[发明专利]基于岩相学特征分析的岩石强度预测系统及方法

说明书

本发明公开了基于岩相学特征分析的岩石强度预测系统及方法，其技术方案为：包括旋转机构，沿旋转机构周向依次分布有打磨机构、清洗机构、烘干机构、结构识别机构和矿物分析机构；所述结构识别机构、矿物分析机构与强度预测系统相连。本发明通过对岩石的结构特征及物质成分进行快速获取与定量化分析，融合机器学习算法，最终实现岩石各类强度的准确预测。

技术领域

本发明涉及岩石力学性质测定领域，尤其涉及一种基于岩相学特征分析的岩石强度预测系统及方法。

背景技术

岩石是构成地壳表层岩石圈的主体，人类的主要工程建设活动主要是在岩石圈上进行的。特别是进入被称为地下工程世纪的二十一世纪以来，人们正在前所未有的、广泛的接触和改造岩石或岩体。岩石作为人类开展工程建设活动的主要研究对象，研究其在受力情况下的变形、屈服和破坏等力学效应成为重要研究课题。岩石抗压强度作为反映岩石受外力作用被破坏的主要指标，是地下工程和工程勘察中最基本的岩体力学参数之一，广泛应用于岩质边坡治理、隧道围岩分级、支护参数设计和TBM智能化施工中。

目前，岩石抗压强度(UCS)获取方法主要有直接测试法和间接预测法。其中直接法是在符合国际岩石力学学会的相应标准条件下，开展室内单轴压缩和三轴压缩试验等方法直接测定，获取最为准确的岩石抗压强度。但该方法需采集现场标准岩样，并运送至实验室测试，费时费力，测试结果无法及时对工程现场进行指导；而间接预测法主要是通过相关简单力学试验确定岩石强度(点荷载试验、块体冲击指数试验和施密特锤试验等。这些方法虽然可以在工程现场开展，但是又存在测试量大、测试结果离散性大、推算结果精度低等问题。另外，上述各类测试方法都是力学相关的，需将目标岩体破坏后才能获取相关强度参数，对目标岩体是有损的、扰动的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于岩相学特征分析的岩石强度预测系统及方法，通过对岩石的结构特征及物质成分进行快速获取与定量化分析，融合机器学习算法，最终实现岩石各类强度的准确预测。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于岩相学特征分析的岩石强度预测系统，包括旋转机构，沿旋转机构周向依次分布有打磨机构、清洗机构、烘干机构、结构识别机构和矿物分析机构；所述结构识别机构、矿物分析机构与强度预测系统相连。

作为进一步的实现方式，所述旋转机构包括动力源、与动力源相连的转盘；打磨机构、清洗机构、烘干机构、矿物分析机构和结构识别机构分别以72°的角度环形阵列于转盘靠近边缘处。

作为进一步的实现方式，所述打磨机构包括伸缩杆、旋转动力源和细砂轮，所述伸缩杆通过旋转动力源连接细砂轮。

作为进一步的实现方式，所述清洗机构包括高压喷头、水管和水泵，高压喷头通过水管连接水泵；所述烘干机构包括吹风机。

作为进一步的实现方式，所述结构识别机构包括数码相机和结构分析系统，数码相机通过线缆与结构分析系统相连；数码相机用于获取待测目标岩体被打磨光滑平整后的高清图像，并传输给结构分析系统。

作为进一步的实现方式，所述矿物分析机构包括拉曼光谱仪和矿物分析系统，拉曼光谱仪通过线缆与矿物分析系统相连；矿物分析系统能够将拉曼光谱仪获取的拉曼光谱进行分析。

作为进一步的实现方式，所述强度预测系统用于接收来自矿物分析机构和结构识别机构所传输的矿物类型及含量信息、岩石结构定量化计算结果信息，并建立岩石强度预测模型。

作为进一步的实现方式，还包括支护机构，所述旋转机构固定于支护机构下方。

作为进一步的实现方式，所述支护机构包括顶棚、安装于顶棚下方的多个可伸缩支撑。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于岩相学特征分析的岩石强度预测方法，采用所述的预测系统，包括：