不同粒度組分巖性對(duì)巖石抗拉強(qiáng)度的影響

張耀斌， 程紫華， 張 平

（1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院， 河北 唐山 063009； 2.河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北 衡水 053099）

不同粒度組分巖性對(duì)巖石抗拉強(qiáng)度的影響

張耀斌1， 程紫華1， 張 平2

（1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院， 河北 唐山 063009； 2.河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北 衡水 053099）

將利用華北地臺(tái)古生代—新生代巖樣點(diǎn)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)反演成巖時(shí)期古應(yīng)力條件。結(jié)果表明：抗拉強(qiáng)度最大的為基性巖漿巖，依次為海相石英砂巖、碳酸巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、黏土組成的頁(yè)巖及粗砂巖；成巖期抗拉強(qiáng)度由所組成礦物強(qiáng)度、粒度組成、級(jí)配條件、應(yīng)力條件及風(fēng)化程度決定，但礦物組成相同的巖性在成巖期形成的巖石其抗拉強(qiáng)度不同，在成巖期受應(yīng)力條件影響最大。

華北地臺(tái) 地層層序 古應(yīng)力 點(diǎn)荷載

1 華北地臺(tái)巖性描述

華北地臺(tái)區(qū)沉積有上古生界青白口系到新生界第四系比較完整的蓋層，地層發(fā)育較為齊全，有太古宙巖石單元，中、新元古界，古生界，中生界和新生界。為分析華北地臺(tái)不同巖性的抗拉強(qiáng)度，提供了華北地臺(tái)典型地層的巖性組分，其巖性地層簡(jiǎn)述如表1所示。

表1 華北地臺(tái)巖性簡(jiǎn)述表

表2 不同巖組點(diǎn)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)（部分）

2 點(diǎn)荷載試驗(yàn)

點(diǎn)荷載試驗(yàn)［1-3］巖樣取自柳江盆地從古生界到新生界各個(gè)系的巖層，巖樣規(guī)格見表2。測(cè)定巖石的抗拉強(qiáng)度采用XD-2點(diǎn)荷載儀，測(cè)試遵循《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DB42/242—2003）。點(diǎn)荷載試驗(yàn)對(duì)試件尺寸及試驗(yàn)步驟符合以下規(guī)定：

1）采用巖芯試件作徑向試驗(yàn)時(shí)，試件長(zhǎng)度與直徑之比不應(yīng)小于1，試驗(yàn)中應(yīng)將試件放入球圓錐之間，使上下錐端與試件直徑兩端緊密接觸，量測(cè)加荷點(diǎn)間距。作軸向試驗(yàn)時(shí)，加載兩點(diǎn)間距與距離之比宜為0.3～1.0，試驗(yàn)時(shí)將試件放入圓錐之間，量測(cè)加荷點(diǎn)間距及垂直于加荷方向的試件寬度。

2）采用方塊體或不規(guī)則塊體試件作試驗(yàn)時(shí)，加荷兩點(diǎn)間距宜為30～50 mm，加荷兩點(diǎn)間距與加荷平均寬度之比宜為0.3～1.0；試件長(zhǎng)度不應(yīng)小于加荷兩點(diǎn)間距，試驗(yàn)時(shí)，接觸點(diǎn)距試件自由端的距離不應(yīng)小于加荷點(diǎn)間距的0.5倍。

3）在加荷過程中穩(wěn)定地施加荷載，使試件在10～60 s內(nèi)破壞，并記錄破壞荷載。

4）試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)描述試件的破壞形態(tài)，破壞面貫穿整個(gè)試件并通過兩個(gè)加荷點(diǎn)位有效試驗(yàn)。

5）計(jì)算及成果資料整理。按下公式P=CF計(jì)算試件破壞荷載。式中：P為試件破壞時(shí)總荷載，N；C為儀器標(biāo)定系數(shù)；F為試件破壞時(shí)的油壓表讀數(shù)，MPa。按公式Af=DWf和De2=4Af/π計(jì)算試件的破壞面積和等效園直徑的平方值。式中：Af為試件的破壞面面積，mm2；D為在試件破壞面上測(cè)量的兩個(gè)加荷點(diǎn)之間的距離，mm；Wf為試件破壞面上垂直于加荷點(diǎn)連續(xù)的平均寬度，mm；De為等效圓直徑，為面積與破壞面面積相等的圓的直徑，mm。按公式Is=P/De2計(jì)算巖石試件的點(diǎn)荷載強(qiáng)度。式中：Is為試件點(diǎn)荷載強(qiáng)度，MPa；其余符號(hào)同前。

將以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理出各個(gè)組巖性抗拉強(qiáng)度，如表3所示。

表3 不同巖性抗拉強(qiáng)度均值統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

由表4統(tǒng)計(jì)分析可知，抗拉強(qiáng)度最大的為輝綠巖；依次為海相石英砂巖、碳酸巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、黏土組成的頁(yè)巖及粗砂巖。

表4 不同巖性抗拉強(qiáng)度分類

成巖期抗拉強(qiáng)度由所組成礦物強(qiáng)度、粒度組成、級(jí)配條件、應(yīng)力條件及風(fēng)化程度決定，但礦物組成相同的巖性在成巖期形成的巖石其抗拉強(qiáng)度不同，在成巖期受最大影響來自應(yīng)力條件。所以以上所得的抗拉強(qiáng)度組合也將代表當(dāng)時(shí)古應(yīng)力條件。

［1］ 成都地質(zhì)學(xué)院工程地質(zhì)研究室.XD-2型攜帶式點(diǎn)荷載儀簡(jiǎn)介［J］.成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1983（1）：51-52.

［2］ 李強(qiáng)，林韻梅.不規(guī)則巖板受雙點(diǎn)荷載的應(yīng)力分析［J］.東北工學(xué)院學(xué)報(bào)，1987（3）：312-316.

［3］ 多功能數(shù)顯點(diǎn)荷載儀［J］.港口工程，1987（3）：48.

（編輯：胡玉香）

Effect of Different Grain Size Fractions and Lithology on Tensile Strength of Rock

ZHANG Yaobin1，CHENG Zihua1，ZHANG Ping2
（1.North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063009；2.Hebei Provincial Bureau of Geology and Hydrogeology and Engineering Geology Third Brigade，Hengshui Hebei 053099）

This paper inverts the paleo-stress condition in the diagenetic stage using the data of North China Craton Paleozoic Cenozoic rock point load inversion.Results show that Mafic igneous rocks having maximum tensile strength successively are marine quartz sandstone，carbonate rock，shale zone limestone，the clay shale and gritstone.The tensile strength of the diagenetic stage is determined by the composition of mineral strength，grain size composition，gradation condition，stress condition and weathering degree.However，the tensile strength of the rock formed in the same rock is different in the formation of the rock，stress conditions are the most influential in the diagenetic stage.

North China Platform，stratigraphic sequence，paleo-stress，point load

P642

A

1672-1152（2016）05-0035-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.13

2016-08-30

張耀斌（1993—），男，大四在讀，所學(xué)專業(yè)為固體礦產(chǎn)資源勘查。