煤礦技術(shù)人員培訓(xùn)講(編輯修改稿)
2025-02-02 15:26 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓強(qiáng)度 雙向抗壓強(qiáng)度 單向抗壓強(qiáng)度 抗 剪強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度 單向抗拉強(qiáng)度。 巖石的破壞機(jī)理和強(qiáng)度理論 巖石的破壞機(jī)理：任何材料的破壞，從不同部分散離的狀態(tài)來(lái)看，不外是兩種，即產(chǎn)生散離的部分互相遠(yuǎn)離或錯(cuò)開，所以物體的破壞機(jī)理歸結(jié)到底只有兩種：即拉斷和剪切。因此巖石的破壞從其機(jī)理上來(lái)說(shuō)也只有拉壞和剪壞，而通常所說(shuō)的巖石被“壓壞”，從力學(xué)分析來(lái)看，實(shí)質(zhì)上是不存在的。 巖石的強(qiáng)度理論：研究巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞原因、規(guī)律及其強(qiáng)度條件的理論。目前已提出的有很多，下面是兩種較常用的巖石強(qiáng)度理論。 莫爾強(qiáng)度理論：認(rèn)為材料發(fā)生破壞主要是由于破 壞面上的剪應(yīng)力達(dá)到一定限度的緣故，這個(gè)剪應(yīng)力除了與材料本身性質(zhì)有關(guān)外，還與破壞面上由于正應(yīng)力造成的磨擦阻力有關(guān)。即破壞不僅取決于剪應(yīng)力，同時(shí)也取決于正應(yīng)力。 格里菲斯強(qiáng)度理論：脆性破壞是由于拉伸而破壞，并不是因剪切而破壞。格里菲斯認(rèn)為，巖石內(nèi)隨機(jī)分布著許多窄縫形的微裂隙，當(dāng)物體受到拉應(yīng)力作用時(shí)，處于不利方位的裂隙的端部就產(chǎn)生了高度的應(yīng)力集中，于是裂隙就沿著其長(zhǎng)度方向上擴(kuò)張，直至巖石整體破壞。 礦山巖體的基本性質(zhì) 巖體：自然界中由各種巖性和各種結(jié)構(gòu)特征的巖石所組成的集合體。 巖體與巖石在力學(xué)上有許多 區(qū)別，主要有巖體的非均質(zhì)性、各向異性和非連續(xù)性。 巖體的變形破壞過(guò)程：巖體是具有彈性的、塑性和粘性的、多裂隙的非連續(xù)介質(zhì)，因此巖體的變形要比巖塊的變形要復(fù)雜得多。巖體和辦學(xué)性質(zhì)是天然巖塊和其結(jié)構(gòu)弱面力學(xué)性質(zhì)的綜合反應(yīng)，總變形中必然包括結(jié)構(gòu)體的壓縮變形和形狀變形以及結(jié)構(gòu)面的壓密變形和剪切滑移變形，有的結(jié)構(gòu)體還由于剪切過(guò)程中的磨擦作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)試驗(yàn)研究，巖體受力后產(chǎn)生變形和破壞的過(guò)程可分為四個(gè)階段，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如下圖 6 所示： 巖體的強(qiáng)度特征及強(qiáng)度試驗(yàn)：巖體強(qiáng)度主要取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，因此可認(rèn)為巖體是一種不能承受拉力的工程材料，在工程設(shè)計(jì)中稱為無(wú)拉力準(zhǔn)則。結(jié)構(gòu)面雖然不能抗拉，但仍能傳遞一定的剪應(yīng)力，即具有一定的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)證實(shí)，大部分巖體的強(qiáng)度曲線的受壓區(qū)仍符合“庫(kù)侖－摩爾”準(zhǔn)則，總是處于巖石強(qiáng)度曲線與弱面強(qiáng)度曲線之間。由于弱面的存在，巖體的強(qiáng)度顯著的低于巖塊的強(qiáng)度，并使巖體更易于變形和失穩(wěn)。 礦山巖體內(nèi)應(yīng)力的重新分布 巖體中的自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力 原巖體：沒有受到人類工程活動(dòng)影響的巖體。 原巖應(yīng)力場(chǎng)：天 然存在與原巖內(nèi)而與人為原因無(wú)關(guān)的應(yīng)力場(chǎng)。主要有因自重引起的自重應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而引起的構(gòu)造應(yīng)力，其次在不均勻沉積的交替區(qū)域，有可能形成局部應(yīng)力集中。 原巖應(yīng)力場(chǎng)的第一種假說(shuō)：原巖體中任何地方的水平應(yīng)力約等于垂直應(yīng)力的 25－ 40%。（較適用于較淺的原巖應(yīng)力場(chǎng)） 原巖應(yīng)力場(chǎng)的第二種假說(shuō)：在巖體深處的原巖垂直應(yīng)力與其上覆巖層的重量成正比，而水平應(yīng)力大致與垂直應(yīng)力相等。（適用于深度較大時(shí)）。此假說(shuō)又稱靜水應(yīng)力狀態(tài)假說(shuō)，主要是由于長(zhǎng)期地質(zhì)作用和巖石的蠕變特性，使深部的巖體達(dá)到靜水應(yīng)力狀態(tài)。 構(gòu)造應(yīng)力是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題 ，目前還無(wú)法用數(shù)學(xué)力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算，但它有以下特點(diǎn)： 一般以水平壓應(yīng)力為主 分布很不均勻 具有明顯的方向性 根據(jù)測(cè)定，構(gòu)造應(yīng)力普遍存在著：最大水平應(yīng)力 最小水平應(yīng)力 垂直應(yīng)力 的規(guī)律。水平構(gòu)造應(yīng)力可能比自重造成的水平應(yīng)力大幾倍到幾十倍，因此在淺部開采時(shí)構(gòu)造應(yīng)力顯得比自重應(yīng)力更為重要。 構(gòu)造應(yīng)力在堅(jiān)硬巖層中出現(xiàn)一般比較普遍。 巷道周圍的支承壓力分布。 在巖體內(nèi)開掘巷道后，巷道圍巖必然出現(xiàn)應(yīng)力重新分布，一般將巷道兩側(cè)改變后的切向應(yīng)力增高部分稱為支承壓力。支承壓力是礦山壓力的重要 組成部分。 根據(jù)計(jì)算分析，可近似地認(rèn)為，一般巷道兩側(cè)的應(yīng)力集中系數(shù)為 2－ 3倍，當(dāng)巷道為圓形時(shí)，集中系數(shù)最小且應(yīng)力分布最均勻，當(dāng)巷道的高 /寬
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