巖石力學(xué)參數(shù)測試

1、3.2侏羅系煤巖層物理力學(xué)性質(zhì)測試3.2.1試驗(yàn)儀器及原理本試驗(yàn)采用電子萬能壓力試驗(yàn)機(jī)(圖3.24)對侏羅系、石炭系巖石試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度的測定。(a)電子萬能壓力試驗(yàn)機(jī)(b)單軸抗壓強(qiáng)度測試(c)抗拉強(qiáng)度測試(d)抗剪強(qiáng)度測試圖3.24巖石力學(xué)電子萬能壓力試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)過程(1) 巖石抗壓強(qiáng)度測定：單軸抗壓強(qiáng)度的測定：將采集的巖塊試件放在壓力試驗(yàn)機(jī)上，按規(guī)定的加載速度(0.1mm/min)加載至試件破壞。根據(jù)試件破壞時，施加的最大荷載P,試件橫斷面A便(3.1)可計(jì)算出巖石的單軸抗壓強(qiáng)度 So，見式(3.1)。S0=A一般表面單軸抗壓強(qiáng)度測定值的分散性比較大，因此，為獲得可

2、靠的平均單軸抗壓 強(qiáng)度值，每組試件的數(shù)目至少為 3塊。(2) 巖石抗拉強(qiáng)度的測定：做巖石抗拉試驗(yàn)時，將試件做成圓盤形放在壓力機(jī)上進(jìn)行壓裂試驗(yàn)，試件受集中荷載的作用，見式(3.2)St =2P二 DT(3.2)式中：St巖石抗拉強(qiáng)度 MPa；P巖石試件斷裂時的最大荷載，KN ;D 巖石試件直徑；T 巖石試件厚度。為使抗拉強(qiáng)度值較準(zhǔn)確，每種巖石試件數(shù)目至少3塊。(3) 巖石抗剪強(qiáng)度測定：將巖石試件放在兩個鋼制的傾斜壓模之間，然后把夾有試件的壓模放在壓力實(shí)驗(yàn)機(jī) 上加壓。當(dāng)施加荷載達(dá)到某一值時，試件沿預(yù)定的剪切面剪斷，見式(3.3)。T P .sin 二(3.3)A AN PCTn = = COSGA

3、 A式中：P試件發(fā)生剪切破壞時的最大荷載；T施加在破壞面上的剪切力；N 作用在破壞面上的正壓力；A剪切破壞面的面積；T用在破壞面上的剪應(yīng)力；-n作用在破壞面上的正應(yīng)力；a壞面上的角度。每組取3塊試件，變換不同的破壞角，根據(jù)所得的數(shù)值，便可在 二-.坐標(biāo)系上畫 出反映巖石發(fā)生剪切破壞的強(qiáng)度曲線。并可求出反映巖石力學(xué)性質(zhì)的另外兩個參數(shù)：粘 聚力C及內(nèi)摩察角：03.2.2標(biāo)準(zhǔn)巖樣加工根據(jù)需要和所在礦的條件，在晉華宮礦12#煤層2105巷頂板鉆取巖樣，鉆孔長度約 22m,在。根據(jù)各段巖心長度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，晉華宮礦頂板巖層的 RQD值為72.4%,圍巖質(zhì) 量一般。巖心取出后，隨即貼上標(biāo)簽，用透明保鮮袋包好以

4、防風(fēng)化，之后裝箱，托運(yùn)到實(shí)驗(yàn) 室，經(jīng)切割、打磨、干燥制成標(biāo)準(zhǔn)的巖石試樣，巖樣制作過程見圖3.25o(a)封裝(b)切割(c)磨光(d)干燥圖3.25標(biāo)準(zhǔn)巖樣制作過程根據(jù)巖性將晉華宮礦12#煤層2105巷頂板分為三層，其中06.85m為砂質(zhì)泥巖， 6.8511.66m為粉砂巖，11.6622.0m為細(xì)砂巖。由于永定莊礦巖心鉆孔深度僅為 8m， 除去前面約2m的煤層，實(shí)際巖樣長度約為6m，且均為細(xì)砂巖，故不對其進(jìn)行分層。綜上，本次試驗(yàn)共有4種巖樣，每種巖樣制作3個50mrK 100mm的標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮 試驗(yàn)試件、3個50mM 25mm的標(biāo)準(zhǔn)劈裂拉伸試驗(yàn)試件和 15個50mM 50mm的標(biāo)準(zhǔn)抗 剪強(qiáng)度

