普氏巖石硬度系數(shù)知識aust采礦工程

1、 普氏巖石硬度系數(shù)知識年提出的巖石堅固性系數(shù)（又稱普氏系數(shù)）至1926由俄羅斯學者于今仍在礦山開采業(yè)和勘探掘進中得到廣范應用。巖石的堅固性區(qū)別于巖石的強度，強度值必定與某種變形方式（單軸壓縮、拉伸、剪切）相聯(lián)系，而堅固性反映的是巖石在幾種變形方式的組合作用下抵抗破壞的能力。 數(shù)值是巖石或土壤的普氏系數(shù)又稱巖石的堅固性系數(shù)、緊固系數(shù)，1. ，無量綱。單軸抗壓強度極限的1/100，記作f 。kg/cm²Sc的計量單位為 f=Sc/100，式中： 2.因為在鉆掘施工中往往不是采用純壓入或純回轉(zhuǎn)的方法破碎巖石，因此這種反映在組合作用下巖石破碎難易程度的指標比較貼近生產(chǎn)實際情況。巖石堅固性系數(shù)

2、f表征的是巖石抵抗破碎的相對值。因為巖石的抗壓能力最強，故把巖石單軸抗壓強度極限的1/10作為巖石的堅固性系數(shù)，即 f=R/10 式中： R是巖石的單軸抗壓強度，MPa。 f是個無量綱的值，它表明某種巖石的堅固性比致密的粘土堅固多少倍，因為致密粘土的抗壓強度為10MPa。巖石堅固性系數(shù)的計算公式簡潔明了，f值可用于預計巖石抵抗破碎的能力及其鉆掘以后的穩(wěn)定性。 根據(jù)巖石的堅固性系數(shù)(f)可把巖石分成10級（見下表），等級越高的巖石越容易破碎。為了方便使用又在第,級的中間加故的巖石，考慮到生產(chǎn)中不會大量遇到抗壓強度大于了半級。200MPa把凡是抗壓強度大于200MPa的巖石都歸入級。 這種方法比較

3、簡單，而且在一定程度上反映了巖石的客觀性質(zhì)。但它也還存在著一些缺點： (1) 巖石的堅固性雖概括了巖石的各種屬性（如巖石的鑿巖性、爆破性，穩(wěn)定性等），但在有些情況下這些屬性并不是完全一致的。 普氏分級法采用實驗室測定來代替現(xiàn)場測定，這就不可(2) 避免地帶來因應力狀態(tài)的改變而造成的堅固程度上的誤差。 、）10 堅硬（f8）20、 很硬（f15）、極硬（f 、2）f1.5f34）、 較軟（6較硬（f5）、 普通（ 類。）等8f10.81）、 松軟（軟層（f 緊固系數(shù)方法鉆用輕孔開挖然普氏分類額分類土壤及巖天濕度極限壓 碎 及工具容強度機鉆進1m下石名稱平均 重 fKg/cm2minKg/m3 1

4、.01.5尖鍬并1950土四類土壤含碎石用 鎬重粘土，其用同時開和石撬棍括中包挖侏羅炭紀、 粘的紀硬土 1950含有碎石、 卵石、建筑碎料和重達25kg的頑石（總體積10%以內(nèi)）等雜質(zhì)的肥粘土和重壤土 冰磧粘土，2000 量重含有以50kg在內(nèi)的巨礫，為量其含10%總體積以內(nèi) 2000泥板巖 1950含不或含 達有重量頑10kg的石 2100小于200石 松 部分用手重含有量1.51.2 部鑿工具、以50kg在內(nèi)的巨礫分用爆破米開挖體積（占 以上）10%的冰磧石 1800巖和矽藻 軟白堊巖 1900力弱膠結(jié) 的礫巖 2600各種堅不 實的版巖 2200石膏 3.52004001100用凝灰?guī)r、

5、 和風次堅石鎬的24 來爆法浮石破 開挖1200多灰?guī)r孔 嚴和隙裂灰石重的質(zhì)介和巖石灰?guī)r 2700硬中等變 的片巖 2300中變硬等 的泥灰?guī)r 石灰石膠22004006006.0用爆破方46 法開挖結(jié)的帶有 沉和卵石礫積巖的石 2000和化的風 縫有大裂質(zhì)粘土的砂巖 2800的實泥堅 板巖 2500實的泥堅 灰?guī)r 686008002300方破用花礫質(zhì)崗8.5爆 法開挖巖 2300泥石質(zhì)灰 灰?guī)r 2200土質(zhì)砂粘 巖 2300質(zhì)砂片云 巖 2900硬石膏 普 堅 石 嚴重風化25008001000 11.5 用爆破方810 的軟弱的法開挖 片花崗巖、正麻巖和長巖 2400石化的滑 蛇紋巖 250

