,668 北京科技大学学报 第29卷 地层界面的识别精度取决于显著性指标的设 为一6.67~-19.95m,曲线明显变陡，多为强风化 置，一般以满足工程要求为宜，如果不计地层中小 至中风化花岗岩，穿孔速率为l9.67 cmmin1.第 的变化，可以根据图5中位移曲线的斜率变化将穿 四层深度为一19.95一35.67m,曲线开始变缓，多 透地层划分四层：第一层为表土层，属充填土，厚度 为中等至轻度风化的花岗岩，穿孔速率为4.79cm· 仅为2.00m.该段由于处于钴孔准备阶段，其参数 min. 未进行监测.第二层深度为-2.00~一6.67m.其 但是，以上变化还不能反映与界面上岩石强度 中-2.00~一5.36m为全风化花岗岩，穿孔速率为 变化的直接关系，表4是各钻孔穿孔参数在岩性界 27.55 cm*min1;Ⅲ/Ⅱ类轻中度风化花岗岩夹层， 面处的变化值 曲线平缓，穿孔速率为8.34 cm *min1.第三层深度 表穿孔参数在岩性界面处的相对变化值 Table 4 Relative variation values of penetrating parameters at lithology interfaces DPM界面 有效轴 钻头 冲洗 穿孔 抗压 DPM界面有效轴 钻头 冲洗 穿孔 抗压 深度/m 压力 转速 压力 速率 强度 深度/m 压力 转速 压力 速率 强度 -5.36 0.420 0.464 0.153 -0.626 0.991 -19.95 0.374 0.442 0.174 -0.346 0.588 -6.67 -1.526 -1.580 -2.352 0.680-97.302 -24.42 0.230 0.172 0.497 0.592-0.635 -11.32 0.112 -0.010 0.544 -0.279 0.026 -24.87 -0.099 -0.017 -0.473 -2.518 0.485 -15.76 0.019 0.012 -0.770 -0.321 0.950 -31.08 0.163 -0.065 0.207 -0.743 0.094 -18.58 0.069 -0.055 0.361 -1.538 0.789 -31.92 -0.024 0.013 -0.009 -0.231 -0.104 -19.50-0.655 -1.350 -0.845 -0.090 -1.426 从表4可知，在界面上，当岩石强度发生改变 系的不确定，同样，岩石强度均化亦会影响到表4 时，穿孔参数也会发生相应的改变，其中，在多数情 中其他穿孔参数在界面处与岩石强度变化的相关 况下，有效轴压力及冲洗压力对界面处岩石强度的 性，这是造成表4中穿孔参数与界面处岩石强度变 变化呈正响应，其正相关率分别为81.82%和 化相关性减弱的原因 72.73%.这说明，轴压力及冲洗压力随界面处岩石 此外，旋转钻机一般有两种钻进方式，即低轴压 强度的增大而增大，这与图1及图3相一致，钻具 一高转速钻进和高轴压一低转速钻进.在同一场址 转速对岩石强度的变化呈负响应，负相关率为 中，便于比较，应该使用同一种钻进方式·冲洗压力 54.54%,正、负响应基本相当，穿孔速率对岩石强 与孔深、排碴状态及岩石中的裂隙发育与否有关， 度的变化呈负响应，其负相关率为81.82%.说明穿 在这次钻进中，由于裂隙不发育，因而表现出较好的 孔速率随岩石强度的增大而降低，以上穿孔参数在 规律性，当在钻进过程中，采用多种钻进方式时，亦 界面上的变化反映了其随钻进地层岩石强度变化的 容易造成转速的不确定性 基本规律.但是，转速与图2的监测结果并不一致. 从图2可知：在强度较小的地层中，转速低；在强度 4结论 较大的地层中，转速高.但从表4可知：在一19.95 (1)DPM系统能对风化花岗岩地层界面进行 m以上地层，转速对岩石强度的变化既存在正响应 可靠的识别，t检验表明，其精度可达99% 也存在负响应；在一19.95m以下，均呈负响应，这 (2)有效轴压力、转速、冲洗压力及穿孔速率将 与表4中岩石强度的代表性有关.表中岩石的强度 随界面处岩石强度的变化而变化，轴压力及穿孔速 是典型岩芯的强度，并不能完全代表界面处岩石的 率分别与岩石强度成正、负相关，其响应度均达到 实际强度.从取样岩芯分析，在表2中，一5.10， 81.82%,位移曲线的斜率直接反映了穿孔速率的 -6.00,-18.90,-19.60,-19.95,-21.07, 变化，可实现岩土剖面的划分.转速与钻机工作方 一24.35及一25.15m等界面处，存在明显的岩芯破 式有关，冲洗压力在完整性好的地层中，与岩石强度 碎，表明界面附近的岩石实际强度很低，在各参数图 成正相关；但总体来讲，转速与冲洗压力具有不确 中涨落也非常显著，说明各参数对界面处岩石强度 定性 的改变非常敏感；同时也说明，由于受岩石强度均化 (③)穿孔参数在界面上对岩石强度的变化非常 的影响，导致表4中界面上转速与岩石强度变化关 敏感，能通过各参数曲线的涨落来反映.但由于地地层界面的识别精度取决于显著性指标的设 置‚一般以满足工程要求为宜．