室内试验确定现场岩石研磨性的实用方法
岩石研磨性实验研究
岩石研磨性实验研究
邢纪国
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2003(015)003
【摘要】岩石的研磨性与所有的岩石的力学性质及指标一样,反映着岩石在具体试验工作条件下的固有特征.就不同岩性的岩石所具有的研磨性进行了实验研究,并建立了相关方程,相信会对钻井工程设计和钻头设计提供帮助.
【总页数】2页(P25-26)
【作者】邢纪国
【作者单位】江汉石油学院,湖北,荆州,434023
【正文语种】中文
【中图分类】TU458+.2
【相关文献】
1.针对金刚石钻头的岩石研磨性测定方法 [J], 邹德永;袁军;邢晨;孟祥雨;刘笑傲
2.岩石研磨性测试装置的研制 [J], 赵希春;孟虎;刘振东;朱江全;宿连军;田雨;关晓光
3.适合于石油钻井地层岩石研磨性测定的标准磨损件研制 [J], 袁军;邹德永;钟洪娇;邢晨;孟祥雨;
4.适合于石油钻井地层岩石研磨性测定的标准磨损件研制 [J], 袁军;邹德永;钟洪娇;邢晨;孟祥雨
5.PDC破岩条件下的岩石研磨性评价 [J], 王昶皓;李士斌;张立刚
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岩石力学第5章 岩石室内试验
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图5.21 石英类岩石的抗压强度与孔隙率的关系
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5.7 岩石的动力试验
岩石的动力特性是指岩石在爆破、高速撞击、切削 或钻凿随时间迅速变化的荷载下所表现出来的力学特性 。岩石的动力特性试验研究对于了解岩石在爆破冲击、 切削或钻凿等动力荷载作用下的力学性能十分重要。动 力荷载的特点是作用时间短（以微秒或毫秒计），冲击 强度高（足以使岩石发生局部破坏）。因此，岩石在动 力荷载作用下所表现的性能与静力性能有所不同。研究 岩石材料的动力性能对于岩石工程和科学研究都具有很 重要的价值。
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(1)巴西试验 巴西试验直接用钻孔的岩心制作圆盘试件。直径D 不小于50mm，厚度为D/2，臵于压力机的上下压力板间 对中施加压力荷载，其装臵如图5.5所示。在试件上下 承压板之间各放臵一根硬质钢丝作为垫条，上下垫条必 须严格位于通过试件垂直的对称轴面内使试件受力沿直 径轴面方向发生裂开破坏，以求得抗拉强度。试验时， 加荷速度不宜大，如0.2kN/s，使得试验时间为15～30s， 试件才破坏，其破坏面应为直径向的竖向裂缝。记下破 坏荷载P后，岩石的拉伸强度按下式计算：
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图5.20 岩石试件的破坏形态示意图 （a）锥形破坏 （b）剪切破坏 （c）（d）劈裂破坏 （e）鼓形破坏
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5.6.5 岩石组成对强度的影响 影响岩石强度的因素除前述试验方法因素之外，岩 石本身的因素，如矿物成分、颗粒大小、颗粒联结及胶 结情况、容重、层理和裂隙的特性和方向、风化程度和 含水情况等对强度的影响也是较大的。
