煤和岩石抗剪试验方法

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1、煤和岩石抗剪试验方法本方法适用于能加工成规则试件的煤和岩石抗剪试验。用试验结果绘制正应力σ与剪应力τ的关系曲线，求得煤或岩石的内磨擦角φ和凝聚力C。1.1设备、量具a.材料试验机；b.岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床；c.变角剪切夹具（图1）。d.游标卡尺，精度0.02mm；e.钢板尺；f.直角尺；g.百分表架；h.百分表；i.水平检测台。1.2试件规格、加工精度、数量和含水状态a.标准试件采用正立方体，规格5cm×5cm×5cm。b.试件各边长公差不得超过。c.两端面不不平行度不大于0.1mm。d.将试件放在水平检测台上

2、，用直角尺紧贴试件垂直侧边，要求两者之间无明显缝隙。e.试件数量应根据试验方式确定，当取5个以上的剪切角度，每个角度下作1个试件的剪切试验时，所需试件最低数量为5个；当取3个剪切角度，每个角度下3个试件的剪切试验，取其算术平均值时，所需试件最低数量为9个。当采取第二种试验方式时，在计算平均值的同时，应计算偏离度。若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。f.试件含水状态按《煤和岩石单向抗压强度及软化系数测定方法》第2.4条规定执行。1.3试验步骤a.核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风

3、化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表内。b.在45°～65°范围内选择3个或5个以上剪切角度。按照不同的剪切角度将试件分组编号，并在试件上画出剪切线。c.检查试件加工精度，测量试件尺寸，按剪切方向长、宽各测量二次，取算术平均值，填入记录表内。d.选择压力机度盘时，一般应满足下式：0.2P0

4、0.5～1.0MPa/s的速度加载直至破坏。g.对试件破坏情况进行描述或摄影1.4试验结果计算和数据整理图1变角剪切夹具1-钢垫板；2-变角剪切夹具上座；3-规则试件；4-变角剪切夹具下座；5-滚柱a.单个试件切破坏面AB上的正应力σ和剪应力τ按下式计算：……………………………………（2）……………………………………（3）式中：——正应力，MPa；τ——剪应力，MPa；P——试件剪断破坏载荷，kN；F——剪切面面积，cm2；α——试件与水平面的夹角。b.每个剪切角度下试件破坏时剪切面上平均正应力和剪应力按下式计算：…………………

5、………………………（4）…………………………………………（5）式中：——每个剪切角度下第i个试件破坏时，剪切面上的正应力，MPa；——每个剪切角度下第i个试件破坏时，剪切面上的剪应力，MPa；n——每个剪切角度下一组试件的个数。c.绘制岩石强度曲线将各测定角度下的平均正应力和平均剪应力值画在直角坐标系中，用曲线板连成曲线（如图2所示）。A、B、C、D各点分别为不同角度下的平均测值。为便于工程上的应用，可将岩石强度曲线简化为直线，简化后可用下列方程表示：……………………………………（10）式中：C——岩石强度曲线在τ轴上的截距，即

6、岩石的凝聚力；φ——岩石强度曲线的倾角，即岩石的内摩擦角。图2岩石剪切强度曲线注：当测定角度在5个以上，每个测角下只作一个试件的剪切试验时，τ-σ直角坐标上所标各点为各测角下单个试件的测值。岩石强度曲线的简化方法：在曲线上之A、B、C、D…各点间试作直线，使该直线通过的点为最多，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，各点距直线距离最小，该直线即为反映试验结果的最佳直线。d.C和φ值的计算：在简化后的直线上任意取1点和2点（如图2中所示），求出剪应力和正应力和代入下面公式，即可求出C和φ值。…………………………………（11）……

7、……………………………（12）C值计算结果取到小数点后一位，φ最小位数取到分。岩石抗剪试验记录表测定日期：岩石名称试件名称试件描述试件尺寸cm剪切面积Fcm2剪切角度α度破坏载荷PkN最大正应力σMPa最大剪应力τMPa平均最大正应力MPa平均最大剪应力MPa备注测定前测定后长宽内摩擦角φ=凝聚力C=测定：计算：