(高清版)GBT 23561.8-2024 煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法 第8部分：煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法

煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第8部分：煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法Methodsfordeterminingthephysicalandmechanicalpropertiesofcoalandrock—Part8:Methodsfordeterminingthedeformationparametersof2024-03-15發(fā)布I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T23561《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法》的第8部分，GB/T23561已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：采樣一般規(guī)定；——第2部分：煤和巖石真密度測(cè)定方法；——第3部分：煤和巖石塊體密度測(cè)定方法；——第4部分：煤和巖石孔隙率計(jì)算方法；——第5部分：煤和巖石吸水性測(cè)定方法；——第6部分：煤和巖石含水率測(cè)定方法；——第7部分：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度測(cè)定及軟化系數(shù)計(jì)算方法；——第8部分：煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法；——第9部分：煤和巖石三軸強(qiáng)度及變形參數(shù)測(cè)定方法；——第10部分：煤和巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)定方法；——第11部分：煤和巖石抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法；——第12部分：煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定方法；——第13部分：煤和巖石點(diǎn)載荷強(qiáng)度指數(shù)測(cè)定方法；——第14部分：巖石膨脹率測(cè)定方法；——第15部分：巖石膨脹應(yīng)力測(cè)定方法；——第16部分：巖石耐崩解性指數(shù)測(cè)定方法。本文件代替GB/T23561.8—2009《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第8部分：煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法》,與GB/T23561.8—2009相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)更改了“割線模量”定義(見(jiàn)3.1,2009年版的3.1);b)更改了“泊松比”定義(見(jiàn)3.3,2009年版的3.3);c)更改了“材料試驗(yàn)機(jī)”的精度等級(jí)，刪除了加載范圍要求(見(jiàn)4.3,2009年版的4.3.1);d)更改了“電液伺服試驗(yàn)機(jī)”的精度等級(jí)(見(jiàn)4.3,2009年版的4.3.2);e)更改了載荷傳感器的量程和引伸計(jì)的精度和量程(見(jiàn)4.4,2009年版的4.4);f)增加了“導(dǎo)線的材質(zhì)相同”的規(guī)定(見(jiàn)6.3.4);g)增加了“試樣端部均勻涂抹涂凡士林等潤(rùn)滑劑消除端部效應(yīng)”的規(guī)定(見(jiàn)7.4);h)將“關(guān)機(jī)”更改為“停止采集”(見(jiàn)7.7,2009年版的7.7);j)更改了“其他變形測(cè)定裝置”的規(guī)定(見(jiàn)8.2.7,2009年版的8.2.7)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、煤炭科學(xué)研究總院有限公司、中煤科工開(kāi)采研究院有限公司。婁金福。本文件干2009年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。ⅡGB/T23561旨在描述在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定煤和巖石物理力學(xué)參數(shù)的方法，根據(jù)煤和巖石不同物理力學(xué)參數(shù)的測(cè)定需求，擬由16個(gè)部分構(gòu)成?！?部分：采樣一般規(guī)定。目的在于描述煤及與煤層相關(guān)巖層中巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定及沖擊傾向性測(cè)定所需煤和巖石樣的采樣方法?！?部分：煤和巖石真密度測(cè)定方法。目的在于采用比重瓶法或氣體膨脹法真密度分析儀測(cè)定煤和巖石的真密度?！?部分：煤和巖石塊體密度測(cè)定方法。目的在于采用密封法和量積法測(cè)定煤和巖石的塊體密度?！?部分：煤和巖石孔隙率計(jì)算方法。目的在于測(cè)定煤和巖石的孔隙率?！?部分：煤和巖石吸水性測(cè)定方法。目的在于測(cè)定遇水不崩解、不溶解、不干縮濕脹的煤和巖石的吸水性。 第6部分：煤和巖石含水率測(cè)定方法。目的在于采用烘于法測(cè)定煤和巖石的含水率，——第7部分：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度測(cè)定及軟化系數(shù)計(jì)算方法。目的在于測(cè)定能夠加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石的單軸抗壓強(qiáng)度和計(jì)算軟化系數(shù)?！?部分：煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法。目的在于測(cè)定能夠加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石單軸壓縮條件下的變形參數(shù)?！?部分：煤和巖石三軸強(qiáng)度及變形參數(shù)測(cè)定方法。