论文部分内容阅读
岩土的力学参数的重要性不言而喻,能够快速、简便、准确的获得岩土力学参数,将有助于工程更快、更好的设计与施工。本文针对李宁课题组提出的旋切触探法展开应用基础研究,分析钻头和岩石受力作用过程,揭示钻进方式和破岩机理的关系,探究压进破岩过程中的能量组成关系,分析提出岩石力学参数与钻进参数的表达式;针对特级石膏试样展开两类室内实验,第一类是强度实验,获得试样力学参数,第二类是旋切钻进实验,得到钻进负荷-时间关系曲线、扭矩-时间关系曲线;利用得到的力学参数表达式,结合实验所用钻头分别得到三种钻头对应的力学参数计算公式,并将计算结果和强度实验结果展开对比验证。研究得到以下结论: (1)通过旋转触探试验中钻头钻进岩样时的受力分析建立力学平衡方程式,得到切削体受力和其强度参数间的表达式; (2)分析钻头压进过程,根据压头下岩石以剪切破坏为主的假定,利用摩尔库伦强度准则,推导承压核破坏面安全系数和半顶角关系,根据推到发现承压核半顶角仅与材料自身和钻头几何形状有关; (3)研究破碎做功、弹性储能和弹性模量的相互关系,提出旋切过程中利用能量平衡方程求解弹性模量的思路;并针对旋切试验中做功与能量的关系,建立弹性模量表达式: (4)将不同的实验用钻头几何参数带入切削体受力与强度参数关系式中,得到针对三种实验用钻头的材料强度参数表达式,对比发现空心钻的切削能力约为麻花钻的二倍,为角片钻的三倍,空心钻切削能力最高,麻花钻次之而角片钻最小; (5)利用已得到的强度参数表达式、弹性模量表达式和旋切实验测量数据,分析得到材料强度参数和弹性模量的理论结果,与室内强度实验结果相对比,角片钻表达式分析所得误差约15%,麻花钻表达式约9%,空心钻表达式约10%,整体误差小于15%。