[发明专利]一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法

权利要求书

1.一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合：使用钻机在施工现场进行岩心取样，制作I个岩心试样；获取I个岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合，即{(UCS₁,F_n1,δ₁),(UCS₂,F_n2,δ₂),...,(UCS_i,F_ni,δ_i),...,(UCS_I,F_nI,δ_I)}，其中，UCS_i为第i个岩心试样的单轴抗压强度；F_ni为钻机在采集第i个岩心试样时的随掘压力；δ_i为钻机在采集第i个岩心试样时的钻头进给量，单位为m/rev；i为岩心试样的编号且i＝1,2,...,I；

步骤二、建立岩体单轴抗压强度线性观测方程：根据I个岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据钻头进给量数据集合建立岩体单轴抗压强度线性观测方程其中K为岩体单轴抗压强度线性观测方程线性相关系数；

步骤三、采用线性拟合方法求解岩体单轴抗压强度线性观测方程中的线性相关系数K；

步骤四、计算钻进过程相关系数：根据公式计算钻进过程相关系数f；其中，k为钻头扭矩与随掘压力的相关系数，k取2.0～10.0；μ为岩体摩擦系数；w为钻头的钻齿宽度；b为钻头的尺寸系数；M为钻头上的钻齿总数量，r_m为第m个钻齿的直径，m＝1,2,...,M；

步骤五、获取钻机在进行隧洞掘进时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合：使用钻机进行隧洞掘进施工，获取钻机在进行隧洞掘进时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合，即{(F_n1,δ₁),(F_n2,δ₂),...,(F_nj,δ_j),...,(F_nJ,δ_J)},其中，F_nj为钻机在进行隧洞掘进时第j个采样点的随掘压力，δ_j为钻机在进行隧洞掘进时第j个采样点的钻头进给量；j为沿隧洞掘进时间采样的采样点编号且j＝1,2,...,J；

步骤六、根据岩体单轴抗压强度线性观测方程计算岩体的单轴抗压强度：根据公式计算第j个采样点所处施工区域岩体的单轴抗压强度UCS_j。

2.按照权利要求1所述的一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，其特征在于：步骤一中，获取钻机在采集第i个岩心试样时的钻头进给量δ_i的具体步骤为：

S1、获取钻机在采集第i个岩心试样时的钻头进给速度V_i和钻机在采集第i个岩心试样时的钻杆旋转速度N_i；

S2、根据公式计算钻机在采集第i个岩心试样时的钻头进给量δ_i。

3.按照权利要求1所述的一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，其特征在于：步骤一中，获取钻机在采集第i个岩心试样时的随掘压力F_ni的具体步骤为：在钻机的主油路上安装油压传感器，钻机在采集第i个岩心试样时油压传感器的测量值即为F_ni。

4.按照权利要求1所述的一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，其特征在于：步骤一中在构建I个岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合前还需要对钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据进行预处理，具体步骤为：

s1、剔除钻机在采集岩心时的随掘压力数据中F_ni≤0的无效数据；

s2、剔除钻头进给量数据中δ_i≤0的无效数据；

s3、采用小波分析算法对F_ni和δ_i分别进行降噪处理。

5.按照权利要求1所述的一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，其特征在于：步骤五中，钻机在进行隧洞掘进时沿隧洞掘进深度采样的采样点的采样时间间隔不大于5s。