如果不计地层中小 的变化‚可以根据图5中位移曲线的斜率变化将穿 透地层划分四层：第一层为表土层‚属充填土‚厚度 仅为2∙00m．该段由于处于钻孔准备阶段‚其参数 未进行监测．第二层深度为—2∙00～—6∙67m．其 中—2∙00～—5∙36m 为全风化花岗岩‚穿孔速率为 27∙55cm·min —1 ；Ⅲ／Ⅱ类轻中度风化花岗岩夹层‚ 曲线平缓‚穿孔速率为8∙34cm·min —1．第三层深度 为—6∙67～—19∙95m‚曲线明显变陡‚多为强风化 至中风化花岗岩‚穿孔速率为19∙67cm·min —1．第 四层深度为—19∙95～—35∙67m‚曲线开始变缓‚多 为中等至轻度风化的花岗岩‚穿孔速率为4∙79cm· min —1． 但是‚以上变化还不能反映与界面上岩石强度 变化的直接关系．表4是各钻孔穿孔参数在岩性界 面处的变化值． 表4 穿孔参数在岩性界面处的相对变化值 Table4 Relative variation values of penetrating parameters at lithology interfaces DPM 界面 深度／m 有效轴 压力 钻头 转速 冲洗 压力 穿孔 速率 抗压 强度 —5∙36 0∙420 0∙464 0∙153 —0∙626 0∙991 —6∙67 —1∙526 —1∙580 —2∙352 0∙680 —97∙302 —11∙32 0∙112 —0∙010 0∙544 —0∙279 0∙026 —15∙76 0∙019 0∙012 —0∙770 —0∙321 0∙950 —18∙58 0∙069 —0∙055 0∙361 —1∙538 0∙789 —19∙50 —0∙655 —1∙350 —0∙845 —0∙090 —1∙426 DPM 界面 深度／m 有效轴 压力 钻头 转速 冲洗 压力 穿孔 速率 抗压 强度 —19∙95 0∙374 0∙442 0∙174 —0∙346 0∙588 —24∙42 0∙230 0∙172 0∙497 0∙592 —0∙635 —24∙87 —0∙099 —0∙017 —0∙473 —2∙518 0∙485 —31∙08 0∙163 —0∙065 0∙207 —0∙743 0∙094 —31∙92 —0∙024 0∙013 —0∙009 —0∙231 —0∙104 从表4可知‚在界面上‚当岩石强度发生改变 时‚穿孔参数也会发生相应的改变．其中‚在多数情 况下‚有效轴压力及冲洗压力对界面处岩石强度的 变化 呈 正 响 应‚其 正 相 关 率 分 别 为 81∙82％ 和 72∙73％．这说明‚轴压力及冲洗压力随界面处岩石 强度的增大而增大‚这与图1及图3相一致．钻具 转速对岩石强度的变化呈负响应‚负相关率为 54∙54％‚正、负响应基本相当．穿孔速率对岩石强 度的变化呈负响应‚其负相关率为81∙82％．说明穿 孔速率随岩石强度的增大而降低．以上穿孔参数在 界面上的变化反映了其随钻进地层岩石强度变化的 基本规律．但是‚转速与图2的监测结果并不一致． 从图2可知：在强度较小的地层中‚转速低；在强度 较大的地层中‚转速高．但从表4可知：在—19∙95 m 以上地层‚转速对岩石强度的变化既存在正响应 也存在负响应；在—19∙95m 以下‚均呈负响应．这 与表4中岩石强度的代表性有关．表中岩石的强度 是典型岩芯的强度‚并不能完全代表界面处岩石的 实际强度．从取样岩芯分析‚在表2中‚—5∙10‚ —6∙00‚—18∙90‚—19∙60‚—19∙95‚—21∙07‚ —24∙35及—25∙15m 等界面处‚存在明显的岩芯破 碎‚表明界面附近的岩石实际强度很低‚在各参数图 中涨落也非常显著．说明各参数对界面处岩石强度 的改变非常敏感；同时也说明‚由于受岩石强度均化 的影响‚导致表4中界面上转速与岩石强度变化关 系的不确定．同样‚岩石强度均化亦会影响到表4 中其他穿孔参数在界面处与岩石强度变化的相关 性‚这是造成表4中穿孔参数与界面处岩石强度变 化相关性减弱的原因． 此外‚旋转钻机一般有两种钻进方式‚即低轴压 —高转速钻进和高轴压—低转速钻进．在同一场址 中‚便于比较‚应该使用同一种钻进方式．冲洗压力 与孔深、排碴状态及岩石中的裂隙发育与否有关． 在这次钻进中‚由于裂隙不发育‚因而表现出较好的 规律性．当在钻进过程中‚采用多种钻进方式时‚亦 容易造成转速的不确定性． 4 结论 （1） DPM 系统能对风化花岗岩地层界面进行 可靠的识别‚t 检验表明‚其精度可达99％． （2） 有效轴压力、转速、冲洗压力及穿孔速率将 随界面处岩石强度的变化而变化．轴压力及穿孔速 率分别与岩石强度成正、负相关‚其响应度均达到 81∙82％．位移曲线的斜率直接反映了穿孔速率的 变化‚可实现岩土剖面的划分．转速与钻机工作方 式有关‚冲洗压力在完整性好的地层中‚与岩石强度 成正相关；但总体来讲‚转速与冲洗压力具有不确 定性． （3） 穿孔参数在界面上对岩石强度的变化非常 敏感‚能通过各参数曲线的涨落来反映．但由于地 ·668· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