本發(fā)明涉及巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域，具體涉及巖土工程勘察過程中分析鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、巖土工程勘察是設(shè)計(jì)施工的重要依據(jù)，不同區(qū)域地質(zhì)條件千差萬別，勘察工作的準(zhǔn)確性尤為重要?？辈爝^程中鉆孔的垂直對(duì)直接影響著地層深度及位置的劃分，影響的所取試樣代表部位判斷，是勘察工作的基礎(chǔ)，保證鉆孔垂直度尤為重要。

2、目前在巖土工程勘察過程中，為提高采取率、提高鉆進(jìn)速度、確保原狀試樣不被破壞，往往會(huì)采用不同類型的鉆具。在勘察過程中鉆具的選用往往是根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，極易因選擇失誤造成鉆孔傾斜過大，造成勘察成果的偏差。目前并沒有關(guān)于鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響規(guī)律以及不同地質(zhì)條件、不同深度條件下鉆孔偏移的系統(tǒng)性分析研究。為了能夠較好的解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種巖土工程勘察鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，該方法設(shè)計(jì)一種模型試驗(yàn)，通過模型試驗(yàn)分析不同鉆具在鉆進(jìn)過程中鉆孔偏移的變化規(guī)律，分析不同類型鉆具的優(yōu)劣，從而為不同場(chǎng)地鉆具的選取提供依據(jù)，對(duì)鉆具的改進(jìn)提供方向和依據(jù)。

2、為解決技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，具體步驟如下：

3、s1.準(zhǔn)備試樣模具：所述模具由多層鋼框架套筒拼接而成，底層鋼框架套筒的底面為全封閉式，其它每層套筒底部以網(wǎng)格布封底以便鉆機(jī)穿過；

4、s2.試樣制取材料的獲?。和ㄟ^取樣器提取現(xiàn)場(chǎng)不同埋深下的試樣，將原狀試樣密封保存，通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定不同埋深巖土的物理性質(zhì)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)將模型分層劃分并配置相應(yīng)的填充材料；

5、s3.制備試樣：采用s1步驟中的模具和s2步驟中的材料制備試樣，具體過程如下：

6、①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探地層情況等比例劃分試驗(yàn)試樣不同的模擬地層厚度；

7、②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取回的原狀材料確定不同深度土層的密度、含水率以及不同深度巖層的巖性；

8、③根據(jù)步驟①中劃分的地層厚度，結(jié)合試樣模具的截面積，計(jì)算出每層試樣的體積；結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定的對(duì)應(yīng)地層巖土的密度計(jì)算不同地層的材料用量；

9、④在操作做平臺(tái)放置模具底板和第一節(jié)模具，鋪設(shè)底層巖樣，在鋪設(shè)前測(cè)定巖樣的強(qiáng)度和含水率與現(xiàn)場(chǎng)底層巖石性質(zhì)保持一致，所述底層巖樣的鋪設(shè)厚度與步驟①中模擬底層巖石厚度相同；

10、⑤在底層巖樣上方按照步驟①中劃分的地層厚度逐層鋪設(shè)對(duì)應(yīng)的地質(zhì)材料，分層鋪設(shè)分層壓實(shí)，且每層地質(zhì)材料的鋪設(shè)量與步驟③中計(jì)算的每層地質(zhì)材料的用量相同；在鋪設(shè)過程中，當(dāng)?shù)谝还?jié)模具鋪設(shè)完成后，在上方依次增加模具后繼續(xù)鋪設(shè)，直至試樣制作完成；

11、s4收集現(xiàn)場(chǎng)鉆探數(shù)據(jù)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)旋挖施工過程中揭露的鉆孔位置收集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆孔偏差數(shù)據(jù)，繪制出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆孔水平和豎向偏移曲線；

12、s5將s3步驟中制備好的試樣裝入試驗(yàn)儀，試樣每層鋼框架模具均與試驗(yàn)儀兩側(cè)頂升支架相連，并可將每層鋼框架模具單獨(dú)升起，試樣安裝好之后，對(duì)試驗(yàn)儀進(jìn)行調(diào)試；

13、s6.將模擬鉆具與鉆頭連接，并固定在調(diào)試好的試驗(yàn)儀上，設(shè)定初始鉆探速率，開始對(duì)s5步驟中固定好的試樣進(jìn)行模擬鉆探取樣，鉆進(jìn)過程中模擬現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)的方式逐根增加鉆桿；鉆探取樣以單根模擬鉆桿的長(zhǎng)度為一回次進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)一回次后取出巖樣或土樣，并增加鉆桿再次鉆進(jìn)，重復(fù)上述步驟直至鉆至指定深度并取出巖或土樣；