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5.6.3 试验条件的影响 在相同设备和试件尺寸条件下，试验过程的操作条 件和环境条件也对结果有较大的影响，这些主要是试件 的加工精度、试件端部与试验机压板的接触条件，试验 时加荷速度、环境温度等。这些问题已经有明确的实验 操作规程，读者在做相关的实验时应仔细阅读实验说明 书和有关的规程。这里，仅将试件端部与试验机压板的 接触条件产生的端部效应作一说明。
岩石剪切模量的确定方法
岩石剪切模量的确定方法一、简介岩石剪切模量是指岩石在剪切作用下所受的应力和应变之间的比值，它是衡量岩石剪切强度的重要指标，也是岩石力学性质的重要参数。
岩石剪切模量的确定是岩石力学性质研究的基础，也是岩石构造、岩石圈演化、岩石构造活动等研究的重要参考。
二、岩石剪切模量的确定方法1、室内试验室内试验是岩石剪切模量的最常用的确定方法，主要包括三轴压缩试验、剪切试验和拉伸试验。
三轴压缩试验是用来测定岩石的剪切模量和岩石的变形模量的，它可以测定岩石在不同方向受压时的变形特性；剪切试验是用来测定岩石的剪切模量的，它可以测定岩石在不同剪切应力下的变形特性；拉伸试验是用来测定岩石的抗拉模量的，它可以测定岩石在不同拉伸应力下的变形特性。
2、室外试验室外试验是岩石剪切模量的另一种确定方法，主要包括地震反射试验、地震探测试验和地质野外试验。
地震反射试验是用来测定岩石的剪切模量的，它可以测定岩石在不同剪切应力下的变形特性；地震探测试验是用来测定岩石的剪切模量的，它可以测定岩石在不同剪切应力下的变形特性；地质野外试验是用来测定岩石的剪切模量的，它可以测定岩石在不同剪切应力下的变形特性。
三、实例为了确定某一区域的岩石剪切模量，我们进行了室内试验和室外试验。
1、室内试验：我们首先进行了三轴压缩试验，结果表明，该区域岩石的剪切模量为3.5GPa，变形模量为6.7GPa；然后进行了剪切试验，结果表明，该区域岩石的剪切模量为3.2GPa；最后进行了拉伸试验，结果表明，该区域岩石的抗拉模量为4.6GPa。
2、室外试验：我们首先进行了地震反射试验，结果表明，该区域岩石的剪切模量为3.4GPa；然后进行了地震探测试验，结果表明，该区域岩石的剪切模量为3.3GPa；最后进行了地质野外试验，结果表明，该区域岩石的剪切模量为3.2GPa。
四、结论以上实例表明，岩石剪切模量的确定方法主要有室内试验和室外试验两种，它们可以测定岩石的剪切模量、变形模量和抗拉模量。
岩石力学室内试验技术的若干进展1000字
岩石力学室内试验技术的若干进展岩石力学室内试验技术是岩石力学中的重要组成部分，是岩石力学研究的基础。
在过去的几十年中，岩石力学室内试验技术经历了多次重大变革和技术升级，为岩石力学研究提供了更加完善和有效的工具和手段。
下面将从试验方法、试验设备、试验数据处理和试验标准等方面介绍岩石力学室内试验技术的若干进展。
一、试验方法1. 三轴压缩试验：三轴压缩试验是岩石力学中最常用的试验方法之一，它能够快速准确地测定岩石的抗压强度和变形特性。
现代三轴压缩试验采用数控设备进行试验控制，可以实现更加精确的控制和数据记录。
2. 压剪试验：压剪试验是测定岩石的剪切性能的常用试验方法。
现代压剪试验将传统的各向同性模型拓展至各向异性和复合材料模型，使测量结果更加准确和可靠。
3. 抗拉试验：抗拉试验是测定岩石拉伸强度的常用试验方法。
目前，抗拉试验已经可以在微尺度上进行，可以更好地模拟岩石在深部地层的力学行为。
二、试验设备1. 数控设备：现代试验设备大多采用数控技术，实现数字化控制和数据处理。
数控设备可以更加准确地控制试验参数和数据记录，提高试验数据的可靠性和精度。
2. 超高压装置：超高压装置是岩石力学室内试验中的一项新技术，可以在高于常压数倍的条件下进行试验。
超高压装置可以更好地模拟深部地层的岩石力学行为，提高了试验的准确性和可靠性。
3. 微型设备：随着微纳技术的发展，微型设备在岩石力学室内试验中得到广泛应用。
