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隧道圍巖鉆進(jìn)機理研究與數字鉆進(jìn)系統開(kāi)發(fā)

面向復雜地層高效作業(yè)難題，擬開(kāi)展隧道圍巖鉆進(jìn)機理與數字鉆進(jìn)系統研究。主要內容包括：

1. 隧道圍巖鉆具-巖體耦合作用破巖機理：基于隧道圍巖鉆進(jìn)損傷模型試驗與數值模擬，研究隧道圍巖在鉆具作用下的裂紋萌生和擴展、損傷演化、巖屑形成等規律，研究鉆具沖擊參數和切削參數的敏感性指標，分析不同因素對隧道圍巖的影響規律，揭示鉆進(jìn)荷載下隧道圍巖與鉆具耦合作用的破巖機理。

2. 基于鉆進(jìn)參數反演的圍巖智能分級方法：基于現場(chǎng)收集的大量鉆進(jìn)參數樣本，分析圍巖性質(zhì)與鉆速、鉆壓、扭矩、軸向/周向沖擊力度與頻率等鉆進(jìn)參數匹配關(guān)系，反演出圍巖堅硬程度、完整程度和級別等性質(zhì)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò )算法,提出數字鉆進(jìn)圍巖分級方法,以數字鉆進(jìn)技術(shù)為基礎,從鉆進(jìn)參數中提取有用信息,構建圍巖智能分級方法與系統。實(shí)現定性評價(jià)圍巖地質(zhì)條件，使圍巖分級指標的量化更符合實(shí)際情況，提高指標量化的準確性，為隧道施工提供更準確的參考依據。

3. 面向快速鉆進(jìn)的輔助鉆進(jìn)策略與模型：研究變介質(zhì)變載荷情況下鉆進(jìn)系統動(dòng)力學(xué)特性，提出復雜地層下的最優(yōu)作業(yè)方法；研究監控數據與鉆進(jìn)方向、扭矩、壓力等鉆進(jìn)參數的映射關(guān)系，提出基于深度學(xué)習的監控數據與鉆進(jìn)參數映射模型建立方法，建立鉆進(jìn)作業(yè)參數與巖層屬性匹配關(guān)系，開(kāi)發(fā)基于深度學(xué)習與海量鉆進(jìn)數據的作業(yè)參數智能優(yōu)化模型，形成鉆進(jìn)過(guò)程中作業(yè)參數優(yōu)化控制策略，實(shí)現智能輔助鉆進(jìn)。

1.形成鑿巖臺車(chē)、多功能鉆機2款裝備復雜地層鉆進(jìn)仿真模型（含數字化模型、數值模擬方法），仿真與測試趨勢吻合性?xún)?yōu)于85%；形成破巖機理分析報告1份；

2.建立圍巖智能辨識數學(xué)模型，形成圍巖智能分級方法與程序1套，圍巖強度/硬度識別準確率大于80%。

3.建立快速鉆進(jìn)參數優(yōu)化模型（含代碼），形成鑿巖臺車(chē)、多功能鉆機2款裝備作業(yè)參數智能優(yōu)化程序1套，鉆進(jìn)效率提升10%。

4.發(fā)表EI或SCI檢索論文1篇，申請發(fā)明專(zhuān)利3項（含PCT 1 件）。

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定向鉆復雜地層破巖機理研究與數字鉆進(jìn)系統開(kāi)發(fā)

本項目面向定向鉆復雜地層高效作業(yè)需求，采用理論分析、數值模擬、模型試驗等研究方法，揭示復雜地層鉆進(jìn)機巖耦合機制，建立鉆進(jìn)參數-工程巖土參數數據庫，構建巖體參數智能辨識模型，提出鉆進(jìn)過(guò)程中作業(yè)參數優(yōu)化控制策略，本項目主要研究?jì)热莅ǎ?/span>

1.  復雜地層沖擊-旋切破巖機理：基于連續非連續數值模擬方法，建立考慮螺桿馬達運動(dòng)特征的沖擊-旋切破巖過(guò)程仿真模型，研究在沖擊-旋切作用下不同鉆進(jìn)參數對不同硬度、強度巖石裂紋擴展、巖體應力狀態(tài)、破壞模式、塑性耗能比以及塑-脆性轉變的影響規律，揭示沖擊-旋切破巖過(guò)程機-巖作用機制。

2. 基于鉆進(jìn)參數的巖石力學(xué)參數辨識方法:基于復雜地層沖擊-旋切破巖機理與正交試驗設計方法，開(kāi)展不同鉆進(jìn)參數組合的巖石模型鉆進(jìn)試驗，構建鉆進(jìn)參數-工程巖土參數數據庫，基于深度學(xué)習自適應遺傳算法改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，構建不同巖石力學(xué)參數與鉆進(jìn)參數之間的映射關(guān)系，建立基于隨鉆參數的巖石力學(xué)參數感知模型。

3. 定向鉆鉆進(jìn)參數優(yōu)化策略與系統:以“最佳施工效率”為目標，基于復雜地層鉆進(jìn)過(guò)程機-巖作用機制，建立巖層屬性與最優(yōu)鉆進(jìn)作業(yè)參數匹配關(guān)系，研究鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓、泵壓、轉速、扭矩等作業(yè)參數優(yōu)化控制策略，提出基于多目標粒子群算法的鉆進(jìn)參數優(yōu)化算法，開(kāi)發(fā)鉆進(jìn)作業(yè)參數智能優(yōu)化程序，實(shí)現定向鉆鉆進(jìn)作業(yè)參數自適應優(yōu)化。

1.形成水平定向鉆機復雜地層鉆進(jìn)仿真模型（含數字化模型、數值模擬方法），仿真與測試趨勢吻合性?xún)?yōu)于85%；形成破巖機理分析報告1份；

2.建立巖石力學(xué)參數隨鉆感知數學(xué)模型，形成定向鉆巖石力學(xué)參數隨鉆感知程序1個(gè)，圍巖強度/硬度識別準確率大于80%。

3.建立輔助鉆進(jìn)控制模型（含代碼），形成水平定向鉆機作業(yè)參數智能優(yōu)化程序1套，鉆進(jìn)效率提升10%。

4.發(fā)表EI或SCI檢索論文1篇，申請發(fā)明專(zhuān)利3項（含PCT 1 件）。

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