为岩石的摩擦系数，M为旋转扭矩，A为钻头的有效面积。
本发明的有益效果是：
本发明的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，直接应用旋转触探测试所得结果开展岩石的抗压强度、弹性模量、内摩擦角和粘聚力计算，该方法仅需手工计算，计算过程简单，在不采用经验修正系数情况下，仍具有较高的计算精度。采用本发明方法进行岩体参数的确定，计算参数仅需来自现场旋转触探试验，无需钻探，不仅能够在室内快速、准确的测量岩石的力学参数，也可以在现场实时测量岩石力学参数，可以避免传统钻探取样、室内土工试验对地基土体的扰动和测试结果不准的影响，简化勘察程序，节省勘察成本，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，通过对旋切触探试验获得的钻进压力、旋转扭矩、切削厚度及钻头的相关参数，即可快速获得该岩体的力学参数，包括弹性模量、抗压强度、粘聚力和内摩擦角。具体按照如下步骤实施：
步骤1、对岩体进行场地旋转触探测试，获得旋转触探测试数据；
用岩土工程原位旋转触探车，在墩台基础处开展旋转触探场地测试，场地旋转触探测试包括测试旋转触探钻头匀速贯入地层中随深度连续变化的压力即钻进压力，单位为MPa；旋转扭矩，单位为MN·m，并记录钻头钻进过程中切削接触面积即钻头的有效面积，单位为m2。
步骤2、对步骤1获得的旋转触探测试数据进行处理，得到各地层的旋转触探钻进参数的平均值，包括钻头的旋转扭矩平均值和钻进压力平均值；
根据步骤1得到的旋转触探实测数据，绘制随地层深度变化的旋转触探钻进压力和旋转扭矩的测试曲线，并根据测试曲线形态划分地层，判定地层岩性名称，计算出各地层旋转触探钻进参数的平均值，包括：各地层旋转触探钻进压力平均值，单位为MPa；各地层旋转触探钻头旋转扭矩平均值，单位为MN·m。
步骤3、利用步骤2得到的参数计算岩石中各地层的内摩擦角、粘聚力、弹性模量和抗压强度。
对于完整性较好的岩石通过理论计算得出岩石力学参数，具体计算公式如下：
内摩擦角：
粘聚力：
弹性模量：
抗压强度：
式(1)～式(4)中，a为剪切角，β为刀刃上的平均摩擦角，μ为岩石的摩擦系数，F为每个刀刃的钻进压力，P为每个刀刃切削力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，ν为泊松比，M为旋转扭矩，A为钻头的有效面积。
本发明直接应用旋转触探测试所得结果开展岩石的抗压强度、弹性模量、内摩擦角和粘聚力计算，该方法仅需手工计算，计算过程简单，在不采用经验修正系数情况下，仍具有较高的计算精度。采用本发明方法进行岩体参数的确定，计算参数仅需来自现场旋转触探试验，无需钻探，可以避免传统钻探取样、室内土工试验对地基土体的扰动和测试结果不准的影响，简化勘察程序，节省勘察成本，应用前景广阔。
将采用本发明的方法得到的岩石力学参数与实际测量结果进行比较，如表1。
表1围岩力学参数预测结果与实际结果对比
从表1中可以看出，利用旋切触探技术测量的岩石力学参数基本符合实际的结果，整体误差小于10％，说明该方法是可靠的，XCY-1型岩体力学参数旋切触探仪的现场实际应用验证了本发明的方法切实可行，实际应用效果较好。
Claims (7)
1.一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
步骤1、对岩体进行场地旋转触探测试，获得旋转触探测试数据；
步骤2、对步骤1获得的旋转触探测试数据进行处理，得到各地层的旋转触探钻进参数的平均值，包括钻头的旋转扭矩平均值和钻进压力平均值；
步骤3、利用步骤2得到的参数计算岩石中各地层的内摩擦角、粘聚力、弹性模量和抗压强度。
2.如权利要求1所述的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，步骤1中，所述场地旋转触探测试包括测试旋转触探钻头匀速贯入地层中随深度连续变化的压力即钻进压力，单位为MPa；旋转扭矩，单位为MN·m，并记录钻头钻进过程中切削接触面积即钻头的有效面积，单位为m2。
3.如权利要求1所述的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，步骤2的具体过程如下：
根据步骤1得到的旋转触探实测数据，绘制随地层深度变化的旋转触探钻进压力和旋转扭矩的测试曲线，并根据测试曲线形态划分地层，判定地层岩性名称，计算出各地层旋转触探钻进参数的平均值，包括：各地层旋转触探钻进压力平均值，单位为MPa；各地层旋转触探钻头旋转扭矩平均值，单位为MN·m。
4.如权利要求1所述的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，步骤3中，各地层的内摩擦角的计算方法为：
式(1)中，为内摩擦力，a为剪切角，β为刀刃上的平均摩擦角。
5.如权利要求1所述的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，步骤3中，各地层的粘聚力的计算方法为：
式(2)中，c为粘聚力，μ为岩石的摩擦系数，F为每个刀刃的钻进压力，P为每个刀刃切削力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，为内摩擦力，a为剪切角，β为刀刃上的平均摩擦角。
6.如权利要求1所述的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，步骤3中，各地层的弹性模量的计算方法为：
式(3)中，E为弹性模量，F为每个刀刃的钻进压力，P为每个刀刃切削力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，μ为岩石的摩擦系数，ν为泊松比。
7.如权利要求1所述的一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法，其特征在于，步骤3中，各地层的抗压强度的计算方法为：
式(4)中，σo为抗压强度，F为每个刀刃的钻进压力，R为钻头平均半径，h为切削厚度，μ为岩石的摩擦系数，M为旋转扭矩，A为钻头的有效面积。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810803404.2A CN109086502B (zh) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | 一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810803404.2A CN109086502B (zh) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | 一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109086502A true CN109086502A (zh) | 2018-12-25 |
| CN109086502B CN109086502B (zh) | 2022-11-11 |
Family
ID=64838291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810803404.2A Expired - Fee Related CN109086502B (zh) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | 一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109086502B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111209684A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-29 | 西安理工大学 | 一种基于随钻监测技术的岩石强度参数的超前预报方法 |
| CN111398273A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-07-10 | 天津大学 | 一种岩石几何-力学参数获取方法及全息扫描系统 |
| CN115598730A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-01-13 | 云南玉临高速公路建设有限责任公司（Cn） | 基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105804042A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 铁道第三勘察设计院集团有限公司 | 基于旋转触探测试技术的基础沉降变形计算方法 |
