岩石物理性质对单轴抗压强度的影响分析

2013-08-14陈法彬周爱武

河南科技 2013年14期

陈法彬周爱武

(江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州 221006)

岩石单轴抗压强度就是岩石在无侧限条件下，受轴向载荷达到破坏的极限值，在数值上等于破坏时的最大压应力，为岩石最为重要的力学参数之一。岩石抗压强度通常在实验室内用压力机测得。岩石抗压强度的影响因素很多，例如岩石的生成条件、风化状况、取样条件、试件加工因素、及实验仪器及人为误差等;除上述因素外，岩石本身的物理性质如岩石的块体密度、孔隙率及胶结方式也与其抗压强度有着密切关系，本文主要以大南湖矿区岩样为例，探讨岩石抗压强度与其物理性质之间的关系。

1 试件制备

大南湖矿区选取的试验样品为地质钻孔芯样，岩心直径约5cm，岩性以砂质泥岩、粉砂岩、砂砾岩及细粒砂岩为主，无明显裂隙或解理发育，多为水平层理，产状近水平，无风化，均质性较好，现场采样后及时进行了蜡封，并在运输过程中避免剧烈震荡，故在同一试验条件下，影响抗压强度的其他因素可以得到很好控制。

单轴抗压强度的加工尺寸为Φ50mm×100mm的圆柱体，并用同批试件通过量积法进行块体密度测试，并用破碎机、制样机及分样筛制取岩石颗粒，利用比重瓶法测试岩石颗粒密度，以便计算岩石孔隙率。

2 试验过程与结果

2.1 单轴抗压强度测试

将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使两端面接触均匀;以每秒0.5MPa的速度加荷至试件破坏，记录破坏载荷。

2.2 块体密度测试

ρ——岩石块体密度(g/mm3);

M——试件质量(g);

V——试件体积(mm3)。

2.3 孔隙率测试

首先比重瓶法测定岩石颗粒密度及岩石的自然含水率，利用一下公式测定岩石的孔隙率:

n——岩石孔隙率;

ρk——岩石颗粒密度(g/mm3);

ρ——岩石块体密度(g/mm3);

2.4 岩石单轴抗压强度试验结果及物理性质描述结果如表1所示:

表1 岩石物理性质描述及强度测试结果

序号岩性胶结物胶结方式块体密度孔隙率抗压强度(Kg/m3)(%) (MPa)4 细粒砂岩硅质基底胶结2548 4.29 121.2 5 细粒砂岩泥质孔隙胶结2418 9.94 40.7 6 砂砾岩泥质基底胶结2601 5.02 60.0 7 沙质泥岩钙质孔隙胶结2291 12.71 47.0 8 沙质泥岩泥质孔隙胶结2340 11.01 43.1 9 沙质泥岩泥质孔隙胶结2296 13.59 35.9 10 沙质泥岩泥质孔隙胶结2301 13.41 42.0 11 沙质泥岩钙质孔隙胶结2378 11.92 54.8 12 细粒砂岩泥质孔隙胶结2330 13.09 34.7 13 沙质泥岩泥质接触胶结2104 18.65 13.6…… …… …… …… …… …… ……

3 试验结果分析

3.1 岩石胶结状况与抗压强度的关系

通过该矿区岩石物理性质及单轴抗压强度结果对比可以看出，沉积岩类的胶结状况与其强度有着密切关系，首先从胶结物成分方面可以看出，硅质胶结的岩石抗压强度最高，而泥质胶结的岩石抗压强度最低，钙质胶结的岩石强度介于硅质与泥质胶结岩石之间;就胶结方式而言，基底胶结的沉积岩石由于其颗粒之间的接触面积较大，岩石较为致密，故而抗压强度最大，孔隙胶结的岩石强度次之，接触胶结的岩石抗压强度最小，多为软岩类。