【煤炭行业标准(MT)】 煤和岩石抗剪试验方法

中华人民共和国煤炭工业部部标准煤和岩石抗剪试验方法
本标准适用于煤和岩石抗剪试验。1规则试件抗剪试验
MT48—87
代替MT 48—80
本方法适用于能加工成规则试件的煤和岩石抗剪试验。用试验结果绘制正应力与剪应力的关系曲线，求得煤或岩石的内摩擦角中和凝聚力C。1.1设备、量具
1.1.1设备
材料试验机：
岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床；变角剪切夹具（图1）。
1.1.2量具
游标卡尺，精度0.02mm；
钢板尺，
直角尺；
百分表架；
百分表；
水平检测台。
试件规格、加工精度、数量和含水状态标准试件采用正立方体，规格5cm×5cm×5cm。1. 2. 1
1.2.2加工精度
～1.2.2.1试件各边长公差不得超过±:1mm。1.2.2.2两端面不平行度不大于0.1mm。1.2.2.3相邻两平面的不垂直度：将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直侧边，要求两者之间无明显缝隙。1.2.3试件数量应根据试验方式确定，当取5个以上的剪切角度，每个角度下作1个试件的剪切试验时，所需试件最低数量为5个；当取3个剪切角度，每个角度下作3个试件的剪切试验，取其算术平均值时，所需试件最低数量为9个。当采取第二种试验方式时，在计算平均值的同时，应计算偏离度。若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。1.2.4试件含水状态按MT44--87《煤和岩石单向抗压强度及软化系数测定方法》第2.4条规定执行。
1.3试验步骤
1.3.1核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表内（见附录A)。1.3.2在45°～~65°范围内选择3个或5个以上剪切角度。按照不同的剪切角度将试件分组编号，并在试件上画出剪切线。
中华人民共和国煤炭工业部1987-11-18发布1987-12-10实施
MT48-87
1.3.3检查试件加工精度，测量试件尺寸，按剪切方向长、宽各测量二次，取算术平均值，填入记录表内。
1.3.4选择压力机度盘时，一般应满足下式：0. 2P。式中：Pmax-
预计最大破坏载荷，kN；
材料试验机度盘最大值，kN。
1.3.5调整材料试验机度盘指针为零，使材料试验机处于工作状态。.（1)
将已调好角度的变角剪切夹具下座放在材料试验机上，使其中心线与承压板中心线重合，装上试件并安好夹具上座，调整承压板球形座，使变角剪切夹具受力均勾。按操作规程开动材料试验机，施加几百牛顿载荷，检查试件及变角夹具放置是否良好，若产生偏载需卸载重调。1.3.6夹具与试件调整好后，以0.5～1.0MPa/s的速度加载直至破坏。加载时，人员应离开工作台，并采取适当的保护措施。
1.3.7对试件破坏情况进行描述或摄影非干燥状态试件破坏后，应取出部分碎块立即用塑料袋封存，并尽快测定其含水率（必要时尚应测定干视密度），填入记录表内。1.4试验结果计算和数据整理
1.4.1剪切破坏面AB上正应力α和剪应力（见图1）的计算：D+sing
图1变角剪切夹具
1一钢垫板；2一变角剪切夹具上座，3一规则试件；4—变角剪切夹具下座;5-滚柱
1.4.1.1单个试件剪切破坏面AB上的正应力α和剪应力按下式计算：cosa ×10
sinα × 10
式中· -正应力,MPa;
剪应力，MPa；
（2）
P---试件剪断破坏载荷，kN；
剪切面面积，cm2；
α试件与水平面的夹角。bZxz.net
MT 48 --- 87
1.4.1.2每个剪切角度下试件破坏时剪切面上平均正应力,和剪应力z，按下式计算：gp
每个剪切角度下第；个试件破坏时，剪切面上的正应力，MPa；每个剪切角度下第讠个试件破坏时，剪切面上的剪应力，MPa；n—--每个剪切角度下一组试件的个数。1.4.2计算每个试验角度下试验结果的偏离度。偏离度按下式计算：
式中:V。
正应力偏离度；
剪应力偏离度；
正应力的标准差；
剪应力的标准差。
×100%
M×100%
注：当测定角度在5个以上，每个测角下只作一个试件的试验时，则不计算测值的平均值和偏离度。1.4.3绘制岩石强度曲线
（4）
·（6)
（8）
1.4.3.1将各测定角度下的平均正应力和平均剪应力值画在-α直角坐标系中，用曲线板连成曲线（如图2所示）。A、B、C、D各点分别为不同角度下的平均测值。(MPa)
图2岩石剪切强度曲线
注：当测定角度在5个以上，每个测角下只作个试件的剪切试验时，~α直角坐标上所标各点为各测角下单个试件的测值。
MT 48—87
1.4.3.2为便于工程上的应用，可将岩石强度曲线简化为直线，简化后可以下列方程表示：T=C+o·tanp
式中：℃—一岩石强度曲线在轴上的截距，即岩石的凝聚力；中一岩石强度曲线的倾角，即岩石的内摩擦角。(10)