微型设备可以对岩石的微观结构进行研究，为岩石力学的研究提供了新的手段和突破口。
三、试验数据处理1. 数字图像处理技术：数字图像处理技术是岩石力学室内试验数据处理中的一项新技术，可以对试样的变形和破坏进行精确的记录和分析。
数字图像处理技术可以提高试验数据处理的准确性和效率，为岩石力学研究提供了更加丰富和全面的数据来源。
2. 数字化模拟技术：数字化模拟技术可以模拟岩石力学实验中的各种情况，对试验结果进行预测和分析。
数字化模拟技术可以帮助理解岩石力学中的各种现象和规律，为岩石工程研究提供理论基础和预测工具。
室内岩石试验(直剪)
二、仪器设备
——携带式岩石力学多功能试验仪
二、仪器设备
主要技术指标 外形尺寸：高63㎝，长
70㎝，宽38㎝；重量：包 括各种配件约300Kg；
垂直油缸： 最大出力500KN， 水平油缸： 最大出力300KN， 压力表：分别适于硬岩、
软岩的大、小两个量程压 力表，小量程压力表配置 有控制开关。
二、仪器设备
用于现场（无需交流电） 进行以下八项试验项目： ⑴、岩石变形试验； ⑵、岩石抗压强度试验； ⑶、岩石抗拉强度试验；
轴向荷载千斤顶
试件
二、仪器设备
⑷．岩石点荷载强度试验。
锥头与底 座
岩石点荷载仪试验
二、仪器设备
⑸、完整岩石直剪试验（可
作六种规格试件，适于国内钻 机的中～小不同直径岩芯和 5cm×5cm直方柱体）；
下滑力：
G sin α
斜坡岩体的稳定性系数为：
K
G cos α × tgφ + c × l ≥1 G sin α
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定： 试样受剪切方向应 与工程岩体受力方向一 致。在现场取样时，一 定要标注每个取样点的 工程位置，根据岩体的 受力方向确定每组试件 的剪切方向。
三、操作步骤
1.不规则形状体试样（箭头标示剪切方向） 2.剪切开缝条（1cm） 3.制样盒内壁板 4.拟剪切面（高出样盒边框面0.5cm） 5.制样盒边框面 6.混凝土
三、操作步骤
——浇铸方法
制样模具 模具内侧上油
三、操作步骤
水泥、砂浆
三、操作步骤
铁丝
量测水泥、 砂浆的厚度
水泥、砂浆加筋
三、操作步骤
四、成果整理
最小二乘法： Y——τp；X——σ：
针对金刚石钻头的岩石研磨性测定方法
针对金刚石钻头的岩石研磨性测定方法2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410083；3.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室（中南大学））摘要：金刚石钻头研磨碎岩过程中岩石研磨性对钻头的磨损有着重要的影响，但至今未形成普遍认可的超硬岩钻井地层岩石研磨性的测定方法和分级指标，严重制约了金刚石钻头的发展和超硬岩钻井技术水平的提高。
目前国内外学者通常采用铣磨法研究岩石的研磨性，以金属材料作为磨损件，但是磨损件在岩石表面做摩擦运动，不能反映实钻工况和钻头的动态碎岩过程，同时金属试件容易产生黏连现象，在硬岩石表面打滑，金属试件的磨损不能反映金刚石钻头的磨损实质。
笔者针对超硬岩钻井地层的特点，结合金刚石钻头的磨损机制，通过试验研究，形成一套适合超硬岩钻井行业的岩石研磨性测定方法，为新型碎岩工具的优化设计及合理使用提供科学依据和方法。
关键词：金刚石钻头;岩石研磨性;测定方法;标准磨损件基金资助：中国核工业地质局铀矿地质生产中科研项目“热液型铀矿钻探施工提速增效工艺研究”（编号：2020-35-11）引言在进行深井乃至超深井作业过程中，钻头的碎岩机理主要是由钻头对岩层进行冲击研磨。
在实际的钻井过程中，钻头的主要失效是由于钻头前端与岩石接触磨损所造成的。
