巖石物理力學試驗及數據處理分析

(遼寧省東煤測試分析研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

引言

針對巖石物理力學性質，探討了巖石力學常規試驗的方法及數據處理技術，結合既有工程，分析了巖石抗壓、抗剪、抗拉和弱面摩擦試驗，并對數據處理，所得方法為巖石力學試驗及參數處理提供借鑒。

一、工程概況

研究區范圍沿線地形地貌是以剝蝕的殘積丘地貌為主要特征，相對高差一般在12～32m，僅在K22+000～K25+750范圍為低丘地貌，地形起伏是比較大，最大的相對高差是40m左右。此范圍內山丘地形狀態一般表現為不規則的條帶狀，并且地形剝蝕很強烈，在地表自然坡度分布在12～34°，局部山丘基巖露出。區域內沖溝地形一般不陡，沖溝量測寬度最大為300m，并且在沖溝內大量分布著農田、水塘。研究區范圍內總體地形地貌特征是：山丘地形起伏比較大，地貌型式多樣，地表水呈發育狀態，地形斷裂沖溝是交錯狀，凹凸起伏，整體為坡麓向山丘崗地、平原漸變過渡范圍。路線經過地區為湖南長沙為亞熱帶濕潤性季風條件，溫度適中，降雨量，四季分選。伴著日高度和角的差異性大，春天溫差變化大，夏初季節雨水很多，且高溫持久，而冬天嚴寒偏少。年平均溫度在16.2～17.2℃。全年是以1月份氣溫最冷，月平均溫度在4.1～5.0℃。最熱月份在7月，累計年平均溫度為29℃。研究范圍內風向是明顯的季節特征，冬天普遍為偏北風，夏季普遍為偏南風。年平均風速大約2.6米/秒，風速為3.3米/秒，最小風速為1.6米/秒。風速整體特征是在湘西北大于湘東南，在平原大于山地，全年僅以5月、7月的風最大。

二、礦區巖石的物理力學性質測試

（一）巖石物理性質試驗。礦區巖石物理性質實驗操作包含含水率、吸水性試驗、顆粒密度試驗和塊體密度試驗操作等。開展這一系列操作的目的是能夠更好地研究庫區巖樣物理性質和基本參數信息。巖石的基本物理性質參數信息如表1所示。根據表1數據信息發現1號巖石比較密實，總孔隙率小于1%，難于吸水，自然吸水率、飽和吸水率和天然含水率較少。

（二）巖石力學性質試驗。在具體操作的時候為了能夠更好地了解單軸壓縮條件下的巖石力學性質，就巖塊在干燥、飽和和自然狀態下的壓縮情況開展了變形試驗，結合試驗數據信息總結出巖石在三種不同狀態下的單軸抗壓強度和巖石軟化系數。六種編號類型巖石的抗壓強度分為干燥、自然、飽和三種類型，1號到6號對應的干燥強度分別為190.4MPa、110.18MPa、89.6MPa、163.8MPa、67.6MPa、223.72MPa；1號到6號對應的自然強度分別為140.3MPa、47.7MPa、45.43MPa、56.34MPa、48.56MPa、156.98MPa；1號到6號對應的飽和強度分別為127.56MPa、26.67MPa、41.65MPa、51.14MPa、28.6MPa、127.08MPa。1號到6號對應的軟化系數分別為0.67、0.24、0.46、0.31、0.42、0.56。（3）巖石破壞特點。在仔細觀察巖石試件被破壞過程可以將巖石的最終破壞形式分為以下幾種情況：第一，巖石一端呈現出破裂錐面形狀，在圓錐底部會產生沿著軸向的張烈破壞情況。第二，巖外表層會出現破碎的現象，在壓桿失穩的作用下破壞巖片，伴隨發生的還會出現較大的發聲。第三，巖樣在單一斷面剪切作用下出現嚴重的破壞問題。第四，巖樣沿著軸線的方向變化由此出現較多的破裂面，但是這種情況會貫穿到整個巖樣的剪切破壞面，這種剪切情況被認為是主剪切面。巖樣在出現主剪切面之后還會出現少量被破壞的現象，甚至還會掩蓋之前的剪切破壞面。

三、巖石力學參數工程處理

（一）巖體抗剪強度的弱化處理

在巖石工程穩定性研究中，巖石抗剪切強度指標是最為重要的采用指標。根據巖石的強度，普遍擬用費辛柯法、Hoek-Brown法、M.Georgi法、RMR分類法和工程經驗法等實用方法對巖石抗剪切強度進行弱化的工程處理。該研究成果主要運用在前兩種方法進行巖石的抗剪強度弱化處理。

（二）弱面C，φ 值的實驗數據處理

1.弱面粘結力的折算

巖體的軟弱面的粘聚力C值不是取決于試樣的尺寸值，僅取決于軟弱夾層的物理性質及其弱面的粗糙度，因此軟弱面的粘結力工程折減方法與巖體強度的工程折減方法完全不一樣，即按工程經驗值0.5來折減。

2.軟弱面的摩擦角折算

巖體軟弱面的內摩擦角φ 值不僅在于巖體的夾層性質，還取決于軟弱面本身的接觸粗糙度影響。按照實際經驗，對于巖體軟弱面的實驗測試值查表取適當的折減系數。

結語

總之，從我國各個礦區的發展實際情況來看，大多數的礦井都開始深入深部開采階段。但是受地質條件復雜的影響，一些礦井煤炭資源的開采開始面臨更多的問題。為了能夠解決煤炭資源開采可能遇到的一系列安全隱患問題，需要相關人員強化對地質采礦條件的深入研究。而煤層上的覆巖層性質是地質條件構成的重要因素，只有全面的掌握煤層上覆巖層的物理力學性質，才能夠更好地進行煤礦資源的開采。