5、試驗(yàn)試件，共制作12個單軸壓縮試驗(yàn)試件、12個劈裂拉伸試驗(yàn)試件和60個抗剪 強(qiáng)度試驗(yàn)試件。3.3.3侏羅系煤巖層物理力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果晉華宮礦12#煤層2105巷頂板巖石單軸抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見表3.12,破壞形式見圖3.26;抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果見表3.13,破壞效果見圖3.27;抗剪強(qiáng)度測試結(jié)果見表3.14，' - 關(guān)系曲線見圖3.28,破壞形式見圖3.29所示。表3.12晉華宮礦12#煤層2105巷頂板巖石單軸抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果地點(diǎn)巖性編號高度/mm直徑/mm質(zhì)里/g密度/kg/m3平均值/kg/m3彈性 模量/GPa平均 值/GPa單軸抗壓 強(qiáng)度/MPa平均值/MPa三分層細(xì)砂巖0193

6、.751.5499.502559.132584.032.833.1944.1161.300293.451.4509.222627.503.0953.410392.851.3491.872565.463.6786.39二分 層粉砂巖0194.651.5484.342457.852537.042.993.0949.0646.580294.851.2491.202516.103.1244.590391.551.2496.702637.173.1546.08一分 層砂質(zhì)泥巖0191.251.2489.132604.952627.622.352.7725.2825.990292.551.3522.602

7、733.402.8833.580394.651.3497.532544.513.0619.12（a）砂質(zhì)泥巖單軸抗壓試驗(yàn)破壞形式（b）粉砂巖單軸抗壓試驗(yàn)破壞形式（c）細(xì)沙巖單軸抗壓試驗(yàn)破壞形式（d）細(xì)砂巖單軸抗壓試驗(yàn)破壞形式（永定莊礦）圖3.26大同礦區(qū)巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)破壞形式表3.13大同礦區(qū)巖石單軸抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果地點(diǎn)巖性編號高度/mm直徑/mm破壞峰值/KN抗拉強(qiáng)度/MPa平均值/MPa三分層細(xì)砂巖012351.36.193.344.060222.151.27.744.360320.451.47.384.48二分層粉砂巖0127.951.410.514.674.930227.951.

8、415.716.980327.451.486.953.14一分層砂質(zhì)泥巖0122.7451.48.564.673.850228.5451.47.813.390329.551.48.293.48圖3.27大同礦區(qū)巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)破壞形式表3.14大同礦區(qū)巖石抗剪強(qiáng)度測試結(jié)果地占八、巖性編號高度/mm直徑/mm應(yīng)力 峰值/KN傾 角 / °正應(yīng) 力/MPa剪應(yīng) 力/MPa正應(yīng)力 平均值/MPa.、八 * 、 剪應(yīng) 力平 均值粘聚 力/MP內(nèi)摩 擦角/°分 層細(xì) 砂 巖XS-151.151.186.74523.4923.4922.8922.895.4537.33XS-252.95

9、1.278.64520.5220.52XS-352.251.193.14524.6724.67r XS-453.151.3r 50.35011.8714.1413.0815.59XS-547.351.140.25010.7012.75XS-647.451.062.75016.6819.88XS-752.151.338.6558.2811.837.6410.91XS-851.050.932.3557.1410.19XS-952.151.334.9557.4910.70XS-1052.050.928.9605.469.465.609.69XS-1151.050.927.5605.309.17XS-

10、1250.851.131.3606.0310.44XS-1352.051.126.4654.209.004.118.81XS-1447.251.224.1654.219.04XS-1553.551.125.3653.918.39分層粉砂巖FS-152.051.073.44519.5719.5717.4917.494.9238.55FS-252.051.070.94518.9118.91FS-352.051.052.54514.0014.00r FS-451.051.033.950 18.389.9916.2719.38FS-551.051.096.65023.8828.45FS-652.151

