饱和破碎岩石压实变形特性的试验研究

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1、第24卷第7期岩石力学与工程学报Vol.24No.72005年4月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringApril，2005饱和破碎岩石压实变形特性的试验研究马占国，郭广礼，陈荣华，茅献彪(中国矿业大学理学院，江苏徐州221008)摘要：破碎岩石的变形性质是影响采空区覆岩垮落与地表沉陷的重要因素。利用一种专门的破碎岩石压实试验装置，在MTS815.02岩石力学试验系统上完成了饱和破碎岩石压实过程中的变形特性测定，得到了煤、页岩和砂岩3种岩样压实过程中的应力–应变关系，分析了粒径和强度对破碎岩石应力–应变特性的影响。研究结果表明：破碎岩石

2、在压实过程中应力与应变之间近似呈指数关系；在相同的应力状态下，岩块强度越高试样应变越小；大粒径试样在加载初期应变增长率小于小粒径试样的应变增长率，随着应力的增加，大粒径试样的应变增长率大于小粒径岩样的应变增长率；饱和破碎岩石在相同的应力状态下的应变明显比在自然含水状态下大。关键词：岩石力学；饱和；破碎岩石；压实；变形；试验中图分类号：TU458文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)07–1139–06ANEXPERIMENTALSTUDYONTHECOMPACTIONOFWATER-SATURATEDOVER-BROKENROCKMAZhan-guo，GUOGuang

3、-li，CHENRong-hua，MAOXian-biao(SchoolofScience，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China)Abstract：Thedeformationcharactersofthebrokenrocksaretheimportantfactorsthataffecttheroofcavingandsurfacesubsidenceabovegoafincoalmining.Withacompactiondevice，especiallydesignedforbrokenrocks，th

4、edeformationcharactertestsofwater-saturatedthreebrokenrocksamples(coal，shaleandsandstone)weretestedinaMTS815.02testsystem.Itwasfoundthatstress-strainpropertiesofthesamplesofbrokenrocksdependongrainsizeandrockstrength.Theresultsshowthatthestress-strainrelationcanbeapproximatedasapowerfunction.In

5、addition,thestrainsofspecimensdecreasewiththeincreaseofstrengthunderthesamestressconditions，thestrainincreaseofcoursegrainedspecimensissmallerthanthatoffinegrainedspecimensinthefirstperiodofloadingprocess，andthewater-suturedbrokenrockspecimensundertakelargerstainsthantherockspecimenofnaturalwat

6、ercontentunderthesamelevelofstress.Thesetestdataareusefulforfurtherstudy.Keywords：rockmechanics；saturation；over-brokenrock；compaction；deformation；test石在覆岩的压力下，发生变形，产生应力，对覆岩1引言起支撑作用。饱和破碎岩石的变形特性与自然含水状态的岩石存在显著差别。水饱和使破碎岩石对覆在地下开采等岩土工程中，常遇到破碎岩石的岩的支撑作用减弱，造成地表沉陷加剧。由于掌握压实承载问题。如采空区堆积的破碎岩石对上覆岩了饱和破碎岩石的变形特性

7、，便能依此来分析覆岩[1][2]层的作用直接影响岩层移动和地表沉陷。破碎岩的沉降量(或地表沉陷)，并为覆岩注浆减沉和采空收稿日期：2003–11–08；修回日期：2004–02–05基金项目：国家自然科学基金资助项目(50004008)；国家杰出青年科学基金资助项目(50225414)作者简介：马占国(1972–)，男，2003年于中国矿业大学获硕士学位，现为讲师、博士研究生，主要从事采动岩体力学方面的教学与研究工作。E-mail：zgma@cumt.ed