1、ICS 73-010 D 04 道国中华人民共和国国家标准GB/T 23561.11-2010 煤和岩石物理力学性质测定方法第11 部分:煤和岩石抗剪强度测定方法Methods for determining the physical and mechanical properties of coal and rock一Part 11 : Methods for determining shear strength of coal and rock 2010-09-26发布2011-02-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 23561.1
2、1一2010前言GB/T 23561(煤和岩石物理力学性质测定方法按部分发布，分为16个部分z一一第1部分:采样一般规定;一一第2部分:煤和岩石真密度测定方法;一一第3部分:煤和岩石块体密度测定方法;一一第4部分:煤和岩石孔隙率计算方法;一一第5部分:煤和岩石吸水性测定方法;一一第6部分z;煤和岩石含水率测定方法;一一第7部分:单轴抗压强度测定及软化系数计算方法;一一第8部分:煤和岩石变形参数测定方法;一一第9部分:煤和岩石三轴强度及变形参数测定方法;一一第10部分:煤和岩石抗拉强度测定方法;一一第11部分z煤和岩石抗剪强度测定方法;一一-第12部分:煤的坚固性系数测定方法;第13部分z煤和岩
3、石点载荷强度指数测定方法;第14部分:岩石膨胀率测定方法;一一第15部分:岩石膨胀应力测定方法;-一第16部分:岩石耐崩解性指数测定方法。本部分是GB/T23561的第11部分。本部分的附录A、附录B为规范性附录。本部分由中国煤炭工业协会提出并归口。本部分起草单位z煤炭科学研究总院开采设计研究分院和煤炭科学研究总院检测研究分院。本部分主要起草人:齐庆新、李纪青、毛德兵、傅京星、张学亮。I GB/T 23561.11-2010 煤和岩石物理力学性质测定方法第11部分:煤和岩石抗剪强度测定方法1 范围GB/T 23561的本部分规定了煤和岩石抗剪强度测定方法中涉及的术语和定义、标准试件抗剪强度测定
4、、非标准试件抗剪强度测定和双面剪切强度测定。本部分适用于煤和岩石抗剪强度测定。其中标准试件抗剪强度测定适用于能加工成标准试件的煤和岩石;非标准试件抗剪强度测定适用于不能加工成标准试件的软弱煤和岩石;双面剪切强度测定适用于只测定煤和岩石剪切强度。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T23561的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB/T 23561. 7-2009 煤和岩石物理力学性质测定方
5、法第7部分:单轴抗压强度测定及软化系数计算方法3 术语和定义下列术语和定义适用于GB/T23561的本部分。3. 1 抗剪强度shear strength 煤或岩石试件的某截面在一定的法向应力作用下所承受的最大剪应力。4 标准试件抗剪强度测定4.1 仪器设备仪器设备主要有:a) 钻石机、锯石机、磨石机或磨床;b) 变角剪切夹具，见图1; P 卜一钢垫板;3 标准试件52一一变角剪切夹具上座z4-一一圆柱体标准试件剪切模具z图1变角剪切夹具5一一变角剪切夹具下座36一一滚柱。1 GB/T 23561.11-2010 C) 游标卡尺，最小分度值0.02mm; d) 钢板尺ze) 万能角度尺、百分表
6、架及百分表;f) 水平检测台;g) 材料试验机:精度应不低于1级。加载范围应满足式(1): 1. 25Pmax Po 5Pm皿( 1 ) 式中:Pmax一一预计最大破坏载荷，单位为千牛(kN); Po -材料试验机量程最大值，单位为千牛(kN)。4.2 试件规格4.2. 1 标准试件规格标准试件宜采用直径为4&mm56 mm，高度为50mm的圆柱体试件。4.2.2 加工精度标准试件规格按GB/T23561. 7 2009中5.2规定执行。4.2.3 试件数量试件数量应根据试验方式确定。当取5个以上的剪切角度，每个角度下做1个试件的剪切试验时，所需试件最少数量为5个;当取3个剪切角度，每个角度下