目的在于測(cè)定能夠加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石在軸對(duì)稱三向應(yīng)力條件下的強(qiáng)度和變形參數(shù)?！?0部分：煤和巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)定方法。目的在于測(cè)定能夠加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石的抗拉強(qiáng)度?！?1部分：煤和巖石抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法。目的在于測(cè)定煤和巖石的抗剪強(qiáng)度?！?2部分：煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定方法。目的在于采用搗碎法測(cè)定煤的堅(jiān)固性系數(shù)?！?3部分：煤和巖石點(diǎn)載荷強(qiáng)度指數(shù)測(cè)定方法。目的在于測(cè)定煤和巖石的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指數(shù)?！?4部分：巖石膨脹率測(cè)定方法。目的在于測(cè)定巖石的自由膨脹率和側(cè)向約束膨脹率?！?5部分：巖石膨脹應(yīng)力測(cè)定方法。目的在于測(cè)定巖石的側(cè)向約束膨脹應(yīng)力?！?6部分：巖石耐崩解性指數(shù)測(cè)定方法。目的在于測(cè)定遇水易崩解巖石的耐崩解指數(shù)。1煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第8部分：煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法本文件規(guī)定了煤和巖石變形參數(shù)測(cè)定方法的主要儀器設(shè)備、試件規(guī)格、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作、試驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)計(jì)算。本文件適用于在實(shí)驗(yàn)室條件下，能夠加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石單軸壓縮條件下割線模量(Eso)、彈性模量(E)、泊松比(μ)等變形參數(shù)的測(cè)定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T23561.7—2009煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第7部分：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度測(cè)定及軟化系數(shù)計(jì)算方法3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。試件在加載過(guò)程中的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，原點(diǎn)與曲線上50%抗壓強(qiáng)度處應(yīng)力點(diǎn)連線的斜率。彈性模量modulusofelasticity試件單軸受力時(shí)，彈性階段正應(yīng)力(o)與彈性正應(yīng)變(e)之比。泊松比Poisson'sratio試件單向受力時(shí)，沿荷載方向應(yīng)變與垂直于荷載方向應(yīng)變比的絕對(duì)值。4主要儀器設(shè)備及材料4.1加工機(jī)械4.2檢驗(yàn)工具試驗(yàn)樣品的檢驗(yàn)工具如下：a)游標(biāo)卡尺，最小分度值0.02mm;2b)萬(wàn)能角度尺、百分表架及百分表；c)水平檢測(cè)臺(tái)。試驗(yàn)機(jī)任選以下一種類型?！牧显囼?yàn)機(jī)：材料試驗(yàn)機(jī)精度不應(yīng)低于0.5級(jí)?！娨核欧囼?yàn)機(jī)：電液伺服試驗(yàn)機(jī)的精度不應(yīng)低于0.5級(jí)，并能夠以0.5MPa/s～1.0MPa/s的速率加載。4.4測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)包括以下部分：a)載荷傳感器量程范圍應(yīng)滿足公式(1)。1.25pmax<po<5pmax………(1)式中：pmax——預(yù)計(jì)試件的最大破壞載荷，單位為千牛(kN);p?！牧显囼?yàn)機(jī)加載范圍的最大值，單位為千牛(kN)b)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。c)位移傳感器，量程不大于50mm。d)引伸計(jì)，首選縱向雙橋引伸計(jì)，量程不宜小于5mm,測(cè)量精度±0.25%FS。e)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。f)可采用其他設(shè)備和儀器，但精度等級(jí)不應(yīng)低于本文件的相應(yīng)規(guī)定。測(cè)試結(jié)果可由測(cè)表人工讀數(shù)記錄、電測(cè)數(shù)顯記錄、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和電液伺服試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)等方法之一獲得。試驗(yàn)所需材料如下：a)電阻應(yīng)變片(以下簡(jiǎn)稱應(yīng)變片):常用標(biāo)距3mm×15mm～3mm×20mm,靈敏系數(shù)0.2,電阻值為(120±0.2)Ω;b)黏結(jié)劑：502膠水，環(huán)氧樹(shù)脂膠等或其他類似性能的黏結(jié)劑；c)防潮膠：環(huán)氧配膠、聚氯乙烯粘膠或聚乙烯縮醛膠；5試件規(guī)格試件規(guī)格、加工精度、數(shù)量和含水狀態(tài)等應(yīng)符合GB/T23561.7—2009中第5章的規(guī)定。6試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作6.1檢查應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片前，應(yīng)對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行檢查，要求阻絲平直，間距均勻，阻絲與基底粘貼牢固，阻柵的長(zhǎng)度應(yīng)大于巖石最大顆粒的10倍，小于試樣半徑。