14、s7.頂升每層鋼框架模具，以模具圓心為零點(diǎn)，半徑為刻度軸線組成的鉆孔偏移測(cè)量工具，測(cè)量每層模具頂面鉆孔的相對(duì)位置，并記錄；按照s5步驟中相同的方法繪制出模擬鉆孔水平和豎向偏移曲線；

15、s8.分別按照以下公式①計(jì)算出s4步驟中現(xiàn)場(chǎng)鉆孔不同深度的偏斜率δ現(xiàn)，并按照以下公式②計(jì)算出s7步驟中模擬鉆孔不同深度的偏斜率δ模擬，并對(duì)比分析，糾正模擬結(jié)果的誤差，使模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符；所述計(jì)算公式如下：

16、

17、公式中：δ現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔偏斜率；

18、l為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔測(cè)斜段的鉆孔深度；

19、θ為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔測(cè)斜段的鉆孔偏斜角；

20、α為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔測(cè)斜段的鉆孔水平方位角；

21、

22、公式中：d為模擬鉆孔水平偏心距；l為模擬鉆孔垂直深度；

23、s9.開始模擬試驗(yàn)，更換選定的不同類型鉆頭依次重復(fù)試驗(yàn)步驟s5～s8；將不同鉆頭下鉆孔的水平偏移曲線及豎向偏移曲線進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比不同鉆頭在不同深度水平偏移和豎向偏移量以及偏斜率δ的大小，分析不同類型鉆具對(duì)鉆孔垂直度的影響，進(jìn)而明確鉆具的優(yōu)化方向。

24、本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述s1中的每層鋼框架套筒為高度20～30cm的圓柱形鋼套筒，每個(gè)圓形鋼套筒底部均設(shè)有網(wǎng)格布，所述網(wǎng)格布是由多根橫向布帶和縱向布帶橫縱交叉形成的網(wǎng)格狀布，其橫向布帶和縱向布帶之間的間距為可移動(dòng)且易被鉆頭穿越，以減小對(duì)鉆具的影響；相鄰兩個(gè)圓柱形鋼套筒之間通過卡扣固定的形式拼接，并可進(jìn)行拆卸。

25、本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述s2步驟中試驗(yàn)材料均為場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)取樣，巖石結(jié)構(gòu)、炭質(zhì)夾層的組成成分均能反應(yīng)場(chǎng)地的實(shí)際情況。

26、本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述s4中利用測(cè)斜儀測(cè)量計(jì)算鉆探過程中不同深度下的鉆孔的斜率及偏移距離，并以地表鉆孔位置為坐標(biāo)原點(diǎn)即零點(diǎn)，正上方為正北方向，刻度為鉆孔水平偏移值，繪制鉆孔水平偏移曲線；以地表鉆孔位置為坐標(biāo)原點(diǎn)即零點(diǎn)，x軸為鉆孔深度，y軸為鉆孔豎向偏移值，繪制現(xiàn)場(chǎng)鉆孔豎向偏移圖；所述s7步驟中采用相同方法繪制模擬鉆孔水平偏移曲線和豎向偏移曲線，繪制過程中以試樣表面鉆孔位置為坐標(biāo)原點(diǎn)即零點(diǎn)。

27、本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述s5步驟中試驗(yàn)儀調(diào)試底座為固定試樣平臺(tái)，平臺(tái)兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有頂升支架，頂部為固定鉆桿及為鉆孔提供動(dòng)力裝置，頂部鉆桿位置能前后左右移動(dòng)，試樣安裝好之后，在實(shí)驗(yàn)前調(diào)整好鉆孔位置并固定。

28、本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述s6步驟中的模擬鉆具以現(xiàn)場(chǎng)常用的節(jié)長(zhǎng)2.00m的標(biāo)準(zhǔn)鉆桿為基準(zhǔn)等比例縮放20倍制作模擬鉆桿，試樣所需鉆頭亦按照等比例縮放20倍的方法制作并于模擬鉆桿配套；以變速發(fā)動(dòng)機(jī)為模擬鉆具提供動(dòng)能，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定鉆具的初始鉆探速率，開始鉆探模擬