7、做4个试件的剪切试验，取其算术平均值时，所需试件最少数量为12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%。4.2.4 试件含水状态试件含水状态按GB/T23561. 7 -2009中5.4规定执行。4.3 测定步骤4.3. 1 测定前应仔细核对岩样名称和编号，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应进行描述，并填入记录表内，见附录A。4.3.2在3招806臼5试件上画出剪切线。4.3.3 检查试件加工精度，测量试件尺寸，对于圆柱体试件按剪切面的直径、长度各测量两次，取算术平均值
8、，并填入记录表内。4.3.4 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。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匀。启动材料试验机，施加O.1 kNO. 5 kN的压力，检查试件及变角夹具放置位置是否良好，若产生偏离需卸载重调。4.3.5 夹具与试件调整好后，以0.5MPa/s1.0 MPa/s的速率加载直至破坏。加载时，人员应离开工作台，并采取适当的保护措施。4.3.6 记录破坏载荷及加载过程中出现的现象，对试件的破坏形态进行描述。4.3.7 非干燥试件破坏后，应取出部分碎块立即用
9、塑料袋封存，并尽快测定其含水率，填人记录表内。4.4 数据计算4.4. 1 剪切破坏面AB上正应力和剪应力的计算，见图1。4.4. 1. 1 单个试件剪切破坏面AB上的正应力和剪应力r分别按式(2)和(3)计算:P F COSa ( 2 ) 2 G/T 23561.11-2010 P -F Stnu . ( 3 ) 式中zF一一正应力，单位为兆帕(MPa); 一一剪应力，单位为兆帕(MPa); P一一-试件剪断破坏载荷，单位为牛(N); F一一剪!JJ面面积，单位为平方毫米(mm2);一一剪切面与水平面的夹角，单位为度门。4.4. 1.2 每个剪切角度下试件破坏时剪切面上平均正应力p和剪应力p
10、分别按式(4)和(5)计算:马=士2a. ( 4 ) 2月. ( 5 ) 式中:p一一每个剪切角度下试件破坏时剪切面上的平均正应力，单位为兆帕(MPa); p一一每个剪切角度下试件破坏时剪切面上的平均剪应力，单位为兆帕(MPa); 每个剪切角度下第i个试件破坏时，剪切面上的正应力，单位为兆帕(MPa); Ti 每个剪切角度下第i个试件破坏时，剪切面上的剪应力，单位为兆帕(MPa); n一一每个剪!1J角度下一组试件的个数。4.4.2 计算每个试验角度下测定结果的偏离度。正应力偏离度和剪应力偏离度分别按式(6)和式(7)计算:V.=丛X100% P ( 6 ) Vr=丛X100% Tp . (
11、7 ) 式中:V一一正应力偏离度;Vr一一剪应力偏离度;M二一-正应力的标准差，按式(8)计算;具1_= Mr一一剪应力的标准差，按式(9)计算;-1 . ( 8 ) EJ(，一p)2Mr= 22(i - Tp)2 n一l. ( 9 ) 若偏离度超过20%.则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。当测定角度在5个以上，每个测角下只作1个试件的测定时，则不计算测值的平均值和偏离度。4.4.3 绘制煤和岩石抗剪强度曲线。4.4.3. 1 将各测定角度下的平均正应力和平均剪应力值画在T-直角坐标系中，将各值连成曲线，见图20A、B、E、D各点分别为不同角度下的平均测值。当测定角度在5个以上，每个测角
12、下只作一个试件的剪切强度测定时.r直角坐标上所标各点为各测角下单个试件的测值。3 GB/T 23561.11-2010 C 。(MPa) 正应力/MPa图2煤和岩石抗剪强度曲结4.4.3.2 为便于工程上的应用，可将煤和岩石抗剪强度曲线简化为直线，简化后可用式(10)表示:=c十.tanq口.、. . ( 10 ) 式中:C一一煤和岩石抗剪强度曲线在轴上的截距，即凝聚力，单位为兆帕(MPa); 伊一一煤和岩石抗剪强度曲线的倾角，即内摩擦角，单位为度门。抗剪强度曲线的简化方法:最小二乘法，利用计算机，对A、B、E、D.各点做线性拟合，使得误差的平方和最小，所获得直线即为煤和岩石抗剪强度曲线。4.
