[发明专利]一种搭载于TBM的岩石力学综合试验及信息评价系统

权利要求书

1.一种搭载于TBM的岩石力学综合试验及信息评价系统，其特征在于：包括岩石力学综合试验系统及信息评价系统，所述岩石力学综合试验系统包括超前地质取心钻机、岩石力学试验组件、岩石可钻性试验组件、岩石声波测试组件、钻孔录像和声波测试组件、水压致裂法地应力试验组件；

所述超前地质取心钻机用于对掌子面进行钻孔取心，利用超前地质取心钻孔的成孔情况和岩心编录数据定性和定量了解地质信息，所述地质信息包括隧道掘进方向岩体岩性、风化程度、完整性、结构面信息、岩石质量指标RQD参数，所述超前地质取心钻机在不同深度的钻孔取心被打磨成标准试样；

所述岩石可钻性试验组件，用于对标准试样开展可钻性测试，获得SJ值、圆盘磨损指数DWI以及岩石的脆性特征参数BI；

所述岩石声波测试组件主要由岩石声波测试仪组成，用于对标准试样测试以获取岩石取心试样纵波波速V_pr；

所述岩石力学试验组件用于标准试样的单轴压缩试验或点荷载强度试验，得到岩石饱和抗压强度R_c；

所述钻孔录像和声波测试组件用于获取掌子面前方岩体的完整性情况、岩体结构面信息以及岩体纵波波速V_pm；

所述水压致裂法地应力试验组件用于获取钻孔横截面的地应力场特征数据，包括最大主应力σ_A、最小主应力σ_B量值和σ_A方向；

所述信息评价系统用于收集超前地质取心钻孔反映的地质信息和所有一手试验数据，进行岩体质量指标计算、TBM掘进安全性评价、可掘性评价以及施工预测；

将水压致裂法地应力测试引入TBM掘进探测，为掘进安全性和可掘性提供近场一手地应力特征参数，所述钻孔表述的地应力场特征数据可认定为隧道横截面的初始应力场特征数据，试验所得取钻孔横截面的最大主应力σ_A可认定为隧道截面最大主应力σ_max，即令σ_max＝σA；

所述信息评价系统依据不同钻孔深度的岩体纵波波速V_pm和岩石取心试样纵波波速V_pr得到岩体完整性系数K_v，计算公式为式(2)：

K_v＝(V_pm/V_pr)² (2)

然后利用公式(3)计算岩体基本质量指标BQ：

BQ＝100+3R_c+250K_v (3)

由所述岩体基本质量指标BQ结合钻孔地质信息中地下水出露情况可估计地下水影响修正系数K₁；

由钻孔声波和录像测试结果和岩心描述所得地质信息获得主要结构面产状影响修正系数K₂；

由地应力测试结果和岩石强度参数R_C得到初始应力状态修正系数K₃；

由BQ指标和修正系数K₁、K₂、K₃获得岩体质量指标[BQ]：

[BQ]＝BQ-100(K₁+K₂+K₃) (4)

依据BQ或[BQ]指标，结合钻孔声波和录像测试结果和岩心描述所得岩体完整性、软硬岩分类等地质信息获得岩体基本质量分级；

结合岩体基本质量级别和洞室开挖跨度数据，进行隧道岩体自稳能力评价；

所述信息评价系统综合岩体质量指标[BQ]、可钻性试验参数BI、SJ和DWI，以及地应力测试结果参数σ_A对岩体可掘性进行评价，采用公式(5)形式的多元回归分析方法提出可掘性参数FPI：

FPI＝f(BI，SJ，DW1，[BQ]，σ_A) (5)。