MT T 46-1987 煤和岩石三轴强度及变形测定方法.pdf

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1、中华人民共和国煤炭工业部部标准MT 46-87 煤和岩石三轴强度及变形测定方法代臀MT46 - 8 0 本标准适用于轴对称应力组合方式(102=(1)的三向应力条件下圆柱形煤和岩石试件强度与变lf特性的测定D向该试验可以得出确定强度包络线所需的数据，并可计算出内摩擦角与凝聚力。1 仪器、设备和材料1. 1 设备a. 钻石机，切石机.磨石机(或车床、磨床、镜床)。b 岩石三轴应力试验机或普通材料试验机附加三轴压力室及能保持侧向压力h稳定的侧向加压装i哇。试验机应设有球形座，并有足够的出力，每年必须检定次，其相对误差不能超过1%。压力室内t、F承压板硬度应不低于HRC58，不平度应小于0.02mm

2、，两承压板之一应带有球形座。1. 2 仪器a. 电阻应变仪或其他具有精度为0.001mm的测量变形的装置(如干分表、变形传感器及其固定支座)。b. 惠斯登电桥，万用表，高阻计。1. 3 材料a. 防油套:可采用各种能将试件与机油隔开的橡胶套、塑料套或薄铜套等。b. 粘结剂2502胶水、环氧树脂胶或其他类似性能的粘结剂。C. 防潮、防泊剂:环氧配胶、聚氯乙烯粘胶或聚乙烯缩醒胶。d. 电阻应变片z标距可选用3mmX 15 mm-3 mmX20 mm，电阻值约120Q。1. 4 检验t具I静标卡尺(精度0.02mm)，直角尺，水平检测台，百分表架及百分表。2 试件规格、加工精度、数量和含水状态2.

3、1 试件规格标准试件采用圆柱体，直径5士1:cm，高径比为2士O.2. 2. 2 试if层理般应和纵向加载方向垂直，其他方向应加以特别说明。2. 3 试件数量丰种状态下每组岩祥至少要选5个试件作不同侧压下的三轴试验。2. 4 试件的加工精度及含水状态等应符合MT44- 87 煤和岩石单向抗压强度及软化系数测定方法中2.2及2.1条的规定。3 试验步骤3. 1 试验前核对岩石名称和岩样编号，对试件的颜色、颗粒层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态、加载方向以及加工过程中出现的问题等进行描述，并填入记录表内。3. 2 测最试件的直径与高度直径应在试件高度方向的中部两个互相垂直的方向上测量，取其算术、

4、F均值。中华人民共和国煤炭工业部1987.11.18发布1987.12.10实施52 MT 46-87 3. 3 匍压力的选择侧压力应在所研究的范围内根据实际情况选定。例如可根据岩层在矿井中所处的深度或原岩应力状况来选择侧压力范围。3. 4 选择材料试验机度盘时一般应满足下式2。.2Po Pm 8. X O. 8Po ( 1 ) 式中:l max 预计最大破坏载荷，kN;P, 材料试验机度盘最大值，剧。3. 5 试件安装拭净上、下垫块端面，将试件宣于上、下垫块间使三者中心成一直线。再将试件与垫块套上防油套，用橡皮筋或密封带等封闭试件(见图l)。必要时防泊套与上、下垫块的接口处可涂上聚氯乙烯粘胶

5、以增强封闭效果。然后将下部垫块置于压力室底座中心，上好压力室顶盖活塞。再将放好试件的压力室，琶于材料试验机上、下加压板之间，并使压力室轴线与上、下加压板轴线相重合。开动材料试验机.略加几百牛顿的纵向压力，以固定试件。然后打开压力室的排气孔，启动油泵，向压力室注汹，当压力室空气排净后拧紧排气孔。3. 6 加载图l试件安装图1一上垫块，2一橡胶环，3防袖胶套，4 电阻应变片，5一试件s6橡胶环，7一下垫块;8 电阻片引线缓慢施加侧向压力到指定值，稳定数分钟，使侧压力保持恒定，变动范围不应超过选定值的士2%。此时可调整电阻应变仪读数使之为零，作为应变测量的起始点。然后再以0.5-)，0 MPa/s的

6、稳定加载速率施加纵向载荷直至试件破坏，记下破坏载荷值。卸载后取出试件，记录其破坏状况。必要时可量取破坏面与叫作用丽的夹角(如图2所示)。53 MT 46一-87。13 . =- U, 且图2做变形试验时，可按一定荷级测记一次变形值。有条件采用自动记录方式时，可一次连续加载到试件破坏。3. 7 变形测定试件的纵向和横向变形的测量可采用电阻应变法，或其他精度为0.001mm以上的变形测定装置(参看MT45- 87 (煤和岩石变形参数测定方法注)。用电阻应变法测定变形时，电阻应变片粘贴和防潮处理按MT45-87第2章和第3章的规定进行。3. 8 般采用半桥连接方式的测量桥路(如图3所示A D. 测量

