数字化超前钻探依赖于建立随钻参数与围岩特征之间的定量关系，如何定量分析围岩破碎程度对于推力的影响是个重要难题，对于预测不良地质地层具有重要意义。提出一个基于小孔扩张理论的单齿推力理论模型，模型采用Hoek-Brown破坏准则和非关联流动法则，描述岩石破碎程度对于岩石强度的影响。基于弹塑性力学，推导小孔扩张模型的应力场和位移场，并将模型应用到岩石贯入试验中，建立单齿贯入岩石过程中贯入深度与无量纲塑性区半径的定量关系。该理论模型考虑了刀头形状参数、岩石破坏程度和围压等重要参数对于推力的影响，并可以得到单齿贯入岩石过程中贯入深度与贯入力的定量关系。
2.3参数分析
1)推导了基于Hoek-Brown破坏准则小孔扩张理论弹塑性解的单齿推力模型。结合非关联流动准则和大应变理论，得到了基于Hoek-Brown破坏准则的弹塑性小孔扩张理论应力场和位移场。针对楔形和球形刀具，推导了单齿贯入岩石中贯入深度与贯入力之间的关系。
2)进行了楔形探头贯入不同地质强度指标岩石的贯入试验，得到贯入过程中贯入压力与贯入深度之间的关系，与本文理论模型曲线对比趋势及数量级一致。通过与既有文献中的试验数据对比，进一步验证了本文模型的可靠性。并且本文模型在地质强度指标略低于实际值时与试验数据拟合效果较好，表明本文模型在实际工程中利用贯入力预测掌子面围岩破碎程度时更趋于安全。
3) 试验结果和理论模型结果表明，岩石强度参数包括单轴抗压强度、剪胀角、破碎程度和围压对于贯入力影响较大并且有相反的影响。因此，对超前地质钻探数据的分析需要综合考虑岩石强度参数及围压对于随钻参数的影响。
第一作者：杨宏伟，博士，中山大学土木工程学院副教授，从事岩土原位测试技术、隧道和管道等地下空间工程领域的研究。邮箱：yanghw9@mail.sysu.edu.cn
通信作者：陈瑜，博士，中山大学土木工程学院副教授，博士生导师，从事隧道工程、地铁工程、地下工程支护、人工智能、数值仿真模型计算方法开发及理论、岩土多场多相耦合、工程韧性支护机理、工程检测等方面的研究。邮箱：chenyu68@mail.sysu.edu.cn
一审：杨碧峰
二审：涂 鹏
三审：蒋学东
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