目前，在钻井现场判断钻头是否失效以及决定是否更换钻头没有明确的指导，不能准确预测钻头寿命，现有的研究研磨性的实验大部分是针对岩石的研磨性来进行的，利用微型钻头对岩石研磨性进行研究。
使用了先进的激光测温等测试技术，实现了牙轮、PDC、研磨环等不同形状、不同硬度对岩石的研磨性测试，大部分是现代化仪器，数据准确，安全。
而针对室内研磨性的测定方法，现场研磨性系数的计算，一般是通过实验得出实验数据，然后再计算研磨性系数，但这种方法的局限性太大，只适用于几种钻头，适应性不强，不能得到广泛使用，所以设计出测试钻头研磨性的装置还是很有必要的。
改造现有的实验装置是一种切实有效的方法，考虑到部分实验装置结构过于复杂,操作不方便，成本较高的问题。
工程地质室内实验指导书
《工程地质》实验指导书（土木工程专业用）武夷学院土木工程与建筑学院二○一三年二月前言一、实验简介室内实验是《工程地质》课的重要教学环节之一，由于《工程地质》是一门实践性很强的课程，必须在不断提高课堂理论教学的同时，大力加强室内实验等实践性教学环节，使理论结合实际，以加深对地质理论的理解和应用，培养学生动手能力。
按照教学大纲的规定，本课程的室内实验共有四次，其内容及学时分配如下：实验一、主要造岩矿物鉴别2学时实验二、岩浆岩鉴别1学时实验三、沉积层鉴别1学时实验四、变质岩鉴别及三大岩类综合鉴别1学时实验五、地质图及其阅读3学时二、实验要求：1.爱护实验室的国家财产2.保持室内清洁卫生3.爱护矿物、岩石标本及实习用具，用完恢复原状4.按时递交实习报告实验一主要造岩矿物鉴别一、实习要求与目的通过本次实习，要求同学们学会使用一些简单的工具来确定矿物的一般物理性质，最后达到能够用肉眼鉴别主要造岩矿物的目的。
正确鉴别矿物是为下一步鉴别各类岩石打下基础。
二、实习的主要内容和方法(一)使用简单的工具：小刀、指甲、瓷板、放大镜、稀盐酸等，认识矿物的一般物理性质，如硬度、解理、颜色、形态、条痕、比重、磁性、断口、光泽、透明度及与稀盐酸反应等。
标本盒中的常见矿物标本的各项物理特征见表1：表1 主要造岩矿物的物理性质(二)掌握主要造岩矿物的鉴定特征。
一种矿物与其它矿物相比较，该矿物所特有的某些物理性质称为它的鉴定特征。
例如，白云母为具有弹性的薄片状，方解石与稀盐酸反应起泡等。
按标本盒里的标本顺序，依次描述各矿物的物理性质并完成作业。
最后经过对比掌握常见矿物的鉴定特征。
三、注意事项(一)观察矿物的颜色、条痕、光泽以及测试硬度时，必须在矿物的新鲜面上进行，才能得出正确结论。
(二)本次实习从矿物的一般物理性质着手，但不要求把这些物理性质都死记硬背下来，而是通过对比牢记这些主要矿物的鉴定特征。
实验二岩浆岩鉴别一、实习的目的与要求通过手标本肉眼鉴定方法，根据矿物成分、结构和构造来认识各种主要的岩浆岩，牢记主要岩浆岩的鉴定特征。
岩土工程野外勘察及室内土工试验
岩土工程野外勘察及室内土工试验摘要：岩土工程勘察指通过各种勘察手段和技术方法有效查明建筑场地的工程地质条件，并通过现场原位测试和取样进行测试等手段，分析评价场地工程地质条件及可能存在的岩土工程问题，为设计提供相应的参数。
本文主要就对岩土工程野外勘察及室内土工试验相关方面进行分析和探讨。
关键词：岩土工程；野外勘察；室内土工试验1野外勘探工作1.1勘探点间距测量规范在地基复杂程度等级为二级时，勘探点间距为15~30m。
详细勘察的勘探点布置，应符合下列规定：勘探点宜按建筑物周边线和角点布置，对无特殊要求的其他建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置。
在勘探点布孔的时候，当拟建场地是正方形或长方形的单体时，一般很少会碰到难题。
