岩石物理力学试验及数据处理分析

(辽宁省东煤测试分析研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

引言

针对岩石物理力学性质，探讨了岩石力学常规试验的方法及数据处理技术，结合既有工程，分析了岩石抗压、抗剪、抗拉和弱面摩擦试验，并对数据处理，所得方法为岩石力学试验及参数处理提供借鉴。

一、工程概况

研究区范围沿线地形地貌是以剥蚀的残积丘地貌为主要特征，相对高差一般在12～32m，仅在K22+000～K25+750范围为低丘地貌，地形起伏是比较大，最大的相对高差是40m左右。此范围内山丘地形状态一般表现为不规则的条带状，并且地形剥蚀很强烈，在地表自然坡度分布在12～34°，局部山丘基岩露出。区域内冲沟地形一般不陡，冲沟量测宽度最大为300m，并且在冲沟内大量分布着农田、水塘。研究区范围内总体地形地貌特征是：山丘地形起伏比较大，地貌型式多样，地表水呈发育状态，地形断裂冲沟是交错状，凹凸起伏，整体为坡麓向山丘岗地、平原渐变过渡范围。路线经过地区为湖南长沙为亚热带湿润性季风条件，温度适中，降雨量，四季分选。伴着日高度和角的差异性大，春天温差变化大，夏初季节雨水很多，且高温持久，而冬天严寒偏少。年平均温度在16.2～17.2℃。全年是以1月份气温最冷，月平均温度在4.1～5.0℃。最热月份在7月，累计年平均温度为29℃。研究范围内风向是明显的季节特征，冬天普遍为偏北风，夏季普遍为偏南风。年平均风速大约2.6米/秒，风速为3.3米/秒，最小风速为1.6米/秒。风速整体特征是在湘西北大于湘东南，在平原大于山地，全年仅以5月、7月的风最大。

二、矿区岩石的物理力学性质测试

（一）岩石物理性质试验。矿区岩石物理性质实验操作包含含水率、吸水性试验、颗粒密度试验和块体密度试验操作等。开展这一系列操作的目的是能够更好地研究库区岩样物理性质和基本参数信息。岩石的基本物理性质参数信息如表1所示。根据表1数据信息发现1号岩石比较密实，总孔隙率小于1%，难于吸水，自然吸水率、饱和吸水率和天然含水率较少。

（二）岩石力学性质试验。在具体操作的时候为了能够更好地了解单轴压缩条件下的岩石力学性质，就岩块在干燥、饱和和自然状态下的压缩情况开展了变形试验，结合试验数据信息总结出岩石在三种不同状态下的单轴抗压强度和岩石软化系数。六种编号类型岩石的抗压强度分为干燥、自然、饱和三种类型，1号到6号对应的干燥强度分别为190.4MPa、110.18MPa、89.6MPa、163.8MPa、67.6MPa、223.72MPa；1号到6号对应的自然强度分别为140.3MPa、47.7MPa、45.43MPa、56.34MPa、48.56MPa、156.98MPa；1号到6号对应的饱和强度分别为127.56MPa、26.67MPa、41.65MPa、51.14MPa、28.6MPa、127.08MPa。1号到6号对应的软化系数分别为0.67、0.24、0.46、0.31、0.42、0.56。（3）岩石破坏特点。在仔细观察岩石试件被破坏过程可以将岩石的最终破坏形式分为以下几种情况：第一，岩石一端呈现出破裂锥面形状，在圆锥底部会产生沿着轴向的张烈破坏情况。第二，岩外表层会出现破碎的现象，在压杆失稳的作用下破坏岩片，伴随发生的还会出现较大的发声。第三，岩样在单一断面剪切作用下出现严重的破坏问题。第四，岩样沿着轴线的方向变化由此出现较多的破裂面，但是这种情况会贯穿到整个岩样的剪切破坏面，这种剪切情况被认为是主剪切面。岩样在出现主剪切面之后还会出现少量被破坏的现象，甚至还会掩盖之前的剪切破坏面。

三、岩石力学参数工程处理

（一）岩体抗剪强度的弱化处理

在岩石工程稳定性研究中，岩石抗剪切强度指标是最为重要的采用指标。根据岩石的强度，普遍拟用费辛柯法、Hoek-Brown法、M.Georgi法、RMR分类法和工程经验法等实用方法对岩石抗剪切强度进行弱化的工程处理。该研究成果主要运用在前两种方法进行岩石的抗剪强度弱化处理。

（二）弱面C，φ 值的实验数据处理

1.弱面粘结力的折算

岩体的软弱面的粘聚力C值不是取决于试样的尺寸值，仅取决于软弱夹层的物理性质及其弱面的粗糙度，因此软弱面的粘结力工程折减方法与岩体强度的工程折减方法完全不一样，即按工程经验值0.5来折减。

2.软弱面的摩擦角折算

岩体软弱面的内摩擦角φ 值不仅在于岩体的夹层性质，还取决于软弱面本身的接触粗糙度影响。按照实际经验，对于岩体软弱面的实验测试值查表取适当的折减系数。

结语

总之，从我国各个矿区的发展实际情况来看，大多数的矿井都开始深入深部开采阶段。但是受地质条件复杂的影响，一些矿井煤炭资源的开采开始面临更多的问题。为了能够解决煤炭资源开采可能遇到的一系列安全隐患问题，需要相关人员强化对地质采矿条件的深入研究。而煤层上的覆岩层性质是地质条件构成的重要因素，只有全面的掌握煤层上覆岩层的物理力学性质，才能够更好地进行煤矿资源的开采。