6、0石致密的 灰?guī)r 2500含有卵石、 的積巖沉結(jié)膠碴質(zhì)的礫巖 2500砂巖 2500質(zhì)石灰砂 灰質(zhì)片巖 ? ?2 開挖方法普氏分類 及土定額分類壤巖輕用碎極限壓 鉆天然濕度孔緊固系數(shù) 及工具下平石名稱均容1m強度機鉆進 重 fminKg/m3Kg/cm2 、 一二類1500用砂開尖鍬0.50.6 砂壤土1600挖土 壤 1200腐殖土 600泥炭 0.60.8鍬用壤輕土和開1600挖 用數(shù)黃土類土并少 鎬開挖松而1600潮濕 散的黃土，漬軟的鹽土和堿土 170015MM平均 松內(nèi)以的的而散軟礫石 0.60.8用根有含草開尖鍬1400 數(shù)腐密的實挖少并用鎬開挖殖土 徑有含直以在30MM的內(nèi)根類腐

7、和炭泥殖土 摻有卵石、碎石和石屑的砂和腐殖土 含有卵石、或碎石雜質(zhì)的膠結(jié)成塊的填土 含有卵石、建石和碎質(zhì)料雜筑的砂壤土 0.811.0 1800并粘類 土其用尖鍬肥土 三 鎬用時同中包壤括石 開和侏羅撬棍炭紀、）土挖（30%粘紀的 和冰粘土 1750重壤土、粗 粒徑礫石、15-40MM為或石的碎卵石 干黃土和1790 石碎摻有的石或卵水含自然量黃土 1400徑含有直 30MM大于腐類的根泥土或殖炭 1900石有摻碎 和卵石或料碎筑建的土壤 1? 系數(shù) 方挖孔法緊固開輕用鉆極限壓普氏分類定額分類 巖土壤及碎度天然濕 工具強度石名稱1m容下平均機鉆進及 重 fKg/cm2Kg/m3min 1012

8、 普堅石用爆破1000 270015.0白云石方 開挖石固堅的2700法2000 灰?guī)r 大理巖2700 2600質(zhì)石灰?guī)r 致的膠結(jié)密礫石 2600的砂堅固 質(zhì)片巖 28001200 18.5用爆破 方1214特堅石粗花崗巖 開挖 常堅硬29001400法非 的白云巖 2600蛇紋巖 2800石灰質(zhì)膠 有結(jié)的含之巖火成礫卵石的石 2700結(jié)膠石英 砂的堅固巖 2700粗粒正長 巖 14161400 2700方 用爆破22.0風有具化 開挖跡痕法1600的安 山巖和玄武巖 2600片麻巖 2900固非常堅 的石灰?guī)r 2900結(jié)硅質(zhì)膠 火含有的卵之成巖石的礫巖 2600粗石巖 16181600 方中

9、?；◢徲帽?7.53100 開挖巖法 1800 2800用耐堅固 的片麻巖 2700輝綠巖 2500玢巖 2800堅固的粗 面巖 2800正中粒長 巖 1820方32.5堅常非硬 用爆破1800 3300 開挖粒細的花2000法 崗巖 2900麻崗巖花 巖 2900閃長巖 3100高硬度的 石灰?guī)r 2700玢固的堅 巖 2025 用爆破安山巖、玄31002000 46.0方 開挖法 2500武巖、堅固 的負頁巖 2900度的高硬 和巖輝綠閃長巖 2800輝堅固的 石長巖和英巖 大武3300 方用爆破 于小大 于 60于 25玄拉長 開挖橄巖和欖 法2500 玄武巖 ：小塌方：塌方高度，或體積

10、3m6m，或體積100m3； 表1-9 按堅固性系數(shù)對巖石可鉆性分級表 巖石堅固代 表 性 巖 石f 程度 級別 20最堅固最堅固、致密、有韌性的石英巖、玄武巖和其他各種特別 堅固的巖石。 15很堅固的花崗巖、石英斑巖、硅質(zhì)片巖，較堅固的石英巖，很堅固 最堅固的砂巖和石灰?guī)r。 10堅 固致密的花崗巖，很堅固的砂巖和石灰?guī)r，石英礦脈，堅固 的礫巖，很堅固的鐵礦石。 8 堅固堅固的砂巖、石灰?guī)r、大理巖、白云巖、黃鐵礦，不堅固a 的花崗巖。 6比較堅固一般的砂巖、鐵礦石 5比較堅固a砂質(zhì)頁巖，頁巖質(zhì)砂巖。 4中等堅固堅固的泥質(zhì)頁巖，不堅固的砂巖和石灰?guī)r，軟礫石。 3a中等堅固各種不堅固的頁巖，致密的

