基于数字钻探的岩石c-φ参数测试方法

王琦^1,2，秦乾^1,2，高红科^1,2，江贝^1,2,3，许硕^1,2

1. 山东大学岩土与结构工程研究中心2. 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室3. 济南大学土木建筑学院

摘 要：岩石黏聚力c和内摩擦角φ（以下简称c-φ参数）的准确测试是进行地下工程支护设计优化及信息化施工的基础。传统的岩石室内试验方法测试步骤繁琐,周期长、成本高,无法进行原位测定。数字钻探技术为现场准确测定岩石力学参数提供了新的途径,实现该技术的关键在于建立随钻参数与岩石c-φ参数间的定量关系。基于此,本文根据岩石切削破碎特征,建立了一种不预设破坏面的岩石切削力学模型,弥补了现有岩石切削力学模型将破坏面假设为平面,从而与岩石受切削时实际的破坏面特征存在差异的不足。基于滑移线理论推导了岩石极限切削力,得到了随钻参数DP（Drilling Parameters）与岩石c-φ参数关系式（DP-cφ关系式）。将利用自主研发的岩体数字钻探测试系统开展室内试验所得到的随钻参数与理论计算得到的结果进行对比分析,两者平均差异率为8.44%,验证了所建立的岩石切削力学模型和DP-cφ关系式的合理性和正确性。在此基础上,提出了岩石c-φ参数数字钻探测定方法,并通过室内试验进行了该方法与传统三轴试验方法测定结果的对比分析,结果表明:两种方法得到的岩石黏聚力和内摩擦角平均差异率均小于10%,证明了本文所提出的数字钻探测定方法的有效性和可行性。该方法实施方便、快捷,可实现现场工程岩体c-φ参数的原位测定。

关键词：数字钻探;c-φ参数;随钻参数;滑移线;