岩石抗剪强度的检测与计算_杨占军.pdf
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1、岩石抗剪强度的检测与计算杨占军(河北省煤田地质局 新能源地质队,河北 邢台)摘 要:岩石抗剪强度指岩石抵抗剪切破坏的能力,在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。岩石抗剪强度的计算可以通过 软件作图法、几何画板软件作图法等方法,也可以通过长期工作实践中积累的大量作图法生成的岩石抗剪强度历史数据,建立岩石抗剪强度参数数据参考表,用以总结经验、指导岩石抗剪强度的计算与参考取值。同时,岩石抗剪强度的计算方式也适用于煤的抗剪强度计算。关键词:岩石;抗剪强度;计算;作图法;数据参考表中图分类号:;文献标识码:文章编号:()岩石的强度指岩石抵抗外力破坏的能力。岩石受力作用的破坏主要表现为压碎、拉断和剪切等
2、现象,故有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等表现形式。抗剪强度指岩石抵抗剪切破坏的能力,在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的强度。研究岩石抗剪强度的目的主要是为大坝、边坡和地下洞室等岩体稳定性分析提供抗剪强度参数。岩石一般是由一种矿物或几种矿物组成的,具有稳定外形的固态集合体或复合体。岩石抗剪强度包括内摩擦角和凝聚力两个重要参数,是工程设计的重要参考指标。岩石的凝聚力(也称为黏聚力、粘聚力或内聚力)指岩石内部矿物颗粒相互连接的作用力。岩石内部各矿物颗粒连接的结构类型有两类:结晶连接和胶结连接。结晶连接指矿物颗粒通过结晶作用相互嵌合在一起(常见于岩浆
3、岩与变质岩),这类连接使晶体颗粒紧密接触,岩石强度一般较大,抗风化、抗破坏的能力很强;而胶结连接指岩石矿物颗粒通过胶结物(包括硅质胶结、铁质胶结、钙质胶结和泥质胶结)连接在一起(常见于沉积岩),这种连接结构的岩石强度主要取决于胶结物及胶结类型(包括接触胶结、孔隙胶结和基底胶结)。一般来说,硅质胶结、铁质胶结、钙质胶结和泥质胶结的岩石强度依次降低。岩石内摩擦角指岩石破坏极限平衡时,剪切面上的正应力和内摩擦力形成的合力与该正应力形成的夹角,内摩擦角的正切函数就是斜率,也被称为摩擦系数,表示岩体在某一应力水平下剪切破坏需要克服的岩体内部颗粒摩擦力。著名的库伦定律是表达抗剪强度各参数关系的经典公式:。
4、为剪应力,为凝聚力,为正应力,为内摩擦角。在有效应力条件下,用抗剪强度减去摩擦强度,即得到凝聚力。也可以说,凝聚力是剪切破坏面没有任何正应力作用下的抗剪强度。岩石的抗剪强度反映岩石内部各颗粒间摩擦力与凝聚力。抗剪强度越高,岩石的凝聚力和内摩擦角越大,内摩擦角、凝聚力越大,岩石强度越高。对无黏性土而言,内摩擦角通常在 之间。岩石抗剪强度的计算可以通过手工坐标纸作图法、软件作图法、几何画板软件作图法等方法,也可以通过大量的作图法生成的岩石抗剪强度历史数据,建立岩石抗剪强度参数数据参考表,用以总结经验,指导未来的岩石抗剪强度的计算与参考取值。岩石抗剪强度的检测 依据标准 煤和岩石物理力学性质测定方法
5、 第 部分:煤和岩石抗剪强度测定方法。适用范围适用于煤和岩石抗剪强度测定。标准试件抗剪强度测定适用于能加工成标准试件的煤和岩石。抗剪强度的定义指煤或岩石试件的某截面在一定的法向应力作用下承受的最大剪应力。仪器设备钻石机、锯石机、磨石机或磨床;变角剪切夹具;游标卡尺、钢板尺;万能角度尺、百分表架及百分表;水平检测台;材料试验机。标准试件规格标准试件宜采用直径为 、高度为 的圆柱体试件。试件数量试件数量应根据试验条件及试验方式确定:当取DOI:10.13487/ki.imce.022887 个以上的剪切角度,每个角度下做 个试件的剪切试验时,所需试件最少为 个;当取 个剪切角度,每个角度下做 个试
6、件的剪切试验,取其算术平均值时,所需试件最少为 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,应增补试件数量,使偏离度不大于。测定步骤在 范围内选择 个或 个以上的剪切角度。启动材料试验机,施加 的压力,检查试件及变角夹具放置位置是否良好,若产生偏离需卸载重调。夹具与试件调整好后,以 的速度加载直至试件破坏。记录破坏载荷及加载过程中出现的现象。非干燥试件破坏后,应取出部分碎块立即用塑料袋封存,尽快测定含水率。数据计算单个试件剪切破坏面上的正应力 和剪应力 分别按式()和式()计算:()()式()和式()中:正应力,单位为兆帕();剪应力,单位为兆帕();试件剪断破
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