同一組試件的工作片與溫度補(bǔ)償片的規(guī)格和靈敏系數(shù)應(yīng)相同，溫度補(bǔ)償片電阻值允許偏差為±0.2Ω。36.2粘貼應(yīng)變片方法應(yīng)變片應(yīng)粘貼在試件高度方向的中部，盡量避開(kāi)裂隙、節(jié)理和偉晶處。每個(gè)試件縱向和橫向粘貼應(yīng)變片各2片～3片?？v向、橫向應(yīng)變片的排列采用“+”形或“⊥”形，見(jiàn)圖1。貼片前，應(yīng)在試件圓周三等分處畫垂線，二分之一高度處畫圓周線，以便貼片對(duì)中。對(duì)于巖性均一、加工精度高的試件，可以只在對(duì)稱兩側(cè)中部粘貼縱向、橫向應(yīng)變片各一對(duì)。a)H形連接方式b)⊥形連接方式標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——應(yīng)變片；2——試件。圖1應(yīng)變片粘貼方式示意圖6.3應(yīng)變片的粘貼工藝6.3.1清理表面在粘貼部位先用零號(hào)砂紙打磨，其面積應(yīng)大于應(yīng)變片。再用紗布或脫脂棉蘸上丙酮等易揮發(fā)溶劑清洗表面，直至紗布或脫脂棉沒(méi)有灰痕為止。6.3.2涂膠貼片一般試件可用502膠水或環(huán)氧樹(shù)脂膠等粘貼應(yīng)變片，含水量多或飽和試件，需要采用防潮膠。膠水的彈性模量應(yīng)小于試件的彈性模量。貼片時(shí)，先在試件貼片部位涂上一薄層黏結(jié)劑，待黏結(jié)劑干后，再在應(yīng)變片背面涂上一薄層黏結(jié)劑，隨即將應(yīng)變片按要求的方向和部位粘貼上。然后在應(yīng)變片上蓋一小塊塑料紙，用手指在上面滾壓擠出應(yīng)變片和試件之間的氣泡和多余的黏結(jié)劑，約按壓幾十秒即可粘貼牢固。6.3.3固化處理黏結(jié)劑一般可在常溫下自行固化。固化時(shí)間應(yīng)參照所用黏結(jié)劑的說(shuō)明書(shū)，急用時(shí)，可按各類黏結(jié)劑的說(shuō)明加熱烘干。應(yīng)變片尾端引線用絕緣導(dǎo)線焊接引出。焊前應(yīng)先將導(dǎo)線固定，以防碰動(dòng)導(dǎo)線時(shí)拉壞應(yīng)變片。每根導(dǎo)線的材質(zhì)、長(zhǎng)度、線徑都應(yīng)相同，長(zhǎng)度不宜超過(guò)10m。46.4.1防底潮：試件表面用丙酮清洗后，涂上厚度不超過(guò)0.1mm的環(huán)氧樹(shù)脂膠，面積應(yīng)大于應(yīng)變片，以防止水分從試件內(nèi)部進(jìn)入應(yīng)變片。6.4.2防底潮膠固化后，粘貼應(yīng)變片，并焊上短線引出，應(yīng)變片貼好固化后，對(duì)地絕緣電阻應(yīng)滿足試驗(yàn)要求，應(yīng)大于200MΩ,然后再在應(yīng)變片上涂上厚度1mm左右的防潮膠，導(dǎo)線接頭也做同樣的防潮處理。水飽和處理后的試件，絕緣電阻值也應(yīng)大于200MΩ。6.5千分表安裝千分表主要用于測(cè)量變形較大，強(qiáng)度較低的軟和極軟煤與巖石的縱、橫向變形。將千分表安裝在磁性表架上，磁性表架安裝在試驗(yàn)機(jī)的下承壓板上，縱向千分表的表頭與上承壓板邊緣接觸，橫向千分表的表頭直接與試件接觸，測(cè)讀初始值。兩對(duì)相互垂直的縱向千分表和橫向千分表應(yīng)分別安裝在試件直徑的對(duì)稱位置上。7試驗(yàn)步驟以及加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題等按照附錄A進(jìn)行描述。7.2測(cè)量試件的直徑和高度按照附錄A記錄：a)直徑量測(cè)：直徑應(yīng)在試件的上下端面附近以及中央附近的斷面，測(cè)定相互垂直的兩個(gè)方向的直徑，取其算術(shù)平均值作為試件的直徑；b)高度量測(cè)：高度應(yīng)在試件的過(guò)中心軸的兩個(gè)相交的平面內(nèi)各取兩點(diǎn)，測(cè)定兩個(gè)高度值，取其算術(shù)平均值作為試件的高度。7.3選擇材料試驗(yàn)機(jī)時(shí)應(yīng)符合4.3。7.4開(kāi)啟材料試驗(yàn)機(jī)，使其處于工作狀態(tài)。將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，使試驗(yàn)機(jī)、上下承壓板、試件三者中心線成一直線，并使試件上下面受力均勻，上、下承壓板與試件之間放置比試件直徑略大的剛性墊塊，墊塊的硬度不應(yīng)低于HRC58,墊塊的厚度與直徑比不應(yīng)小于0.5。試樣端部均勻涂抹涂凡士林等潤(rùn)滑劑，以消除端部效應(yīng)。7.5將電阻應(yīng)變儀接上電源，預(yù)熱0.5h,連接線路，預(yù)調(diào)平衡。接線方式可用全橋或半橋方式，施加初載荷，檢查儀器工作情況，同時(shí)觀察兩邊的應(yīng)變值是否接近，如兩邊應(yīng)變值相差較大，則應(yīng)調(diào)整試件位7.6按0.5MPa/s～1.0MPa/s的速度逐級(jí)加載。按估計(jì)破壞載荷的十分之一間隔讀一次讀數(shù)，記錄載荷與應(yīng)變值，直至破壞。每個(gè)測(cè)定過(guò)程，讀數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)點(diǎn)，同一試件的所有應(yīng)變值，宜同時(shí)測(cè)出。變形參數(shù)按照附錄A記錄。7.7如采用電液伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，或者采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)),此時(shí)應(yīng)將該系統(tǒng)調(diào)整至工作狀態(tài)，并按上述加載速度連續(xù)加載直至試件破壞。當(dāng)峰值出現(xiàn)后，繼續(xù)測(cè)量3s～5s后停止采集；如無(wú)峰值時(shí)，則至縱向應(yīng)變達(dá)到15%～20%時(shí)停止采集。7.8記錄破壞載荷值以及加載過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對(duì)試件的破壞進(jìn)行描述或拍照。