29、本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述s6步驟中以儀器固定鉆桿中心位置為原點(diǎn)，以原點(diǎn)為圓心的圓環(huán)為等距線，半徑為偏移距離，測(cè)量鉆孔的相對(duì)位置。

30、本發(fā)明通過建立等比例試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀行У哪M了鉆探過程中不同鉆具下的鉆孔偏移情況，并繪制出鉆孔偏移曲線。通過對(duì)比相同鉆具在鉆至不同深度時(shí)鉆孔的偏移情況，分析在滿足規(guī)范的前提下，巖土工程勘察可較準(zhǔn)確探明的最大深度范圍；通過對(duì)比不同鉆具所形成的鉆孔偏移曲線，分析不同深度鉆孔偏移度的差異，結(jié)合鉆具的特點(diǎn)分析鉆具可改進(jìn)的方向，為今后鉆具的改進(jìn)及現(xiàn)場(chǎng)勘探提供理論依據(jù)，且本發(fā)明簡(jiǎn)單易懂，造價(jià)低廉，能為后續(xù)類似試驗(yàn)提供新的思考方向。

技術(shù)特征：

1.一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s1中的模具為圓筒狀，每層鋼框架套筒的高度20～30cm，相鄰兩個(gè)圓柱形鋼套筒之間通過連接卡口拼接，并可進(jìn)行拆卸；所述網(wǎng)格布是由多根橫向布帶和縱向布帶橫縱交叉形成的網(wǎng)格狀布，其橫向布帶和縱向布帶之間的間距為可移動(dòng)且易被鉆頭穿越，以減小對(duì)鉆具的影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s2步驟中試驗(yàn)材料均為場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)取樣，巖石結(jié)構(gòu)、炭質(zhì)夾層的組成成分均能反應(yīng)場(chǎng)地的實(shí)際情況。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s4中利用測(cè)斜儀測(cè)量計(jì)算鉆探過程中不同深度下的鉆孔的斜率及偏移距離，并以地表鉆孔位置為坐標(biāo)原點(diǎn)即零點(diǎn)，正上方為正北方向，刻度為鉆孔水平偏移值，繪制鉆孔水平偏移曲線；以地表鉆孔位置為坐標(biāo)原點(diǎn)即零點(diǎn)，x軸為鉆孔深度，y軸為鉆孔豎向偏移值，繪制現(xiàn)場(chǎng)鉆孔豎向偏移圖；所述s7步驟中采用相同方法繪制模擬鉆孔水平偏移曲線和豎向偏移曲線，繪制過程中以試樣表面鉆孔位置為坐標(biāo)原點(diǎn)即零點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s5步驟中試驗(yàn)儀調(diào)試底座為固定試樣平臺(tái)，平臺(tái)兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有頂升支架，頂部為固定鉆桿及為鉆孔提供動(dòng)力裝置，頂部鉆桿位置能前后左右移動(dòng)，試樣安裝好之后，在實(shí)驗(yàn)前調(diào)整好鉆孔位置并固定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s6步驟中的模擬鉆具以現(xiàn)場(chǎng)常用的節(jié)長(zhǎng)2.00m的標(biāo)準(zhǔn)鉆桿為基準(zhǔn)等比例縮放20倍制作模擬鉆桿，試樣所需鉆頭亦按照等比例縮放20倍的方法制作并于模擬鉆桿配套；以變速發(fā)動(dòng)機(jī)為模擬鉆具提供動(dòng)能，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定鉆具的初始鉆探速率，開始鉆探模擬。

7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法，其特征在于：所述s6步驟中以儀器固定鉆桿中心位置為原點(diǎn)，以原點(diǎn)為圓心的圓環(huán)為等距線，半徑為偏移距離，測(cè)量鉆孔的相對(duì)位置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響的分析方法。所述方法采用模擬鉆探過程中鉆具對(duì)鉆孔垂直度影響進(jìn)行分析，所述方法包括通過模擬試驗(yàn)分析不同鉆具在不同地質(zhì)條件下鉆孔的偏移量；通過繪制鉆孔偏移曲線分析不同鉆具在鉆進(jìn)過程中鉆孔偏移變化規(guī)律；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不同鉆具在滿足規(guī)范的前提下可進(jìn)行鉆探的最大深度，進(jìn)而為改進(jìn)鉆具、提高鉆孔垂直度提供依據(jù)和方向。

技術(shù)研發(fā)人員：張關(guān)勛,趙建海,黃俊保,許明能,劉志航,田浩源,潘若銘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中冶武勘工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21