煤层顶底板常见岩石点荷载与拉压强度之间关系的试验研究

摘要

本文通过理论分析、室内岩石试验和计算机编程相结合的方法，研究了煤层顶板底板常见的六种岩性岩石点荷载强度与单轴抗压强度以及抗拉强度之间的关系。
　　根据弹性力学中对半无限平面应力分布的相关求解理论，对轴向点荷载试验加载轴上的应力分布状态进行分析;并结合岩石破坏的相关强度理论，分析了点荷载作用下岩石试样发生破坏的主要原因是，由于与加荷锥相接触的岩石试件的表面在压应力与拉应力的共同作用下，试件的拉应变达到极限，进而最先在加荷锥处发生拉断破坏;局部产生小破坏后，破坏口处应力迅速集中，并以裂纹的形式快速向深部扩展，当上下扩展裂纹交汇时，岩石便完全破坏。从而可知，岩石点荷载强度是对其单轴抗压与抗拉强度的综合反映。
　　采用自制点荷载强度测试仪以及RMT岩石力学试验系统分别测试了煤层顶底板常见的六种岩样岩石的点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度。根据试验数据分析了点荷载试验压入深度对点荷载强度的影响，得出可以忽略压入深度直接测定试样的几何尺寸的计算方法。在对试验结果进行筛选后，建立了线性模型和幂函数模型。通过数学软件Mathematiea拟合出强度转换的经验公式，对它们进行了误差分析，并且基于此经验公式开发出了“圆柱体点荷载强度转换抗压与抗拉强度软件”。
　　综合上述研究结论，得出了煤层顶底板岩石以点荷载强度转换其单轴抗压强度及抗拉强度的方法，经过误差分析，该方法具有较高的精确度。该成果的应用可以快速、廉价并准确的获取煤层顶底板的岩石力学参数，进而可以为煤层顶底板岩体强度分级指标的确定提供依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及背景

1．2 研究目的

1．3 国内外研究现状及不足

1．3．1 点荷载计算公式

1．3．2 点荷载破坏机理研究

1．3．3 点荷载强度与抗拉抗压强度关系研究

1．4 存在问题

1．5 课题的主要内容

1．6 研究方法与技术路线

1．6．1 研究方法

1．6．2 技术路线

2 点荷载破坏机理探讨

2．1 加荷轴应力分析

2．1．1 球体点荷载加荷轴的应力分析

2．1．2 圆柱体轴向点荷载加荷轴的应力分析

2．2 岩石点荷载的破坏分析

2．2．1 莫尔-库伦强度理论

2．2．2 脆断破坏强度理论

2．2．3 点荷载破坏原因分析

2．3 本章小结

3 点荷载仪设计及其强度测试

3．1 点荷载仪特点及功能概述

3．1．1 加荷系统

3．1．2 荷载测量与记录

3．1．3 间距测量与点荷载仪

3．2 点荷载试验准备与试验步骤

3．2．1 试验岩样的选取

3．2．2 试样的加工制作

3．2．3 试验方法与操作步骤

3．3 点荷载强度计算

3．3．1 当前国际标准规定计算方法

3．3．2 本文计算采用方法

3．4 岩石参数的统计方法

3．4．1 区间估计方法

3．4．2 岩石参数标准值的确定

3．5 点荷载试验结果

3．6 本章小结

4 单轴抗压试验及其强度与点荷载强度对比

4．1 单轴抗压试验

4．1．1 试验准备

4．1．2 操作步骤

4．2 单轴抗压强度计算

4．3 单轴抗压试验结果

4．4 单轴抗压强度与点荷载强度对比分析

4．5 本章小结

5 劈裂试验及抗拉强度与点荷载强度对比

5．1 巴西劈裂试验

5．1．1 试验准备

5．1．2 操作步骤

5．2 抗拉强度计算

5．3 抗拉试验结果

5．4 抗拉强度与点荷载强度对比分析

5．5 本章小结

6 点荷载强度转换抗压与抗拉强度

6．1 Mathmatica软件的简介

6．1．1 Mathmatica软件的基本信息

6．1．2 Mathmatica的功能

6．1．3 Mathmatica软件的特点

6．2 强度转换模型与求解

6．2．1 线性模型

6．2．2 幂函数模型

6．2．3 转换模型误差分析

6．2．4 强度转换软件开发

6．3 本章小结

7 主要结论及展望

7．1 主要结论

7．2 不足之处

7．3 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表论文