11、泥灰?guī)r。 2比較軟軟弱頁巖，很軟的石灰?guī)r，白堊，鹽巖，石膏，無煙煤， 破碎的砂巖和石質(zhì)土壤。 1.5比較軟a碎石質(zhì)土壤，破碎的頁巖，粘結(jié)成塊的礫石、碎石，堅固 的煤，硬化的粘土。 1軟軟致密粘土，較軟的煙煤，堅固的沖擊土層，粘土質(zhì)土壤。 0.8軟砂質(zhì)粘土、礫石，黃土。a軟 0.6狀腐殖土，泥煤，軟砂質(zhì)土壤，濕砂。土 0.5松散狀砂，山礫堆積，細礫石，松土，開采下來的煤。 0.3流沙，沼澤土壤，含水黃土及其他含水土壤。流沙狀 最軟者為滑石，創(chuàng)立一種硬度表，奧國礦物學家摩氏(Frederich Mohs)作為評判礦物硬度的標準。 最硬者為金剛石，共有十種礦物，定為十級，分別為： (Talc) 滑石

12、 (Gypsum) 石膏 2.5 指甲 (Calcite) 方解石 3.5-4 銅幣 (Fluorite) 螢石 (Apatite) 磷灰石 5.5 鋼刀 5.5 -6 玻璃 (Orthoclase) 正長石 6.5 鋼銼 (Quartz) 石英 (Topaz) 黃玉 (Corundum) 剛玉 (Diamond) 金剛石 ，并不表示他是方解石硬摩氏硬度表中所刊載的數(shù)字，并沒有比例上的關(guān)系。例如正長石硬度6可用, 如果沒有以上的摩氏硬度計, 度的兩倍，數(shù)字的大小僅表明硬度排行而已。當鑒定硬度時其他東西代替,如小刀其硬度約為5.5;銅幣約為3.5至4; 指甲約為2至3;玻璃硬度為6。 關(guān)于礦石硬

13、度等級的劃分 礦石硬度Kg/cm2普氏硬度系可碎性系數(shù)可磨性系巖石實例 數(shù)數(shù)等級 2.0021.31.42000200.650.750.5硬花崗巖，玄武巖，很硬含鐵石英巖 M. M. 普羅托齊雅科諾夫基于實際工程觀察和模型試驗結(jié)果，提出了天然平衡拱法分析圍巖應力。此法在我國簡稱為普氏fk法，得到了普遍的應用。此法認為，洞室開挖后圍巖一部分砂體失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和兩側(cè)砂體，處于新的平衡狀態(tài)而穩(wěn)定。塌落邊界輪廓呈拱形。若洞室側(cè)圍砂體沿斜面滑動，洞頂仍塌落后呈拱形。若有支撐或襯砌，作用在支撐或襯砌上的壓力，便是拱圈以內(nèi)塌落的砂體重量，而拱圈以外的砂體已維持自身平衡。這個拱便稱為“天然平

14、衡拱”。 設(shè)洞壁鉛直，把側(cè)圍三角形滑塌體內(nèi)最大主應力方向視為鉛直的，則天然條件下滑塌斜面就會與側(cè)壁呈45/2的夾角。由此，對散粒土體根據(jù)靜力平衡的平面問題做出假定條件后，便可求出拱圈(塌落體)高度。 普氏將此方法推廣到巖體上，認為被許多裂隙切割的巖體也可以視為具一定凝聚力的松散體，并認為堅固系數(shù)為巖石抗壓強度的1100；對fk4的巖土，按上述方法計算洞頂和洞壁的圍巖壓反映了巖土強度特fk的巖石，則只有洞頂出現(xiàn)圍巖壓力，一般沒有側(cè)壁圍巖壓力。4fk力；對性。軟弱巖石fk值均小于4，土的fk值均小于1.0。對于40的浮砂及飽水淤泥，一般可按靜水壓力原則計算圍巖壓力。 普氏平衡拱理論有一定優(yōu)點，把塌

15、落體的重量視為圍巖壓力，很直觀，易理解，也有理論根據(jù)。但把所有圍巖塌落體均視為拱形，便有很大局限性。實際上，除一般土體外，巖體塌落體大都不呈拱形。普氏理論完全不考慮巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應力，特別是圍巖應力重分布的影響。目前，由于長期實踐，多數(shù)部門仍沿用堅固系數(shù)fk，并按fk法確定圍巖塌落的拱高度，計算圍巖壓力。當確定巖體堅固系數(shù)時，使其帶有經(jīng)驗性質(zhì)的系數(shù)，即反映了巖體具體的地質(zhì)條件，如巖性、風化破碎及構(gòu)造特征等，便更符合實際。 盡管如此fk法最好只用于土體和軟弱巖體，對堅硬巖石的圍巖應具體分析巖體結(jié)構(gòu)等特征，去確定圍巖壓力 熟悉新奧法施工的原理和技術(shù)要點；了解礦山法(爆破法)的原理及技術(shù)要點；熟悉掘