11、.569.05016.5419.71FS-751.152.224.7555.327.595.517.87FS-852.052.124.3555.147.34FS-951.852.228.7556.088.69FS-1050.951.324.5604.698.124.427.66FS-1150.252.121.3604.087.07FS-1252.151.224.0604.517.81FS-1350.951.136.8655.9812.835.2011.14FS-1449.350.821.9653.697.92FS-1551.251.136.6655.9112.68分砂質(zhì)SN-151.051.0

12、187.4550.8450.8431.0331.034.7540.34SN-253.052.0110.4528.2328.23SN-352 052 053 64514 0314 03層泥LJU 巖SN-452.051.061.85014.9717.8415.0017.87SN-551.052.066.55016.1219.21SN-652.051.057.45013.9016.57SN-753.051.023.8555.067.236.509.28SN-853.051.0P 52.05511.0415.76SN-951.053.016.0553.404.85SN-1052.051.0P 26.

13、8605.068.765.138.89SN-1152.051.027.8605.259.09SN-1252.051.027.0605.098.82SN-1353.051.033.6655.2511.274.359.32SN-1451.051.019.3653.136.71SN-1551.051.028.7654.669.99&W.-R也feF o 、 O 5 O 53 3 2 2 112020正應(yīng)力MPa(a)砂質(zhì)泥巖二-關(guān)系曲線40正應(yīng)力MPa石-T關(guān)系曲線2(7-y=O.625x+ 5 44RR- = 0.99S4、 OIX 1L010十亠丄-0正應(yīng)力小IP"io(d)細(xì)

14、砂巖二-圖3.28大同礦區(qū)巖石抗剪強(qiáng)度測試- 關(guān)系曲線I6S正應(yīng)力KfPa關(guān)系曲線(永定莊礦)(c)細(xì)砂巖二- 關(guān)系曲線圖3.29大同礦區(qū)巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)破壞形式以往工程對忻州窯礦、同家梁礦和煤峪口礦11#、12#等侏羅系煤巖層物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測試，結(jié)果見表3.15表3.18:表3.15忻州窯礦東三盤區(qū)11#煤巖層圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)位置層位巖性密度/g/cm3抗壓強(qiáng) 度 /MPa抗拉強(qiáng)度 /MPa抗剪強(qiáng)度彈性模 量 /GPa泊松 比粘聚力/MPa內(nèi)摩擦 角/ °頂板四分層中細(xì)砂MLJ 巖2.34128.410.7414.9527.0721.80.28三分層粉砂巖2.4334.810

15、.7317.7019.3018.60.19二分層細(xì)砂巖2.39120.49.7213.3531.4123.40.23一分層粉砂巖2.31117.39.5011.7527.8117.60.3111#煤 層煤1.2919.93.134.8125.90底板一分層細(xì)砂巖2.5898.210.6714.9026.6016.80.21二分層粉砂巖2.50108.37.7312.0626.9020.90.36三分層中砂巖2.5099.910.6313.0230.0022.10.17表3.16同家梁礦11#煤巖層圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)位置層位巖性密度/g/cm3抗壓強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa抗剪強(qiáng)度彈性模 量

16、/GPa泊松 比粘聚力/MPa內(nèi)摩擦 角/ °頂板三分層粉砂巖2.61144.47.9713.3020.0023.00.19二分層細(xì)砂巖2.63104.47.718.7632.8022.90.23一分層粉砂巖2.53112.58.0613.0628.5012.511#煤 層煤1.2614.52.313.5327.40底板一分層粉砂巖2.55119.88.1312.2320.9013.40.25二分層細(xì)砂巖2.59126.210.066.6534.2019.30.14三分層粉砂巖2.40120.37.9411.4024.1018.30.20四分層細(xì)砂巖2.6898.211.8213.3722.9020.30.13表3.17忻州窯礦西一盤區(qū)12#煤巖層圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)位置層位巖性密度/g/cm3抗壓強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa抗剪強(qiáng)度彈性模 量 /GPa泊松 比粘聚力/MPa內(nèi)摩擦 角/ °頂板三分層中砂巖2