岩石强度曲线的简化方法：在曲线上之A、B、C、D.各点间试作直线，使该直线通过的点为最多，并使不在直线上的点均勾分布在直线的两侧，各点距直线距离最小，该直线即为反映试验结果的最佳直线。
1.4.4℃和Φ值的计算：在简化后的直线上任意取1点和2点（如图2中所示），求出剪应力，和，正应力和，代入下面公式，即可求出℃和值。C=
+a,*tand
Φarc tan
g2—g
C值计算结果取到小数点后-位，Φ最小位数取到分。2不规则试件抗剪试验
本方法适用于不能加工成规则试件的软岩石抗剪试验。2.1设备、量具及材料
2.1.1设备
材料试验机；
变角剪切夹具（见图1）；
7.07cm×7.07cm×7.07cm方形试模。2.1.2
量具及材料
游标卡尺，精度为0.02mm；
玻璃板或透明纸；
求积仪或坐标纸；
钢板尺；
高铝水泥或高标号水泥（其强度应高于岩石强度）；云母片或云母粉；
防水油漆或防水套。
2试件规格、数量和含水状态
·（12）
2.2.1试件应近似于圆柱体，不得采用圆锥体或双锥体，其表面要求比较平滑。试件高度约6cm，直径约4.5~5.0cm。
2.2.2试件数量和含水状态按本标准第1.2.3和1.2.4款的规定执行。2.3试验步骤
2.3.1制作衬模
将不规则试件表面涂以防水油漆后风干（或用防水套扎紧），然后用加速凝剂的高铝水泥或高标号，水泥胶固在7.07cm×7.07cm×7.07cm方形试模中，在试模中部平面上铺一层约1mm厚的云母片或云母粉，作为试件的剪切面（如图3所示）。经24h后拆模，用湿毛中覆盖，喷水养护28d。2.3.2将制作好的不规则试件衬模加工成7cm×7cm×7cm的立方体试件。其余试验步骤按本标准第1.3条规定进行。2.4试验结果计算和数据整理
2.4.1计算不规则试件剪切面积
MT 4887
利用玻璃板或透明纸，将不规则试件的剪切面用笔描下来，然后用求积仪或者用坐标纸画出的方格网，计算出剪切面积。
图3不规则试件衬模制作示意图
1一方形试模；2一不规则试件；3一云母粉或云母片；4一胶固在试模中的高铝水泥或高标号水泥，5--试模底座力
图4不规则试件抗剪试验方法示意图1--钢垫板；2—变角剪切夹具上座；3不规则试件；4—正立方体衬模；5—变角剪切夹具下座;6-滚柱
2.4.2试验结果计算和数据整理，按本标准第1.4条规定进行。3
抗剪强度测定
当只需要测定岩石或煤的抗剪强度，而不需要测定内摩擦角时，可用此法。3.1
设备及量具
材料试验机；
双剪夹具（如图5所示)；
岩石加工机械：钻石机或车床，锯石机，磨石机或磨床；游标卡尺，精度0.02mm。
试件规格、加工精度、数量和含水状态3. 2. 1
标准试件为圆柱形，直径为2.5-。lcm，高约12cm。试件数量和含水状态按MT44—87第2.3、2.4条规定。3.2.21
3.3测定步骤
3.3.1测定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、含水状态以及加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表内！（见附录B)。3.3.2用红铅笔在试件受剪处画记号，用游标卡尺测量试件受剪处直径，测两次取算术平均值。3.3.3将试件置于双剪夹具中（如图5所示），再将双剪夹具放在材料试验机的承压板中心，调整承压板的球形座，使材料试验机的上承压板平行于双剪夹具受压面。3.3.4按本标准第1.3.4款选择材料试验机度盘，调整材料试验机度盘指针为零，开动材料试验机，以0.03~~0.05MPa/s的速度平稳加载直至试件被剪断为止。3.3.5对试件破坏状况进行描述或摄影。图5双剪夹具
1-压杆;2—夹具座;3—试件；4—受剪切面非干燥状态试件破坏后，立即取出部分碎块用塑料袋封存严防失水，并尽快测定其含水率，填入记录表中。
3.4测定结果计算和数据整理
3.4.1抗剪强度按下式计算：
式：T。试件的抗剪强度，MPa
试件剪断时的载荷，kN；
F-~剪切面面积，cm，F=
试件直径，cm。
计算结果取到小数点后两位。试验报告中列出每个试件的测值。68
（13）
送样单位：
样采取
试试件描
深度(距
内摩擦角中一
测定：
MT 4887
附录A
岩石抗剪试验记录表
（参考件）
采样地点：
试件尺寸
计算：
剪切角度
测定日期：
最大正最大剪
应力。
凝聚力℃
校核：
平均最大
正应力
平均最大
剪应力
送样单位：
岩样采取
深度(距
测定：
附加说明：
MT 48—87
附录B
岩石抗剪强度测定记录表
（参考件）
采样地点：
试件描述
试件含水状木
计算：
试件尺寸
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、郑直。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。70
测定日期：
面积F
载荷P
校核：
强度t。
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