16、進機法、盾構(gòu)法的特點及適用條件；了解太沙基理論的分析方法；熟悉土體應力、地應力、應變測試和彈性波測試方法及應用。 15.1? ?散體地壓的兩種計算方法 l 地壓的普氏計算方法 (1)? ?破碎巖石強度條件的修正 圍巖未破碎時的強度條件：? ?=c+tan? ? ? ? ?15.1-1 產(chǎn)生散體地壓時，非彈性變形區(qū)內(nèi)的巖石已被破壞，c、值有所降低，強度曲線由原來的AA/，變BB/，如圖15.1-1所示，相應c、值降低為c/、/。由于降低后的c/、/很難測定，且松散巖體黏聚力很低，故可以通過原點的斜直線OD近似代替BB/，即用角相對于角的變化，反映c、的降低值c/、/。稱角為“似內(nèi)摩擦角”或“內(nèi)阻

17、力角”。因此，破碎巖石的強度條件近似為：=tan。 式中?tan=?，?為普氏堅固性系數(shù)，?=Sc/100(Sc為巖石單軸抗壓強度)。 【例題1】按照地壓的普氏理論，破碎巖石的強度近似條件為：=tan，巖石破碎前、后的內(nèi)摩擦角分為、/，關(guān)于及、/的比較，下列各項中正確的是(? ? ?)。 A、/； B、/； D、/； 答案：A 【例題2】當?shù)叵露词业膰鷰r產(chǎn)生散體地壓時，被破壞的巖石是指(? ? ? ?)。 A、彈性變形區(qū)內(nèi)的巖石； B、塑性變形區(qū)內(nèi)的巖石； C、被軟弱結(jié)構(gòu)面切割成塊體的圍巖； D、原已破碎的圍巖； 答案：B、C、D (2)平巷地壓普氏計算法 ?普氏理論即自然平衡拱理論。其主要之

18、點是：視冒落巖體為具有一定凝聚力的松散體；巷道頂板的冒落形式呈拱形最終穩(wěn)定下來，這種拱稱作自然平衡拱；自然平衡拱的輪廓線是一條拋物線。 ? ? 如圖15.1-2所示，拱上作用有均布重力荷載q，取脫離體OM，如圖15.1-2(b)，設(shè)M點的坐標為x、y。作用于OM上的外力有右半拱的水平推力T，垂直均布荷載q和左半半拱被截掉部分的反力R。由拱的平衡條件取 MM=0 。為了更確切的反映巖體的實際強度，Sc/100可按單軸抗壓強度的百分之一，?堅固性系數(shù)普氏可結(jié)合地下工程具體條件加以修正。 【例題3】按照普氏理論，對于產(chǎn)生散體地壓的圍巖，其作用于支護結(jié)構(gòu)上的壓力為(? ? ?)。 A、大于拱內(nèi)巖石的重

19、量； B、等于拱內(nèi)巖石的重量； C、小于拱內(nèi)巖石的重量； D、以上A、B、C三種情況均有可能產(chǎn)生； 答案：B 【例題4】關(guān)于普氏堅固性系數(shù)?，下列各項中不正確的是(? ?)。 A、?可按單軸抗壓強度的百分之一； B、?可按抗剪強度的百分之一； C、為了更確切的反映巖體的實際強度，?值可結(jié)合地下工程具體條件加以修正；? ? ? ? ? 可按抗拉強度的百分之一；D、? D、答案：B 。平衡拱理論是指(? ? ? )【例題5】自然 理論；、普氏A 、太沙基理論；B 施工理論；TBMC、 、NATM施工理論；D A答案： 。普氏】按照理論，自然平衡拱的輪輪廓線為(? ? ?)6【例題 、一條直線；A 、一條對數(shù)線；B C、一條單曲線； D、一條拋物線； 答案：D 2 地壓太沙基計算方法 太沙基理論也把破裂巖體看成松散體。它的特點是從應力傳遞的概念出發(fā)，推導出作用于支架上的垂直應力計算公式。當巷道埋深不大時，支護結(jié)構(gòu)的彎曲和下沉引起覆蓋巖層下滑， 【例題8】太沙基計算法的適用范圍是(? ? ?)。 A、一般用于埋深不大的巷道地壓計算； B、一般用于埋深較大的巷道地壓計算； C、一般用于沖擊地壓計算； D、一般用于變形地壓的計算； 答案：A 從松散體理論分析圍巖壓力計算公式中，不難看出，產(chǎn)生圍巖壓力的根本原因，在于兩種不同的土體塌落：整體塌落或土