钻孔作业作为岩土工程中最早与岩体接触的施工工序,在钻具与岩体的相互作用下,钻具响应信息能综合反映岩体力学特征,可为定量评价地层岩体力学参数提供新的原位测试方法。而如何揭示钻孔过程中岩石破碎特征和隐藏的机-岩信息互馈机制是评估地层岩体力学参数的关键。本文采用室内钻孔破碎试验和理论分析开展了室内岩石破碎特征和机-岩相互作用机制研究,在此基础上结合原位钻孔试验提出了地层岩体力学参数识别方法,并通过德厚水库工程验证该方法的有效性。主要研究内容和成果如下:(1)基于室内岩石压痕试验,揭示了岩石贯入破碎程度动态划分和裂纹扩展规律,建立了考虑岩石贯入破碎特征的三维岩石贯入破碎模型,获得了最大贯入压力与岩石贯入破碎程度的复杂幂函数关系;确定了不同加载条件下的(锥形压头、球形压头以及贯入速率)下的岩石贯入破碎特征(破碎表面积、最大压痕深度、最大贯入压力)变化。(2)基于自主研发的室内岩石旋切破碎装置研究了不同加载压力和钻头角度下的岩石旋切破碎特性和机-岩相互作用机制,揭示了岩石旋切破碎过程中钻头扭矩线性变化规律,推导了切割扭矩与岩体固有属性(摩擦系数和岩石切割比能)之间的数学关系;建立了钻进过程中钻头三维螺旋运动轨迹方程;确定了岩石旋切破碎重量和尺寸分布的控制因素分别为岩石抗压强度和抗拉强度。(3)研发了适用于复杂施工环境的钻进过程实时监测系统,实现了复杂施工环境下钻具数据(加载压力、旋转速度、旋转扭矩以及钻进速度等)的实时监测、远程传输、智能预处理(数据降噪、无效数据剔除等)以及可视化展示,建立了基于钻进过程实时监测系统的地层岩体参数的表征方法,可实时显示地层岩体信息分布。(4)提出了不随钻进过程中钻具参数变化的钻进贯入指数,通过机岩相互作用机理推导了该指数与岩体力学参数(摩擦系数和岩石切割比能)的正相关关系,提出了基于钻进贯入指数和钻进过程实时监测系统的地层岩体力学参数识别方法。基于原位钻孔试验,系统性研究了钻具参数(加载压力、旋转速度及钻进速度)与钻进比能的相关关系,构建了钻进比能修正模型,发现最优钻进速率出现在钻进比能第二次降低的最低点。(5)提出了一种以钻进过程实时监测系统为主,跨孔电阻率CT等为辅的岩溶分布综合探测方法,成功探测了德厚水库溶洞分布和沿钻孔分布的岩体信息。基于深度置信网络定性分析了地层结构信息(钻进速率、电阻率、声波以及透水率)与灌浆量的相关关系,验证了基于钻进过程实时监测系统的地层岩体力学参数识别方法在工程实际中的有效性。