而当拟建场地为凹凸形、圆形、其他不规则的几何形及其组合时(如地下车库边线)，就会出现勘探点不按建筑物的周边线和角点布置，使建筑物的某些部位不受勘探点的控制。
有的技术人员会以为场地分布比较均匀，有代表性，没有受到勘探点控制的部位不会给建筑物的质量和安全带来隐患。
对无特殊要求的其他建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置。
应该理解为荷载不大的建筑物和建筑群，勘探孔可以按网格状、间距为15~30m进行布置。
而持别是对高层建筑这样的建筑物和建筑群一定要按建筑物的边线和角点进行勘探点的布置，这在详细勘察工作中必须掌握的原则。
也是勘察设计质量、安全不可缺少的工作步骤。
有的技术人员会以为，孔距已经在30m范围内，且是按建筑物和群的范围布置，就是符合规范的，这是一种误读，要在勘察工作实线中提高认识。
1.2勘探点深度测量规范一般性勘探孔的深度应达到预计桩长以下3~5d(d为桩径)。
且不得小于3m;对大直径桩，不得小于5m。
有的技术人员理解这条规笵时，只看前面，忽略后面，就没有完整地去理解和执行规范。
就出现当孔的深度在桩端以下没有超过3m时，会以为孔深已在桩端下达到5d了，进入持力层已经多少深度了，言下之意，就是已经满足规范了。
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岩石研 磨 性是 进行 钻头结 构 设计及 优选 、确 定钻 井消 耗 和合理 起下 钻时 机 的重要 依据 。 目前岩石 研
磨性 的确 定方 法 主要有 ２种 ：一 种是通 过 室 内研 磨性 试验 测定 ，室 内测 定结 果能 够反 映岩石 的矿物组 成 和胶 结特 性对 钻头 的摩 擦磨损 机 理及磨 损规 律 ，但无 法体 现井 下复 杂工 况下 岩石 对钻 头 的磨 损性 能 ，由
。
４ ６。
长江大学学报 （ 自科 版 ） ２ ０ １ ５ 年８ 月 第１ ２ 卷第２ ３ 期 （ 石油中旬刊） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） Ａｕ ｇ ．２ ０ １ ５ ，Ｖｏ １ ． １ ２ Ｎｏ ． ２ ３
地 反 映井下 工况 条件 下岩 石对 钻头 的磨损 性能 。
１ 室 内试 验 测 量 研 磨 性 的 方 法 与 研 磨 机 理 分 析
室 内岩 石研 磨性 测定方 法 大致可 分 为标准 件测 定法 、磨 削法 、摩 擦磨 损法 以及微 钻头 钻进 法ｌ １ ｊ 。标
准 件测 定法 、磨 削法 、摩擦 磨损 法都 是通 过一 定 的标 准 件或硬 质 材料 ，在稳 定 的接触 压力 和转 速下 ，计 算 出单位 时 间 内标 准件 的磨 损质 量或 体积来 表 征岩石 的研 磨性 ，这 几种 方法 无法 反 映具有特 殊结 构外 形
要 综合 考虑 这些 因素 的共 同影 响 。
笔者针 对 室 内试 验 和现场 研磨性 所 反映 出 的各 自的缺 陷 ，采 用 神经 网络 的方法 综合 考虑 了岩石 自身 性 能 和钻 头使用 条件 对其 研磨 性 的影 响 ，提 出 了通 过 室 内试 验数 据 确定 现场 岩石研 磨性 的方 法 ，更 真 实
［ 关 键 词 ］ 室 内试 验 ；研 磨 系数 ；研 磨 机 理 ；神 经 网络 ；钻 头 磨 损
［ 中图分类号］Ｔ Ｅ ２ ４ ２ ； Ｆ Ｅ ９ ２ １ ． １
［ 文献标志码］Ａ
［ 文章编号］１ ６ ７ ３— １ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ５ ）２ ３— ０ ０ ４ ６ —０ ５
