(正式版)GB/T 23561.11-2024 煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法 第11部分：煤和巖石抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法

ICS73.010CCSD04代替GB/T23561.11—2010煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法IGB/T23561.11—2024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11部分。GB/T23561已經(jīng)發(fā)布了——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/T23561.11—2010《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第11部分：煤和巖石抗剪a)更改了適用范圍(見第1章，2010年版的第1章);c)更改了制樣儀器設(shè)備(見6.1,2010年版的6.1);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。婁金福。本文件于2010年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。ⅡGB/T23561.11—2024GB/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——第4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?！?部分：煤和巖石含水率測(cè)定方法。目的在于采用烘干法測(cè)定煤和巖石的含水率?！?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)。——第8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——第11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)。——第14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。——第15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)。1GB/T23561.11—2024煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第11部分：煤和巖石抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法本文件描述了煤和巖石抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法中標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定、非標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定、雙面剪切強(qiáng)度測(cè)定和單面剪切強(qiáng)度測(cè)定的方法。本文件適用于煤和巖石抗剪強(qiáng)度測(cè)定。其中標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定適用于能加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石；非標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定適用于不能加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的軟弱煤和巖石；雙面剪切強(qiáng)度測(cè)定和單面剪切強(qiáng)度測(cè)定適用于只測(cè)定煤和巖石剪切強(qiáng)度。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(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)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1煤或巖石試件的某截面在一定的法向應(yīng)力作用下所承受的最大剪應(yīng)力。4標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定儀器設(shè)備主要有：b)變角剪切夾具，見圖1;2GB/T23561.11—20242——變角剪切夾具上座；P—試件剪斷破壞載荷；f)水平檢測(cè)臺(tái)；式中：4.2試件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)試件宜采用直徑為48mm～56mm,高度為50mm的圓柱體試件。標(biāo)準(zhǔn)試件規(guī)格按GB/T23561.7—2009中5.2規(guī)定執(zhí)行。試件數(shù)量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)方式確定。當(dāng)取5個(gè)以上的剪切角度，每個(gè)角度下做1個(gè)試件的剪切試驗(yàn)時(shí)，所需試件最少數(shù)量為5個(gè)；當(dāng)取3個(gè)剪切角度，每個(gè)角度下做4個(gè)試件的剪切試驗(yàn)，取其抗剪強(qiáng)度的3GB/T23561.11—2024算術(shù)平均值時(shí)，所需試件最少數(shù)量為12個(gè)；當(dāng)采取第二種試驗(yàn)方式時(shí)，在計(jì)算抗剪強(qiáng)度的平均值的同時(shí)，應(yīng)計(jì)算偏離度。若偏離度超過20%,則應(yīng)增補(bǔ)試件數(shù)量，使偏離度不大于20%。4.2.4試件含水狀態(tài)試件含水狀態(tài)按GB/T23561.7—2009中5.4規(guī)定執(zhí)行。4.3測(cè)定步驟工過程中出現(xiàn)的問題應(yīng)按照附錄A進(jìn)行描述。4.3.2在38°~65°范圍內(nèi)選擇3個(gè)或5個(gè)以上剪切角度。按照不同的剪切角度將試件分組編號(hào)，并在試件上畫出剪切線。4.3.3檢查試件加工精度，測(cè)量試件尺寸，對(duì)于圓柱體試件按剪切面的直徑、長(zhǎng)度各測(cè)量?jī)纱?，取算術(shù)平均值，并填入記錄表內(nèi)。4.3.4調(diào)整材料試驗(yàn)機(jī)度盤指針為零，使材料試驗(yàn)機(jī)處于工作狀態(tài)。將已調(diào)好角度的變角剪切夾具下座放在材料試驗(yàn)機(jī)上，使其中心線與承壓板中心線重合，裝上試件并安裝好夾具上座，調(diào)整承壓板球形座，使變角剪切夾具受力均勻。啟動(dòng)材料試驗(yàn)機(jī)，施加0.1kN～0.5kN的壓力，檢查試件及變角夾具放置位置是否良好，若產(chǎn)生偏離卸載重新調(diào)整。4.3.5夾具與試件調(diào)整好后，以0.5MPa/s～1.0MPa/s的速率加載直至破壞。加載時(shí)，人員應(yīng)離開工作臺(tái)，并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。4.3.6記錄破壞載荷及加載過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，對(duì)試件的破壞形態(tài)進(jìn)行描述。4.3.7非干燥試件破壞后，應(yīng)取出部分碎塊立即用塑料袋封存，并盡快測(cè)定其含水率，填入記錄表內(nèi)。4.4數(shù)據(jù)計(jì)算4.4.1計(jì)算剪切破壞面AB上正應(yīng)力(σ)和剪應(yīng)力(t)4.4.1.1單個(gè)試件剪切破壞面AB上的正應(yīng)力(σ)和剪應(yīng)力(r)分別按公式(2)和公式(3)計(jì)算：式中：P——試件剪斷破壞載荷，單位為牛(N);F——剪切面面積，單位為平方毫米(mm2);t——剪應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)?！?2)4.4.1.2每個(gè)剪切角度下試件破壞時(shí)剪切面上平均正應(yīng)力(op)和平均剪應(yīng)力(tp)分別按公式(4)和公式(5)計(jì)算：…………………(5)式中：σp——每個(gè)剪切角度下試件破壞時(shí)剪切面上的平均正應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);GB/T23561.11—2024n—-——每個(gè)剪切角度下一組試件的個(gè)數(shù)；σ;——每個(gè)剪切角度下第i個(gè)試件破壞時(shí)，剪切面上的正應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);Tp——每個(gè)剪切角度下試件破壞時(shí)剪切面上的平均剪應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);T;每個(gè)剪切角度下第i個(gè)試件破壞時(shí)，剪切面上的剪應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)。4.4.2計(jì)算每個(gè)試驗(yàn)角度下測(cè)定結(jié)果的偏離度正應(yīng)力偏離度和剪應(yīng)力偏離度分別按公式(6)和公式(7)計(jì)算：式中：V?！龖?yīng)力偏離度；V,——剪應(yīng)力偏離度；M?——剪應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差，按公式(9)計(jì)算?！?(6) (7)…………(8)………若偏離度超過20%,則應(yīng)增補(bǔ)試件數(shù)量，使偏離度不大于20%。當(dāng)測(cè)定3個(gè)剪切角度，每個(gè)角度下做4個(gè)試件時(shí)，應(yīng)同時(shí)計(jì)算抗剪強(qiáng)度的平均值和偏離度；當(dāng)測(cè)定角度在5個(gè)以上，每個(gè)角度下只做1個(gè)試件時(shí)，則不計(jì)算測(cè)量值的平均值和偏離度。4.4.3繪制煤和巖石抗剪強(qiáng)度曲線4.4.3.1根據(jù)各測(cè)定角度下的平均正應(yīng)力值和平均剪應(yīng)力值，繪制煤和巖石抗剪強(qiáng)度曲線，見圖2。A、B、E、D各點(diǎn)分別為不同角度下的平均測(cè)量值。當(dāng)測(cè)定角度在5個(gè)以上，每個(gè)測(cè)角下只作一個(gè)試件的剪切強(qiáng)度測(cè)定時(shí)，煤和巖石抗剪強(qiáng)度曲線各點(diǎn)為各測(cè)角下單個(gè)試件的測(cè)量值。圖2煤和巖石抗剪強(qiáng)度曲線4GB/T23561.11—2024 C——凝聚力，煤和巖石抗剪強(qiáng)度曲線在t軸上的截距，單位為兆帕(MPa);4.4.4C和φ值的確定簡(jiǎn)化后的直線在t軸上的截距即為C值，直線斜率的反正切即為φ值。C值計(jì)算結(jié)果取3位有效5非標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定a)材料試驗(yàn)機(jī)精度應(yīng)不低于0.5級(jí)，載荷傳感器測(cè)量范圍應(yīng)滿足公式(1);b)變角剪切夾具，見圖1;c)70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體模具；f)求積儀或坐標(biāo)紙；h)高鋁水泥或高強(qiáng)度水泥(其強(qiáng)度應(yīng)高于巖石強(qiáng)度);i)云母片或云母粉；j)防水油漆或防水套。5.2.2試件數(shù)量和含水狀態(tài)按4.2.3和4.2.4規(guī)定執(zhí)行。5.3.1制作襯模：將非標(biāo)準(zhǔn)試件表面涂以防水油漆后風(fēng)干(或用防水套扎緊),然后用高強(qiáng)度水泥膠固56GB/T23561.11—2024圖3非標(biāo)準(zhǔn)試件模具制作示意圖5.3.2將制作好的非標(biāo)準(zhǔn)試件襯模加工成70mm×70mm×70mm的立方體試件。5.3.3其余測(cè)定步驟按4.3規(guī)定進(jìn)行。非標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法見圖4。6——變角剪切夾具下座；P——試件剪斷破壞載荷；R——剪切面與水平面的夾角。圖4非標(biāo)準(zhǔn)試件抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法5.4數(shù)據(jù)計(jì)算5.4.1計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)試件剪切面積：利用玻璃板或透明紙，將非標(biāo)準(zhǔn)試件的剪切面用筆描下來，然后用求7GB/T23561.11—20245.4.2測(cè)定結(jié)果計(jì)算和數(shù)據(jù)計(jì)算，按4.4進(jìn)行。6雙面剪切強(qiáng)度測(cè)定a)材料試驗(yàn)機(jī)精度不應(yīng)低于0.5級(jí)，載荷傳感器測(cè)量范圍應(yīng)滿足公式(1);b)雙剪夾具，見圖5;P——試件剪斷時(shí)的載荷。6.2.2試件數(shù)量和含水狀態(tài)按4.2.3和4.2.4規(guī)定執(zhí)行。加工過程中出現(xiàn)的問題應(yīng)按照附錄B進(jìn)行描述。6.3.3將試件置于雙剪夾具中，見圖5,再將雙剪夾具放在材料試驗(yàn)機(jī)的承壓板中心，調(diào)整承壓板的球6.3.5記錄破壞載荷及加載過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，對(duì)試件破壞狀況進(jìn)行描述。非干燥狀態(tài)試件破壞8GB/T23561.11—20246.4數(shù)據(jù)計(jì)算6.4.1雙面剪切強(qiáng)度按公式(11)計(jì)算：…………式中：P——試件剪斷時(shí)的載荷，單位為牛(N);D——試件直徑，單位為毫米(mm)。6.4.2采用算術(shù)平均值計(jì)算并確定雙面剪切強(qiáng)度。計(jì)算結(jié)果取3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。7單面剪切強(qiáng)度測(cè)定7.1儀器設(shè)備儀器設(shè)備主要有：a)材料試驗(yàn)機(jī)：精度不應(yīng)低于0.5級(jí)，載荷傳感器加載范圍應(yīng)滿足公式(1);b)單剪夾具，見圖6;標(biāo)引序號(hào)和符號(hào)說明：1——壓板；2——滾珠；3——夾板；4——試件；P———作用于剪切面上的法向載荷；Q——作用于剪切面上的剪切載荷。7.2.2試件數(shù)量和含水狀態(tài)按4.2.3和4.2.4規(guī)定執(zhí)行。GB/T23561.11—20247.3測(cè)定步驟及加工過程中出現(xiàn)的問題應(yīng)按照附錄B進(jìn)行描述。7.3.2在試件受剪處用紅鉛筆畫上記號(hào)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件受剪處長(zhǎng)度兩次，取算術(shù)平均值。7.3.3將試件置于單剪夾具中，見圖6,再將單剪夾具放在材料試驗(yàn)機(jī)的承壓板中心，保證法向力和切向力的合力通過剪切面的中心。7.3.4試件上的法向應(yīng)力，在設(shè)計(jì)的正應(yīng)力區(qū)間內(nèi)，分5個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)選擇對(duì)應(yīng)的整數(shù)值加載。7.3.5法向載荷分五次施加，每5min加載一次，加載前后讀取豎向變形，達(dá)到預(yù)定載荷之后，豎向變形5min的讀數(shù)不超過0.01mm時(shí)，開始施加剪切載荷。7.3.6剪切載荷分級(jí)施加，試驗(yàn)按預(yù)估最大剪切載荷的8%～10%施加，剪切載荷的施加采用時(shí)間控制，每5min加載一次，并記錄加載前后的切向和法向位移值，在剪切過程中，法向應(yīng)力保持恒定。7.3.7測(cè)定結(jié)束后，觀察破壞狀態(tài)是否沿預(yù)定剪切面破壞，當(dāng)不滿足測(cè)定設(shè)計(jì)方案要求時(shí)，測(cè)定數(shù)據(jù)無效，當(dāng)滿足測(cè)定設(shè)計(jì)方案要求時(shí)，對(duì)剪切面進(jìn)行素描或拍照，記錄節(jié)理裂隙與剪切面的關(guān)系，測(cè)量剪斷面積。7.4數(shù)據(jù)計(jì)算7.4.1單面剪切強(qiáng)度按公式(12)、公式(13)計(jì)算：σ——作用于剪切面上的法向應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);P-———作用于剪切面上的法向載荷，單位為千牛(kN);A——實(shí)測(cè)剪切面積，單位為平方厘米(cm2);t——