1-2岩石强度实验要点

2.2 实验测定内容

实验测定内容包括：（1）单向抗压强度；（2）单向抗拉强度；

（3）弹性模量；（4）泊松比；

（5）内聚力；（6）内摩擦角。

2.3 实验设备

（1）抗剪实验采用的仪器设备为：WE-60型万能材料试验机，见图2.1。

（2）抗压和变形实验采用的仪器设备为：

①WE-30型万能材料试验机，见图2.2；

②静态电阻应变仪（型号YJ-31）；

③电阻应变计（型号：BF120～10AA；电阻值：120.2±0.1欧姆；灵敏系数：

2.14±1%；级别：A），见图2.3。

（a）WE-60型万能材料试验机（b）抗剪夹具（变角剪）

图2.1 WE-60型万能材料试验机与抗剪夹具

图2.2 WE-30型万能材料试验机

（a）静态电阻应变仪（b）电阻应变计

图2.3 静态电阻应变仪与电阻应变计

（3）抗拉实验采用的实验设备为：WE-10型万能材料试验机（图2.4）。

（a）WE-10型万能材料试验机（b）抗拉夹具

图2.4 WE-10型万能材料试验机与抗拉夹具

2.4 测量工器具

（1）游标卡尺，精度为0.02mm；

（2）天平（最大量程1000g，精确值1g）；

（3）水平检测台。

2.5 实验采用标准

实验按照《中华人民共和国煤炭工业部标准》（1987-11-18 发布，1987-12-10实施）规定的“煤和岩石物理力学性质测定方法”进行实验测定，包括：MT-38-87煤和岩石物理力学性质测定的采样一般规定；

MT-44-87 煤和岩石单向抗压强度及软化系数测定方法；

MT-45-87煤和岩石变形参数测定方法；

MT-46-87 煤和岩石抗拉强度测定方法；

MT-47-87煤和岩石抗剪实验方法。

各项实验所需标准试样尺寸与最低数量见表2.1。

表2.1 各项实验所需标准式样尺寸与数量表

测定项目标准式样尺寸（cm）标准式样最低数量单向抗压强度直径5，高10 3个

变形参数直径5，高10 3个单向抗拉强度直径5，高2.5 3个

抗剪强度直径5，高10 5个

2.6岩样加工

为测定岩样的物理力学性质，首先要对原始岩样进行加工，使其符合测量标准，方可进行测定。首山一矿邮寄岩样共5块，其中煤样2块，分别为己15煤和煤，己15煤直接顶、底板和基本顶岩样各1块，图2.5为邮寄来的部分岩己16

、17

样。

（a）下位直接顶岩样（b）煤样

图2.5 首山一矿邮寄来的部分岩样

对岩样进行标准规格加工。岩样的钻取采用CS200型自动取芯机，加工后的岩样的直径约为50mm，运用岩石切割机对取芯后的岩样进行切割，用磨石机进行端面磨平，加工后岩样长度为100mm。岩样加工机械为，岩石自动取芯机、岩石切割机、磨石机或磨床，见图2.6。

（a）岩石自动取芯机（b）岩石切割机

（c）侧面双端面磨石机（d）正面双端面磨石机

图2.6 岩石自动取芯机、切割机与磨石机

提取到的岩芯如图2.7所示。

（a）岩石试样（b）己15煤岩芯

图2.7 提取到的部分岩芯

切割后岩样见图2.8。通过加工最后成形岩样为实验规程所要求的圆柱体，岩样各边长误差不超过-0.1～+0.3mm，两端不平行度不大于0.1mm。将岩样放在水平检测台上，用直角尺紧贴岩样垂直测边，要求两者之间无明显缝隙，所加工岩样表面光滑，没有明显缺陷（极个别数量不足岩样除外）。

（a）岩石试件（b）己15煤样试件

图2.8 加工后的部分岩样

2.7 岩样试验

2.7.1岩样抗剪试验

对加工后岩样进行抗剪强度测定。图2.9为用于做抗剪试验的岩样。在测定前，首先对岩样进行直径和长度的测量。测量直径与长度的工具为游标卡尺，其测量量程为300 mm ，精确度为0.02 mm 。

（a ）岩样试件 （b ）煤样试件

图2.9 做抗剪试验的部分岩样

对于抗剪强度的测定，岩石会表现出剪切破坏的性质。一般较坚硬的脆性岩石都能表现出拉伸破坏的性质。

（1）实验步骤

① 核对岩样名称和岩样编号，对岩样颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化度以及加工过程中出现的问题进行分析，从中选15个成型较好的进行编号，上位砂泥岩试件标号1-1～1-3，下位泥岩试件标号2-1～2-3，己

15

煤试件标号

3-1～3-3，下位己16、17煤试件标号4-1～4-3，上位细砂岩试件标号5-1～5-3；

② 在40°～60°范围内选择3个或5个以上的剪切角度。按照不同的剪切角度将岩样分组编号，并在岩样上画出剪切线；

③ 检查岩样加工精度，测量岩样尺寸，按剪切方向，高和直径各测量两次，取其算术平均值；

④ 选择压力机刻度盘时，一般应满足下式：

0max 00.20.8P P P << （2-1） 式中：max P 为预计最大破坏载荷，kN ；0P 为材料试验机度盘最大值，kN 。

⑤ 调整材料试验机刻度盘指针为零，使材料试验机处于工作状态。将已调好的变角剪切夹具下座放在材料试验机上，使其中心线与承压板中心线重合，装上岩样并安好夹具上座，调整承压板球形座，使变角剪切夹具受力均匀；

⑥ 夹具与岩样调整好后，以0.5～1.0MPa/s 的速度加载直至破坏。加载时，人员要离开工作台，保持一定距离并采取适当的保护措施。

图2.10为上位直接顶岩层的加载及破坏后岩样。

（a）加载（1-1）（b）破坏后试件（1-1）

图2.10 加载及破坏后的上位直接顶试件

（2）实验数据

通过对15个岩样试件的实验室抗剪强度测定，得到数据见表2.2。

表2.2岩样抗剪实验破坏载荷（kN）数据表

抗剪标号角度高度载荷正应力剪应力

上位砂泥

岩1-1 45 5.04 173 72.2 50.5 1-2 50 4.98 104 37.5 37.5 1-3 55 5.16 42 12.3 17.5

下位泥岩2-1 45 5.10 226 94.4 66.0 2-2 50 5.03 173 62.4 62.3 2-3 55 4.97 94 27.5 39.2

己15煤3-1 45 5.20 47 19.6 13.7 3-2 50 5.20 61 22.0 22.0 3-3 55 5.00 20 5.8 8.3

己16、17煤4-1 45 5.10 51 21.7 15.1 4-2 50 5.15 58 18.6 18.5 4-3 55 4.79 24 8.1 11.4

上位细砂

岩5-1 45 4.98 255 79.2 55.0 5-2 50 5.12 187 62.5 62.5 5-3 55 5.23 113 39.2 55.6

（3）岩样的抗剪实验计算及相关参数分析

岩样的抗剪实验如图2.11所示。岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的极限强度即剪切面上的切向应力。它是岩石力学性质中最重要的指标之一。

剪切破坏面AB上正应力σ和剪应力τ的计算。