不同粒度组分岩性对岩石抗拉强度的影响

张耀斌， 程紫华， 张 平

（1.华北理工大学矿业工程学院， 河北 唐山 063009； 2.河北省地矿局第三水文工程地质大队，河北 衡水 053099）

不同粒度组分岩性对岩石抗拉强度的影响

张耀斌1， 程紫华1， 张 平2

（1.华北理工大学矿业工程学院， 河北 唐山 063009； 2.河北省地矿局第三水文工程地质大队，河北 衡水 053099）

将利用华北地台古生代—新生代岩样点荷载试验数据反演成岩时期古应力条件。结果表明：抗拉强度最大的为基性岩浆岩，依次为海相石英砂岩、碳酸岩、泥质条带灰岩、黏土组成的页岩及粗砂岩；成岩期抗拉强度由所组成矿物强度、粒度组成、级配条件、应力条件及风化程度决定，但矿物组成相同的岩性在成岩期形成的岩石其抗拉强度不同，在成岩期受应力条件影响最大。

华北地台 地层层序 古应力 点荷载

1 华北地台岩性描述

华北地台区沉积有上古生界青白口系到新生界第四系比较完整的盖层，地层发育较为齐全，有太古宙岩石单元，中、新元古界，古生界，中生界和新生界。为分析华北地台不同岩性的抗拉强度，提供了华北地台典型地层的岩性组分，其岩性地层简述如表1所示。

表1 华北地台岩性简述表

表2 不同岩组点荷载试验数据（部分）

2 点荷载试验

点荷载试验［1-3］岩样取自柳江盆地从古生界到新生界各个系的岩层，岩样规格见表2。测定岩石的抗拉强度采用XD-2点荷载仪，测试遵循《建筑地基基础技术规范》（DB42/242—2003）。点荷载试验对试件尺寸及试验步骤符合以下规定：

1）采用岩芯试件作径向试验时，试件长度与直径之比不应小于1，试验中应将试件放入球圆锥之间，使上下锥端与试件直径两端紧密接触，量测加荷点间距。作轴向试验时，加载两点间距与距离之比宜为0.3～1.0，试验时将试件放入圆锥之间，量测加荷点间距及垂直于加荷方向的试件宽度。

2）采用方块体或不规则块体试件作试验时，加荷两点间距宜为30～50 mm，加荷两点间距与加荷平均宽度之比宜为0.3～1.0；试件长度不应小于加荷两点间距，试验时，接触点距试件自由端的距离不应小于加荷点间距的0.5倍。

3）在加荷过程中稳定地施加荷载，使试件在10～60 s内破坏，并记录破坏荷载。

4）试验结束后，应描述试件的破坏形态，破坏面贯穿整个试件并通过两个加荷点位有效试验。

5）计算及成果资料整理。按下公式P=CF计算试件破坏荷载。式中：P为试件破坏时总荷载，N；C为仪器标定系数；F为试件破坏时的油压表读数，MPa。按公式Af=DWf和De2=4Af/π计算试件的破坏面积和等效园直径的平方值。式中：Af为试件的破坏面面积，mm2；D为在试件破坏面上测量的两个加荷点之间的距离，mm；Wf为试件破坏面上垂直于加荷点连续的平均宽度，mm；De为等效圆直径，为面积与破坏面面积相等的圆的直径，mm。按公式Is=P/De2计算岩石试件的点荷载强度。式中：Is为试件点荷载强度，MPa；其余符号同前。

将以上数据统计整理出各个组岩性抗拉强度，如表3所示。

表3 不同岩性抗拉强度均值统计

3 结论

由表4统计分析可知，抗拉强度最大的为辉绿岩；依次为海相石英砂岩、碳酸岩、泥质条带灰岩、黏土组成的页岩及粗砂岩。

表4 不同岩性抗拉强度分类

成岩期抗拉强度由所组成矿物强度、粒度组成、级配条件、应力条件及风化程度决定，但矿物组成相同的岩性在成岩期形成的岩石其抗拉强度不同，在成岩期受最大影响来自应力条件。所以以上所得的抗拉强度组合也将代表当时古应力条件。

［1］ 成都地质学院工程地质研究室.XD-2型携带式点荷载仪简介［J］.成都地质学院学报，1983（1）：51-52.

［2］ 李强，林韵梅.不规则岩板受双点荷载的应力分析［J］.东北工学院学报，1987（3）：312-316.

［3］ 多功能数显点荷载仪［J］.港口工程，1987（3）：48.

（编辑：胡玉香）

Effect of Different Grain Size Fractions and Lithology on Tensile Strength of Rock

ZHANG Yaobin1，CHENG Zihua1，ZHANG Ping2
（1.North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063009；2.Hebei Provincial Bureau of Geology and Hydrogeology and Engineering Geology Third Brigade，Hengshui Hebei 053099）

This paper inverts the paleo-stress condition in the diagenetic stage using the data of North China Craton Paleozoic Cenozoic rock point load inversion.Results show that Mafic igneous rocks having maximum tensile strength successively are marine quartz sandstone，carbonate rock，shale zone limestone，the clay shale and gritstone.The tensile strength of the diagenetic stage is determined by the composition of mineral strength，grain size composition，gradation condition，stress condition and weathering degree.However，the tensile strength of the rock formed in the same rock is different in the formation of the rock，stress conditions are the most influential in the diagenetic stage.

North China Platform，stratigraphic sequence，paleo-stress，point load

P642

A

1672-1152（2016）05-0035-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.13

2016-08-30

张耀斌（1993—），男，大四在读，所学专业为固体矿产资源勘查。