| WO2018103324A1 (zh) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 中国矿业大学 | 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级的随钻探测装置及方法 |
-
2018
- 2018-07-20 CN CN201810803404.2A patent/CN109086502B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105804042A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 铁道第三勘察设计院集团有限公司 | 基于旋转触探测试技术的基础沉降变形计算方法 |
| WO2018103324A1 (zh) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 中国矿业大学 | 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级的随钻探测装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 宋玲等: "软岩的旋转触探参数与力学参数的内在关系研究", 《岩石力学与工程学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111398273A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-07-10 | 天津大学 | 一种岩石几何-力学参数获取方法及全息扫描系统 |
| CN111209684A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-29 | 西安理工大学 | 一种基于随钻监测技术的岩石强度参数的超前预报方法 |
| CN111209684B (zh) * | 2020-01-15 | 2024-03-22 | 西安理工大学 | 一种基于随钻监测技术的岩石强度参数的超前预报方法 |
| CN115598730A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-01-13 | 云南玉临高速公路建设有限责任公司（Cn） | 基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109086502B (zh) | 2022-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ljunggren et al. | An overview of rock stress measurement methods | |
| Yue et al. | Automatic monitoring of rotary-percussive drilling for ground characterization—illustrated by a case example in Hong Kong | |
| NO174638B (no) | Fremgangsmaate for aa bestemme horisontal og/eller vertikal permeabilitet for en undergrunnsformasjon | |
| Duan et al. | In-situ evaluation of undrained shear strength from seismic piezocone penetration tests for soft marine clay in Jiangsu, China | |
| CN104793264A (zh) | 应用于钻机的地质状况实时反映与超前探测系统及方法 | |
| CN102518106B (zh) | 基于多功能孔压静力触探探头及土侧压力系数测定方法 | |
| CN105676281B (zh) | 利用瑞雷面波波速确定地层力学参数的方法 | |
| CN109086502A (zh) | 一种基于旋切触探技术的岩体力学参数快速确定方法 | |
| CN204401664U (zh) | 一种灌注桩桩底沉渣和桩端地基检测装置 | |
| CN109057784A (zh) | 利用岩石切削强度快速确定岩体普通强度参数的方法 | |
| Cai et al. | Assessment of the coefficient of lateral earth pressure at rest (K o) from in situ seismic tests | |
| Feng et al. | Improving the Hoek–Brown criterion based on the disturbance factor and geological strength index quantification | |
| Mayne et al. | Geotechnical characteristics of sensitive Leda clay at Canada test site in Gloucester, Ontario | |
| CN104374827A (zh) | 横观各向同性岩体原位动弹性模量的各向异性系数的测量方法 | |
| CN103061320A (zh) | 基于孔压静力触探确定土体渗透系数的方法 | |
| Kelly et al. | In situ testing at the National Soft Soil Field Testing Facility, Ballina. New South Wales | |
| JP5843594B2 (ja) | セメント改良地盤の品質評価方法 | |
| Hossain et al. | Site investigation using resistivity imaging | |
| CN106759220B (zh) | 利用静力触探贯入阻力快速测定静止土压力系数的方法 | |
| CN104863576A (zh) | 判断钻机钻进至一定深度时钻头所处地质层的方法 | |
| Lo et al. | MEASUREMENT OF UNKNOWN BRIDGE FOUNDATION DEPTH BY PARALLEL SEISMIC METHOD. | |
| Agan et al. | Determination of relationships between menard pressuremeter test and standard penetration test data by using ANN model: a Case study on the clayey soil in Sivas, Turkey | |
| Abu-Farsakh et al. | Reliability of piezocone penetration test methods for estimating the coefficient of consolidation of cohesive soils | |
| CN115618457A (zh) | 一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法 | |
| CN108915677A (zh) | 一种岩石切削强度及抗切削强度指标快速确定的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: He Mingming Inventor after: Li Ning Inventor after: Yao Xianchun Inventor after: Xu Chunjie Inventor before: Li Ning Inventor before: He Mingming Inventor before: Yao Xianchun Inventor before: Xu Chunjie |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20221111 |