基础物理力学试验

1.1 基础物理力学试验研究

为了对矿区岩体的稳定性有充分的了解，同时也为深部采矿设计优化提供基础依据，必须对矿山开展工程地质与水文地质调查，全面掌握矿区内节理裂隙的分布情况，在此基础上在矿山的矿体及上、下盘围岩和各个开采中段进行岩石试样采集，开展专门的岩石力学室内试验，以获取矿体上、下盘及各个开采中段岩体的抗压强度、泊松比、弹性模量等岩体物理力学参数。

本次试验通过对三山岛矿区岩石试件开展各种力学实验，主要目的是测量和计算岩石的物理力学基本参数，为后续的数值模拟以及岩爆预测研究提供基础依据。

选取有代表性的岩石用于物理力学试验共计六组，A 组为角闪英云闪长岩，B 组为二长花岗岩，C 组为黑云变粒岩，D 组为绢英岩化花岗岩，E 组为绢英岩，F 组为下盘花岗岩。

涉及的试验项目有：（1）岩石密度及孔隙率试验；（2）岩石巴西劈裂试验；（3）岩石单轴压缩及变形试验；（4）岩石变角剪切试验；（5）岩石单轴压缩加、卸载循环试验；（6）岩石声波速度实验。矿岩物理力学试验测定的参数主要有：密度（0ρ）、抗拉强度（t σ）、单轴抗压强度（c σ）、弹性模量（E ）、泊松比（μ）、内摩擦角（φ）、粘聚力（C ）。

试验参照中华人民共和国水利部有关标准进行。 1.1.1 岩石密度测试

（1）试验目的 测定岩石的密度。 （2）试验方法

采用量积法测定岩石的密度，步骤如下：

1）试件准备制备规则的半径为48～54mm 的圆柱体；

2）测量试件两端和中间三个断面上相互垂直的两个方向的直径或边长，按平均值计算截面积；

3）测量两端面周边上对称四点和中心点处的高度，计算高度平均值； 4）称试件在天然状态下的质量；

5）将试件烘干并进行自由吸水和强制饱和； 6）长度测量精确至0.0lmrn ，称量精确至0.01g 。 （3）仪器设备

JA31002型电子天平，天平最大称量3000g ，感量10mg ，卡尺。 （4）计算公式

岩石密度用体积密度法，计算公式：

V

M 0

0=

ρ (2-13) 式中：ρ0—为试件的天然密度，g/cm 3；

M 0—为试样的天然质量，g ； V —试件体积，cm 3。

密度、吸水率试验计算结果见表2-11和表2-12。

表2-11岩石密度试验计算

试验号No

直径

D/mm

高度

H/mm

自然干燥质

量M0 /g

烘干质量

M d /g

饱和质量

M w/g

自然干燥密度

ρ0/(g·cm-3)

烘干密度

ρd(g·cm-3)

饱和密度

ρw(g·cm-3)

自然含水率

w0/%

饱和吸水率

w a/%

A4-1 45.96 92.69 473.51 473.39 3.079 3.078 0.03

A4-2 46.01 92.36 459.5 459.31 2.992 2.991 0.04

A4-3 45.93 91.91 415.96 415.31 2.732 2.727 0.16

平均 2.934 2.932 0.07

A8-1 45.98 91.48 463.33 462.96 463.73 3.050 3.048 3.053 0.08 0.17 A8-2 45.91 91.37 410.47 410.26 410.8 2.714 2.712 2.716 0.05 0.13 A8-3 46.03 91.68 439.64 439.11 440.09 2.882 2.878 2.885 0.12 0.22 平均 2.882 2.879 2.885 0.08 0.17 B4-1 46.56 92.47 391.81 391.27 2.489 2.485 0.14

B4-2 45.8 92.22 388.98 388.27 2.560 2.556 0.18

B4-3 45.77 91.33 389.58 389.05 2.823 2.589 0.14

平均 2.627 2.543 0.15

B8-1 45.56 91.785 386.99 386.45 388.31 2.586 2.583 2.595 0.14 0.48 B8-2 45.61 90.74 386.15 385.66 387.75 2.605 2.601 2.615 0.13 0.54 B8-3 45.76 92.83 395.22 394.53 397.52 2.589 2.584 2.604 0.17 0.76 平均 2.593 2.589 2.605 0.15 0.59 C4-1 45.73 91.65 411.48 411.28 2.734 2.732 0.05

C4-2 45.79 93.56 416.75 416.66 2.705 2.704 0.02

C4-3 45.8 91.89 410.43 410.3 2.711 2.710 0.03

平均 2.717 2.716 0.03

C8-1 45.76 93.22 409.16 409.08 409.4 2.669 2.668 2.670 0.02 0.08 C8-2 45.82 91.48 407.92 407.8 408.13 2.704 2.703 2.706 0.03 0.08 C8-3 46.21 92.07 419.86 419.8 419.92 2.719 2.719 2.719 0.01 0.03 平均 2.697 2.697 2.699 0.02 0.06

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表2-12岩石密度试验计算表

试验号No

直径

D/mm

高度

H/mm

自然干燥质

量M0 /g

烘干质量

M d /g

饱和质量

M w/g

自然干燥密度

ρ0/(g·cm-3)

烘干密度

ρd/(g·cm-3)

饱和密度

ρw/(g·cm-3)

自然含水率

w0/ %

饱和吸水率

w a/ %

D4-1 48.89 92.43 449.73 449.3 2.592 2.589 0.10

D4-2 49.06 92.56 451.22 450.82 2.579 2.577 0.09

D4-3 49.17 92.26 446.01 445.47 2.546 2.543 0.12

平均 2.572 2.570 0.10

D8-1 49.15 93.33 453.61 453.18 454.75 2.562 2.559 2.568 0.09 0.35 D8-2 48.91 92.34 452.08 451.56 453.25 2.606 2.603 2.613 0.12 0.37 D8-3 49.02 92.87 448.46 448.02 451.33 2.559 2.556 2.575 0.10 0.74 平均 2.575 2.573 2.585 0.10 0.49 E4-1 46.42 92.41 416.47 416.32 2.663 2.662 0.04

E4-2 46.47 91.72 413 412.85 2.655 2.654 0.04

E4-3 45.92 92.73 416.67 416.52 2.713 2.712 0.04

平均 2.677 2.676 0.04

E8-1 45.87 91.62 411.93 411.77 412.18 2.721 2.720 2.722 0.04 0.10 E8-2 46.15 92.34 416.4 416.3 416.52 2.696 2.695 2.697 0.02 0.05 E8-3 46.18 91.62 418.52 418.38 418.76 2.727 2.726 2.729 0.03 0.09 平均 2.715 2.714 2.716 0.03 0.08 F4-1 45.78 91.95 396.16 395.87 2.617 2.616 0.07

F4-2 45.86 90.35 385.8 385.46 2.585 2.583 0.09

F4-3 46.21 91.79 395.56 395.2 2.570 2.567 0.09

平均 2.591 2.589 0.08

F8-1 45.96 90.73 395.34 394.75 396.32 2.626 2.623 2.633 0.15 0.40 F8-2 46.03 92.07 397.1 396.76 397.62 2.592 2.590 2.595 0.09 0.22 F8-3 45.66 93.63 401.01 400.85 401.38 2.616 2.615 2.618 0.04 0.13 平均 2.611 2.609 2.615 0.09 0.25

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