13、4.4 C和伊值的确定:简化后的直线在r轴上的截距即为C值，直线斜率的反正切即为伊值。C值计算结果取3位有效数字，值计算结果保留到分。5 非标准试件抗剪强度测定5. 1 仪器设备仪器设备主要有:a) 材料试验机z精度应不低于1级。加载范围应满足式(1); b) 变角剪切夹具，见图1; c) 70.7 mmX70. 7 mmX70. 7 mm立方体模具;d) 游标卡尺，最小分度值0.02mm; e) 玻璃板或透明纸ff) 求积仪或坐标纸5g) 钢板尺;h) 高铝水泥或高强度水泥(其强度应高于岩石强度); i) 云母片或云母粉;j) 防水油漆或防水套。5.2 试件规格5.2.1 试件应近似于圆柱体
14、，不应采用圆锥体或双锥体，表面应平滑。试件直径宜为48mm-56 mm，高度不宜超过50mm。5.2.2 试件数量和含水状态按4.2.3和4.2.4规定执行。5.3 测定步骤5.3. 1 制作衬模z将非标准试件表面涂以防水油器后风干(或用防水套扎紧)，然后用高强度水泥胶固在立方体模具中，在模具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，见图30经24h后拆摸，用湿毛巾覆盖，喷水养护28d。4 GB/T 2356 1. 11-2010 1一一立方体试模;2一一非标准试件;3一一云母粉或云母片z4一一胶固在试模中的高铝水泥或高强度水泥砂浆;5一一试摸底座。圄3非标准试件衬模制作示
15、意图5.3.2 将制作好的非标准试件衬模加工成70mmX70 mmX70 mm的立方体试件。5.3.3 其余测定步骤按4.3规定进行。非标准试件抗剪强度测定方法见图401一一钢垫板52一-变角剪切夹具上座;3一一非标准试件;4一一软夹层;5一一立方体衬模F6一一变角剪切夹具下座;7一一滚柱。5.4 数据计算P 图4非标准试件抗剪强度测定方法5.4. 1 计算非标准试件剪切面积利用玻璃板或透明纸，将非标准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。5.4.2 测定结果计算和数据计算，按4.4进行。5 GB/T 23561.11一20106 双面剪切强度测定6.1
16、 仪器设备仪器设备主要有za) 材料试验机:精度应不低于1级。加载范围应满足式(1); b) 双剪夹具，见图5; 1一一压杆52一一夹具座;3-一-试件;4一一受剪切面。c) 钻石机，锯石机，磨石机或磨床zd) 游标卡尺，最小分度值0.02mm。6.2 试件规格图5双剪夹具6.2. 1 标准试件为圆柱体，直径为25mm士0.1mm，长约120mm。6.2.2 试件数量和含水状态按4.2.3和4.2.4规定执行。6.3 测定步骤6.3. 1 测定前应仔细核对岩样名称和编号，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，并填人记录表内，见附录B。6.3.
17、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两次，取算术平均值。6.3.3 将试件置于双剪夹具中，见图5，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。6.3.4 调整材料试验机度盘指针为零，启动材料试验机，以O.03 MPa/sO. 05 MPa/s的速率平稳加载直至试件被剪断。6.3.5 记录破坏载荷及加载过程中出现的现象，对试件破坏状况进行描述。非干燥状态试件破坏后，应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，填入记录表内。6.4 数据计算6.4. 1 双面剪切强度按式(11)计算z6 2P 0 -
18、 rrD2 . ( 11 ) 式中:。一一试件的抗剪强度，单位为兆帕(MPa); p二一试件剪断时的载荷，单位为牛(N); D一一试件直径，单位为毫米(mm)。GB/T 23561.11一20106.4.2 采用算术平均值计算并确定双面剪切强度。计算结果取3位有效数字。试验报告中列出每个试件的测值。/ 7 GB/T 23561.11-2010 附录A(规范性附录)煤和岩石抗剪强度测定记录表送样单位z采样地点=采样时间=测定日期2岩样采试件描述试件尺寸岩岩平均最平均最取深度试件虹口n剪切剪切破坏载最大正最大剪样石试件含水率大正大剪编名(距地表编号含水面积F角度荷P应力应力r% 应力p应力rp备注
19、m至测定测定状态直径高un2 n N MPa MPa 号称前后如!Pa如!Pam) 内摩擦角p=凝聚力c=测定:计算:校核z8 GB/T 2356 1. 11-2010 附录B(规范性附录)煤和岩石双面剪切强度测定记录表送样单位:采样地点2采样时间-一一一一-测定日期2岩样采取深度试件描述试件尺寸剪切破坏抗剪岩样岩石试件试件含含水率(距地表一m盯1m面积F载荷P强度0备注编号名称编号水状态% 至m) 测定前|测定后直径|高mm2 N MPa 测定:计算:校核z9 EON-=-F白的NH阁。华人民共和国家标准煤和岩石物理力学性质测定方法第11部分:煤和岩石抗剪强度测定方法GB/T 2356 1. 11-2010 国由1* 中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045同址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1字数17千字2010年12月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2010年12月第一版铃书号:155066. 1-40889 18.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533定价GB/T 23561.11-2010 打印日期:2011年1月12日F002
