Page 1 - 岩土强度原位试验的数字钻孔过程监测技术与理论方法

岩土强度原位试验的数字钻孔过程监测技术与理论方法

该项目由香港大学岳中琦团队完成，获第11届中国岩石力学与工程学会科学技术（自然科学奖）一等奖。

该项成果运用现代数字技术，原创性地发明了钻孔过程监测（DPM）技术，率先实现了钻孔过程参数实时

数字自动化采集，创建了一套定量分析钻孔过程参数时间序列的直接算法，攻克了钻进速度极大随机变化的国

际性难题，开辟了钻孔过程实时监测与时间序列分析的岩土力学强度与空间分布研究，填补了国内外缺乏岩体

和岩土混合体的原位力学强度与分布测试技术和方法的空白，是国内外岩石力学、岩土工程、工程地质和地质

勘查基础研究“从0到1”的原创性成果，具有重大的科技意义、社会作用和经济价值。

重要科学发现

1. 揭示了施工钻孔冲击-扭剪和取芯钻探推压-扭剪的破岩机理，发明了数字化钻孔过程监测仪，并创建了一

套钻孔过程监测数据的时间序列分析方法

安设于气动旋冲潜空锤钻机上的DPM监测仪 安设于液压回旋取土取岩芯钻机上的DPM监测仪 气动旋冲潜孔锤钻机钻孔的动力头平移和五种驱动压缩空气流压强随时间变化

2. 发现了岩土地质体沿钻进深度具有分段匀速抗钻强度的科学规律，并验证了它对多种岩土体、钻机和钻

头的普适性

DPM纯钻进过程的直观时间序列分析过程与结果 纯钻进过程的时程曲线和相应钻具施加的作用力所揭示的分段均匀抗钻强度规律

3. 发现了微小时间或进尺测量误差导致钻速大扰动的现象，提出了纯钻进时程累积除扰法，攻克了MWD等

随钻测量技术的钻速数据呈极大随机性变化的国际性难题

瑞典、英国和英欧标准的MWD随冲击旋转钻机测量的钻速随孔深随机变化 香港风化花岗岩的DPM纯钻进过程的按钻头深度分布的子时间序列数据：钻速分段匀速

4. 论证了岩土地质体抗钻原位试验的四条基本规律，创建了基于分段均匀抗钻强度的岩土地质体力学强度

质量评价方法，为岩土和地质工程的新一代精细、快速、高效勘探与设计分析提供了理论和技术支撑

DPM确定岩土体抗钻剖面、单轴抗压强度、单孔RQD、场地RQD和大理岩溶洞案例

促进岩石力学与工程的进步与发展

项目成果共发表32篇学术期刊和会议论文、中美发明专利各1项，应邀在学术会议和科研院所做了88场次学术

报告。香港特别行政区政府土力工程处独立审查了该成果的科学发现。与该成果相关的论文被122（含外国47）个

大学与科研院所引用、运用和发展，为隧道掘进机研发、隧道地层随钻监测预报与识别、地质勘探随钻监测地层与

界面力学质量、随钻监测岩石力学参数试验、智能与高效钻机研制提供了科学依据。