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专利号: 2022106592799
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于数字钻参数确定Hoek‑Brown准则中常数mi和强度包络线的方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、利用数字钻设备进行岩石数字钻实验,根据Hoek‑Brown准则以及钻参数之间的关系得到切削力Ft与推力Fn的关系曲线,进而计算出钻头前角α和钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ;

步骤2、根据步骤1中计算的钻头前角α和钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ,进而计算出压缩区与完整岩石的摩擦角 和岩石的内摩擦角步骤3、绘制切削力Ft关于推力Fn的关系曲线,得到曲线截距b,将步骤1、2中得到的前角α、钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ和内摩擦角 代入常数mi方程式中从而计算出Hoek‑Brown准则中常数mi;

步骤4、将步骤1、2、3中计算的钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角θ、完整岩石的摩擦角 内摩擦角 截距b代入岩石粘聚力c的计算式中得到粘聚力c,进而计算出岩石单轴抗压强度UCS;

步骤5、将步骤3中计算的常数mi、步骤4中计算的单轴抗压强度UCS代入H‑B破坏准则,进而计算出岩石的三轴抗压强度TCS。

2.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek‑Brown准则中常数mi和强度包络线的方法,其特征在于,所述步骤1中进行数字钻实验时,根据主导力的不同分为两个阶段,切削和摩擦阶段,当切削力大于推力时,切削力占主导地位;当切削力小于推力时,推力占主导地位;

当切削力大于推力时,切削力和推力之间的关系为:

式(1)中,Ft为切削力,Fn为推力,α为钻头前角,θ’为切削面的接触摩擦角当切削力小于推力时,切削力和推力之间的关系为:

2 2

式(2)中,π·(R ‑r)为钻头的截面积,R的为钻头的外径,r为钻头的内径;θ为钻头切割面和端面的岩石接触摩擦角, 为岩石的内摩擦角;

根据切削力小于推力时关系曲线,计算斜率得到θ,再根据切削力大于推力时关系线,计算斜率得到α+θ’,由于θ约等于θ’,进而得到钻头前角α。

3.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek‑Brown准则中常数mi和强度包络线的方法,其特征在于,所述步骤2中压缩区与完整岩石的摩擦角 与岩石的内摩擦角 的计算公式为:

4.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek‑Brown准则中常数mi和强度包络线的方法,其特征在于,所述步骤3中切削力Ft与推力Fn关系曲线截距用常数b表示,则b的计算公式为:进而得到Hoek‑Brown准则中常数mi的计算公式为:

5.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek‑Brown准则中常数mi和强度包络线的方法,其特征在于,所述步骤4中岩石单轴抗压强度UCS、粘聚力c的计算公式为:

6.根据权利要求1所述基于数字钻参数确定Hoek‑Brown准则中常数mi和强度包络线的方法,其特征在于,所述步骤5中H‑B破坏准则为:σc为岩石的单轴抗压强度UCS,σ1和σ3为σ的两个分量其中σ1为三轴抗压强度TCS,s为常数,完整岩石s取1.0;

岩石三轴抗压强度TCS的计算公式为: