岩石力学参数测试

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1、3.2侏罗系煤岩层物理力学性质测试3.2.1试验仪器及原理本试验采用电子万能压力试验机(图3.24)对侏罗系、石炭系岩石试样进行抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度的测定。(a)电子万能压力试验机(b)单轴抗压强度测试(c)抗拉强度测试(d)抗剪强度测试图3.24岩石力学电子万能压力试验机及试验过程(1)岩石抗压强度测定：单轴抗压强度的测定：将采集的岩块试件放在压力试验机上，按规定的加载速度(0.1mm/min)加载至试件破坏。根据试件破坏时，施加的最大荷载P，试件横断面A便可计算出岩石的单轴抗压强度S，见式(3.1)。S=(3.1)一般表面

2、单轴抗压强度测定值的分散性比较大，因此，为获得可靠的平均单轴抗压强度值，每组试件的数目至少为3块。(2)岩石抗拉强度的测定：做岩石抗拉试验时，将试件做成圆盘形放在压力机上进行压裂试验，试件受集中荷载的作用，见式(3.2)。S=(3.2)式中：S——岩石抗拉强度MPa；P——岩石试件断裂时的最大荷载，KN；D——岩石试件直径；T——岩石试件厚度。为使抗拉强度值较准确，每种岩石试件数目至少3块。(3)岩石抗剪强度测定：将岩石试件放在两个钢制的倾斜压模之间，然后把夹有试件的压模放在压力实验机上加压。当施加荷载达到某一值时，试件沿预定的剪切面剪

3、断，见式(3.3)。(3.3)式中：P——试件发生剪切破坏时的最大荷载；T——施加在破坏面上的剪切力；N——作用在破坏面上的正压力；A——剪切破坏面的面积；τ——作用在破坏面上的剪应力；——作用在破坏面上的正应力；α——破坏面上的角度。每组取3块试件，变换不同的破坏角，根据所得的数值，便可在坐标系上画出反映岩石发生剪切破坏的强度曲线。并可求出反映岩石力学性质的另外两个参数：粘聚力c及内摩察角。3.2.2标准岩样加工根据需要和所在矿的条件，在晋华宫矿12#煤层2105巷顶板钻取岩样，钻孔长度约22m，在。根据各段岩心长度统计结果，晋华宫矿

4、顶板岩层的RQD值为72.4%，围岩质量一般。岩心取出后，随即贴上标签，用透明保鲜袋包好以防风化，之后装箱，托运到实验室，经切割、打磨、干燥制成标准的岩石试样，岩样制作过程见图3.25。(a)封装(b)切割(c)磨光(d)干燥图3.25标准岩样制作过程根据岩性将晋华宫矿12#煤层2105巷顶板分为三层，其中0~6.85m为砂质泥岩，6.85~11.66m为粉砂岩，11.66~22.0m为细砂岩。由于永定庄矿岩心钻孔深度仅为8m，除去前面约2m的煤层，实际岩样长度约为6m，且均为细砂岩，故不对其进行分层。综上，本次试验共有4种岩样，每种岩

5、样制作3个50mm×100mm的标准单轴压缩试验试件、3个50mm×25mm的标准劈裂拉伸试验试件和15个50mm×50mm的标准抗剪强度试验试件，共制作12个单轴压缩试验试件、12个劈裂拉伸试验试件和60个抗剪强度试验试件。3.3.3侏罗系煤岩层物理力学性质测试结果晋华宫矿12#煤层2105巷顶板岩石单轴抗压强度测试结果见表3.12，破坏形式见图3.26；抗拉强度测试结果见表3.13，破坏效果见图3.27；抗剪强度测试结果见表3.14，关系曲线见图3.28，破坏形式见图3.29所示。表3.12晋华宫矿12#煤层2105巷顶板岩石单轴抗

6、压强度测试结果地点岩性编号高度/mm直径/mm质量/g密度/kg/m3平均值/kg/m3弹性模量/GPa平均值/GPa单轴抗压强度/MPa平均值/MPa三分层细砂岩0193.751.5499.502559.132584.032.833.1944.1161.300293.451.4509.222627.503.0953.410392.851.3491.872565.463.6786.39二分层粉砂岩0194.651.5484.342457.852537.042.993.0949.0646.580294.851.2491.202516.10

7、3.1244.590391.551.2496.702637.173.1546.08一分层砂质泥岩0191.251.2489.132604.952627.622.352.7725.2825.990292.551.3522.602733.402.8833.580394.651.3497.532544.513.0619.12(a)砂质泥岩单轴抗压试验破坏形式(b)粉砂岩单轴抗压试验破坏形式(c)细沙岩单轴抗压试验破坏形式(d)细砂岩单轴抗压试验破坏形式(永定庄矿)图3.26大同矿区岩石单轴抗压强度试验破坏形式表3.13大同矿区岩石单轴抗拉强度

8、测试结果地点岩性编号高度/mm直径/mm破坏峰值/KN抗拉强度/MPa平均值/MPa三分层细砂岩012351.36.193.344.060222.151.27.744.360320.451.47.384.4