7、片B .ID 补偿片c D. 图3变形测量半桥接线图在间一测量桥路中，补偿片与测量片的电阻值之差不应大于0.5Qo补偿片应粘贴在与被测试件同种材料上，用防油套套好浸没在置于压力室附近的油盆内，汹盆内放置与压力室同样的液压油。4 试验结果计算与整理4. 1 试验结果计算某一定侧压力作用下的岩石抗压强度按下式计算z10P 1 m . ，二十r. ( 2 ) 】mo，在某一定侧压力作用下的岩石抗压强度，MPaoP一纵向破坏载荷，kN;F 受压试件初始截面积，crn4. 2绘制应力应变曲线以主应力差(l叽)为纵坐标，纵向应变或横向应变为横坐标，绘制主应力差与纵向或横向应变的关系曲线，在每根曲线上标出侧

8、向压力值矶(如图4)。54 MT 46-87 耐WAhE)【b-bv， (， ) 增大应力妇应变关系曲线图4纵向应力计算公式=. ( 3 ) 10P ，-F 式中z叫纵向应力，MPajP 纵向载荷，kN;F 试件初始截面积，cm2 0 计算内摩擦角和凝聚力C4. 3. 1 以侧压力，为横坐标，纵向抗压强度1m.x为纵坐标，将同组试件的侧压力与纵向抗压强度的关系在图上标出(图5)。(MPa) I maX 4. 3 / e/ Jq 牙1l-J 3UU :w J(J 3 (M PH) 图5侧压力与纵向抗压强度关系曲线4.3.2 通过上述各点绘制平均曲线，再从实际情况出发，在曲线上选取最适当的线段绘一

9、条直线或在曲线上选取不同的线段绘出几条直线。对每条直线都要计算出它们的斜率阳和Y轴上的截距b(注意:当纵坐标与横坐标采用的比例不同时，不能直接从图上量取角度取得m值，而必须通过计算求得)。各段直线方程的表达式为z55 61) 讪JO :IU 2(J J(J MT 46-87 ，=b斗m3.( 4 ) b ，m可用F式计算:、气frH ; /r _飞Fn飞，.，.1b二丁可;:;zzv3 . . . .( 5 ) ZrFzZ-n1仔1m=飞革方丁主言. . . . . . .( 6 ) w且l该在线段l坷的点数(T 1 ，叫分别为该直线段内各点相对应的纵向抗压强度与侧向压力值。4. 3. 3 利

10、用参数m和b，根据下列公式，计算内摩擦角和凝聚力c 4. 4 绘制摩尔圆及其包络线ml = arc Sln一一一. ( 7 ) m+ 1 C二bl二豆业. ( 8 ) 2cos 当要求提供强度曲线时，可用下列方法绘制摩尔圆及其包络线。取纵、横坐标比例相同的坐标纸.采用以压应力为正的直角坐标系，按不同的侧压力町及相应的纵向抗压强度l绘出摩尔圆族。画摩尔圆时，可先根据实际情况在所研究的范围内选定35个叫值，然后运用该组哺通过的直线方lIlu，b+m哺出相对应的矶，以(咛坠，叫圆心，(吁旦)为半径绘出一组摩尔圆及其包络线，此包络线即为该组岩石的强度曲线，包络线在Y轴上的截距为凝聚;J C ，与X轴的

11、夹角为内摩擦角。, , 尔应力圄j l U, U, ， 2 。L+ a. U, 图6摩尔圆及其包络线56 MT 46-87 附录A试验数据整理方法(补充件由于岩石的不均质性与不连续性，岩石三轴试验的结果往往呈现较大的分散性。当采用上述方法整理出直线方程z二b+m叭，其相关系数太小(例如小于O.8)时，可根据具体情况，作如下处理zA. 1 根据试件的初始条件及试验过程中的异常情况，舍弃可疑的数据或个别的异常值，然后再绘制矶的关系曲线。A.2 将应有得出的町，按其偏大、偏小值分为两族，分别绘制两条th关系曲线及摩尔圆包络线，其中4条代表岩石强度的上限，另一条代表下限，然后根据作试验的具体目的分别选

12、用上限或下限。57 送样单位:岩苦f试试件描述样石件试试编名编验验 称号前后J 试验z58 MT 4日一-87附录B三轴压缩试验记录表(参考件采样地点:试试试件尺寸件件试件截Z圭吉cm 面积F力在方状cm 再I英1U4 高直径计算2试验日期:纵向抗侧向压纵向破压强度坏载荷!主力u，备注lma P,kN MPa MPa 校核z试送祥单位.采祥地点=岩石名称:岩样编号2试件编号试件描述1字号试验.附加说明:pt , kN 1片MT 46-87 附录c三轴变形试验记录表(参考件)试f中直径:cm 试件高度;cm 试件截面积zcm2 试件含水状态:侧向压应力，kN 纵向应变(J 横向应变I:d(Jl.)向应2片3片平均l片2片3片平均MPa 计算校核本标准由煤炭科学研究院北京开采研究所起草.本标准主要起草人潘清莲。本标准于1980年首次发布。本标准委托煤炭科学研究院北京开采研究所负责解释。， - u. 备注MPa 59