【煤炭行业标准(MT)】 煤和岩石三轴强度及变形测定方法

中华人民共和国煤炭工业部部标准煤和岩石三轴强度及变形测定方法MT 46—87
代替MT46-80
本标准适用于轴对称应力组合方式（α,≥U，=の，）的三向应力条件下圆柱形煤和岩石试件强度与变形特性的测定。由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、铣床）。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：稳定的侧向加压装置。试验机应设有球形座，并有足够的出力，每年必须检定一次，其相对误差不能超过1%。压力室内上、下承压板硬度应不低于HRC58，不平度应小于0.02mm，两承压板之一应带有球形座。1.2仪器
支座)。
电阻应变仪或其他具有精度为0.001mm的测量变形的装置（如千分表、变形传感器及其固定h.
惠斯登电桥，万用表，高阻计。1.3材料
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。粘结剂：502胶水、环氧树脂胶或其他类似性能的粘结剂。b.
防潮、防油剂：环氧配胶、聚氯乙烯粘胶或聚乙烯缩醛胶。电阻应变片：标距可选用3mm×15mm~3mm×20mm，电阻值约1202。d.
检验工具
游标卡尺（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2.1试件规格
标准试件采用圆柱体，直径5±:：cm，高径比为2士0.2。2.2试件层理一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
-种状态下每组岩样至少要选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MT4487《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测量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，取其算术平均值。
中华人民共和国煤炭工业部1987-11-18发布52
1987-12-10实施
MT 46-—87
3.3侧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：0. 2P,预计最大破坏载荷，kN
式中：Pmax —
P。材料试验机度盘最大值，kN。3.5试件安装下载标准就来标准下载网
（1）
拭净上、下垫块端面，将试件置于上、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1）。必要时防油套与上、下垫块的接口处可涂上聚氯乙烯粘胶以增强封闭效果。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，置于材料试验机上、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，向压力室注油，当压力室空气排净后拧紧排气孔。
图1试件安装图
1—上垫块；2橡胶环；3-防油胶套；4—电阻应变片；5-试件；6橡胶环，7一下垫块；8一电阻片引线3.6加载
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土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0.5～1.0MPa/s的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作用面的夹角6（如图2所示）。53
MT 4687
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（参着MT45—87《煤和岩石变形参数测定方法》注①）。用电阻应变法测定变形时，电阻应变片粘贴和防潮处理按MT45一87第2章和第3章的规定进行。
3.8一般采用半桥连接方式的测量桥路（如图3所示）测量片
补偿片
图3变形测量半桥接线图
在同一测量桥路中，补偿片与测量片的电阻值之差不应大于0.52。补偿片应粘贴在与被测试件同种材料上，用防油套套好漫没在置于压力室附近的油盆内，油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：dimax
U, max
在某一定侧压力作用下的岩石抗压强度，MPa。纵向破坏载荷，kN；
受压试件初始截面积，cm2。
4.2绘制应力-应变曲线
（２）
以主应力差（α，一）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向压力值，（如图4)。54
纵向应力计算公式：
式中：o1
纵向应力，MPa；
纵向载荷，kN；
试件初始截面积，cm2。
4.3计算内摩擦角中和凝聚力C
MT46—87
图4应力应变关系曲线
Er(ug)
4.3.1以侧压力の，为横坐标，纵向抗压强度aimx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）。
oimax,(MPa)
图5侧压力与纵向抗压强度关系曲线(MPa)
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m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：
b,m可用下式计算：
MT 46—87
ol= b +mo.
anEa,-EaEa
(E03)2 -- nE
EoEor - nEod
·（5)
\为该直线段内的点数，{I，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利用参数m和b，根据下列公式，计算内摩擦角中和凝聚力C。p arc sinm
4.4绘制摩尔圆及其包络线
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。7）
（8）
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，及相应的纵向抗压强度绘出摩尔圆族。画摩尔圆时，可先根据实际情况在所研究的范围内选定3～5个：值然后运用该组,所通过的直线方程の,=b＋mo,求出相对应的α，以（,0)为圆心，（）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，包络线在丫轴上的截距为凝聚力C，与X轴的夹角为内摩擦角中。摩尔应力圆
图6摩尔圆及其包络线
MT46—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α，=5十mo：，其相关系数太小（例如小于0.8）时，可根据具体情况，作如下处理：A，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α1の关系曲线。
A.2将所有得出的1，按其偏大、偏小值分为两族，分别绘制两条01一0.关系曲线及摩尔圆包络线，其中-一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用上限或下限。57
送样单位：
试验：
试件描述
MT 46--87
附录B
三轴压缩试验记录表
（参考件）
采样地点：
试件受力方向
件含水状态
斌件尺寸
计算：
试验日期：
试件截
面积F
纵向破
坏载荷
校核：
纵向抗
压强度
侧向压
应力，
送样单位：
采样地点：
岩石名称：
岩样编号：
试件编号：
试件描述
试验前试验后
试验：
附加说明：
纵向载荷
p', kN
MT 4687
附录℃
三轴变形试验记录表
（参考件）
试件直径：
试件高度：
试件截面积：
试件含水状态：
侧向压应力：
纵向应变i(μe)
计算：
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。
横向应变ea（μ）
本标准委托煤炭科学研究院北京开采研究所负贵解释。3片
纵向应力
校核：
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