8數(shù)據(jù)計(jì)算8.1分級(jí)加載時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理8.1.1軸向應(yīng)力按公式(2)計(jì)算：5GB/T23561.8—2024p——與應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的載荷，單位為千牛(kN);F——試件初始承載面積，單位為平方厘米(cm2)。計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字，試驗(yàn)報(bào)告中列出每個(gè)試件的測(cè)量值。8.1.2縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變?nèi)「鳒y(cè)量值的平均值。8.1.3體積應(yīng)變按公式(3)計(jì)算：e?——縱向應(yīng)變值；ε?——橫向應(yīng)變值。計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字，試驗(yàn)報(bào)告中列出每個(gè)試件的測(cè)量值。8.1.4根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)，繪制應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線和應(yīng)力-橫向應(yīng)變曲線，必要時(shí)應(yīng)繪制應(yīng)力-體積應(yīng)變曲線，應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖2。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：3——σ與ε?曲線。圖2應(yīng)力-應(yīng)變曲線8.1.5單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)定方法應(yīng)符合GB/T23561.7—2009中第7章規(guī)定。8.1.6割線模量按公式(4)計(jì)算：式中：Eso——割線模量，單位為兆帕(MPa);σso——單軸抗壓強(qiáng)度的50%,單位為兆帕(MPa);6GB/T23561.8—2024eso——試件與oso對(duì)應(yīng)的縱向應(yīng)變值8.1.7彈性模量按公式(5)計(jì)算：式中：E,——彈性模量，單位為兆帕(MPa);σ,——應(yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段終點(diǎn)的應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);σ?！獞?yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段始點(diǎn)的應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);ei——應(yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段終點(diǎn)的應(yīng)變值；e?！獞?yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段始點(diǎn)的應(yīng)變值。計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字，試驗(yàn)報(bào)告中列出每個(gè)試件的測(cè)量值。8.1.8根據(jù)應(yīng)力-縱向應(yīng)變和應(yīng)力-橫向應(yīng)變兩曲線上對(duì)應(yīng)直線段部分橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變的平均值計(jì)算泊松比(μ),計(jì)算按公式(6)式中：μ——泊松比；Eap——應(yīng)力-橫向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段部分的橫向應(yīng)變的平均值；eg——應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段部分的縱向應(yīng)變的平均值。計(jì)算結(jié)果精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。8.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理8.2.1繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線當(dāng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)時(shí)，可由處理軟件自動(dòng)繪制應(yīng)力值與縱向應(yīng)變、橫向應(yīng)變值和體積應(yīng)變值的曲線。8.2.2單軸抗壓強(qiáng)度由計(jì)算機(jī)軟件直接給出應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線圖中峰值點(diǎn)的數(shù)值，根據(jù)已輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)的試件初始承載面積值，計(jì)算出該試件的單軸抗壓強(qiáng)度值。8.2.3割線模量根據(jù)計(jì)算出的試件單軸抗壓強(qiáng)度，系統(tǒng)在應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線上自動(dòng)繪制出原點(diǎn)與應(yīng)力-縱向應(yīng)力曲線上應(yīng)力為50%抗壓強(qiáng)度點(diǎn)連線，并按已輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)的公式(4)計(jì)算出該試件的割線模量。8.2.4彈性模量在計(jì)算機(jī)繪制的應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線上取直線段，在此線段的兩端各取一點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值，按已輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)的公式(5)計(jì)算出該試