［ 收 稿 日 期 ］２ ０ １ ４一ｌ ｚ一２ ５ ［ 基 金 项 目 ］ 黑 龙 江省 自然 科 学 青 年 基 金 项 目 （ＱＣ ２ Ｏ ｌ ２ Ｃ Ｏ ２ １ ） 。 ［ 作 者 简介 ］艾 池 （ Ｉ ９ ５ ７一 ） ，男 ，博 士 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，现 从 事 油 气 井 工 程 力 学 方 面 的 教 学和 科 研 工 作 ，ａ ｉ ｃ ｈ ｉ ２ ０ ０ １ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
艾 池 ，徐 海 粟 ，冯 福 平 （ 提高油气采收率教育部重点实 验室 （ 东北 石油 大学） ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ） 李 静 （ 中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ １ ） 李 玉 伟 ，赵 万 春 （ 提高油气采收率教育部重点实验室 （ 东北石油大学） ， 黑 龙江大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
４ ６ ～ ５ ０ ．
［ 引 著 格 式 ］ 艾 池 ，徐 海 粟 ，冯 福 平 ，等 ．室 内试 验 确 定 现 场 岩 石 研 磨 性 的 实 用 方 法 ［ Ｊ ］ ．长 江 大 学 学 报 （ 自 科 版 ） ，２ ０ １ ５ ，１ ２（ ２ ３ ） ：
室 内试 验确 定 现 场 岩 石 研 磨 性 的 实用 方 法
［ 摘 要 ］ 室 内试 验 和 现 场 工况 条件 下 岩 石 对 钻 头 磨 损 机理 存 在 显 著 差 别 ，针 对 室 内研 磨 性 测 试 结 果 与 现 场 研 磨 性 差 异 较 大 的 问题 ，综 合 考 虑 了岩 石 自身 性 能 和 钻 头使 用 条 件 对 其 研 磨 性 的 影 响 ， 以 室 内研 磨 性 测 试 结果 和 现 场 实 际 钻 头使 用 条 件 为 输 入 参 数 ，建 立 了现 场 研 磨 性 神 经 网 络 预 测 模 型 ， 提 出 了通 过 室 内试 验 确定 现场 工 况 下 岩 石研 磨 性 的 方 法 ，现 场 条 件 下 岩 石研 磨 性 预 测 准 确 率 达 到 ８ ５ 以上 ， 为 钻 头 的选 取 和 钻 井 参 数 的确 定提 供 了更 为 准 确 的 依 据 。
的钻 头 与岩石 的研 磨特 征 。微钻 头钻 进法采 用 小尺 寸钻 头模拟 钻进 ，在 固定 的钻 进参 数下 ，测 出给定 时 间 内钻 头切 削刃 的外形 磨损 。相 较于 其他 方法 ，微 钻头 钻进法 能 够较好 地模 拟现 场 实际钻 井过 程 。 室 内试 验岩石 与研 磨工 具接 触摩 擦 时 ，二 者 的微 凸体相互 接 触 ，研 磨 工具在 岩石 的坚 硬矿 物颗粒 的 研磨 下 ，达 到物体 的极 限强 度 ，使 工具 表 面的材 料 来 的微 粒
于 室 内试 验 与现场 条件 下岩石 对钻 头 的磨损 机理 不 同 ，使 得室 内研 磨性评 价 结果 与现 场实 际研磨 性差 距
很 大 ；另 一种 是通 过现 场实 际钻 头磨损 情况 反演 岩石 研磨 性 ，该方 法需要 大 量 的现场数 据统 计得 出 ，由
于无 法体 现岩 石 的特 性 对钻头 磨损 的机 理 ，故而 具有 较大 的应 用局 限性 。现 场钻 头磨损 是在 岩石 中的硬 质矿 物对钻 头 的摩擦 磨损 、冲击振 动 、热应 力 以及疲 劳磨 损 的共 同控制下 发 生 的 ，评价 岩石 的研 磨性需