動(dòng)靜組合加載煤巖體力學(xué)特性測(cè)試規(guī)范

ICS號(hào)

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類(lèi)號(hào)GRM

中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/GRM

XXX-20xx

動(dòng)靜組合加載煤巖體力學(xué)特性測(cè)試規(guī)范

Mechanicalpropertiestestcodeforcoalandrockunderdynamicand

staticcombinedloading

（送審稿）

2023-XX-XX發(fā)布2023-XX-XX實(shí)施

動(dòng)靜組合加載煤巖體力學(xué)特性測(cè)試規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了動(dòng)靜組合加載下煤和巖樣力學(xué)參數(shù)測(cè)試的基本要求和技術(shù)方法，包括術(shù)語(yǔ)

和定義、設(shè)備工具和包裝器材、試件規(guī)格、試驗(yàn)步驟和計(jì)算技術(shù)要求、采樣方法、記錄與編

號(hào)、封固與裝箱以及煤樣和巖樣后處理工作。

本文件適用于在實(shí)驗(yàn)室條件下，能夠加工成標(biāo)準(zhǔn)試件的煤和巖石在一維動(dòng)靜組合壓縮條

件下、三維動(dòng)靜組合壓縮條件下、動(dòng)靜組合拉伸條件下，煤和巖石強(qiáng)度和變形參數(shù)的測(cè)定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

GB/T23561煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第1部分：采樣一般規(guī)定

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

一維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)One-dimensionaldynamicandstaticcompressiontest

首先對(duì)煤樣和巖樣施加軸向靜載，然后經(jīng)過(guò)動(dòng)載擾動(dòng)直至煤樣和巖樣破壞的試驗(yàn)過(guò)程。

3.2

一維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)強(qiáng)度One-dimensionaldynamicstrengthofdynamicandstatic

combinationcompression

一維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)過(guò)程中，煤樣和巖樣不考慮軸向靜載的強(qiáng)度。

3.3

一維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度Combinedstrengthofone-dimensionaldynamicandstatic

compression

一維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)過(guò)程中，煤樣和巖樣考慮軸向靜載的強(qiáng)度。

3.4

三維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)Three-dimensionaldynamicandstaticcompressiontest

首先對(duì)煤樣和巖樣施加三向靜載，然后經(jīng)過(guò)動(dòng)載擾動(dòng)直至煤樣和巖樣破壞的試驗(yàn)過(guò)程。

3.5

三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)強(qiáng)度Three-dimensionaldynamicstrengthofdynamicandstatic

combination

三維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)過(guò)程中，煤樣和巖樣不考慮三向靜載的強(qiáng)度。

3.6

三維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度Combinedstrengthofthree-dimensionaldynamicand

staticcompression

三維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)過(guò)程中，煤樣和巖樣考慮三向靜載的強(qiáng)度。

3.7

3

動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度Dynamicstrengthofdynamicandstaticcombinationtension

煤和巖石在單軸預(yù)應(yīng)力及動(dòng)載擾動(dòng)共同作用下達(dá)到破壞時(shí)不考慮單軸預(yù)應(yīng)力所能承受

的最大拉應(yīng)力。

3.8

動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)拉伸組合強(qiáng)度Combinedstrengthofdynamicandstaticcombination

tension

煤和巖石在單軸預(yù)應(yīng)力及動(dòng)載擾動(dòng)共同作用下達(dá)到破壞時(shí)考慮單軸預(yù)應(yīng)力所能承受的

最大拉應(yīng)力。

3.9

動(dòng)靜組合拉伸試驗(yàn)Dynamicandstatictensiontest

首先對(duì)煤樣和巖樣施加軸向預(yù)拉力，然后經(jīng)過(guò)動(dòng)載擾動(dòng)直至煤樣和巖樣破壞的試驗(yàn)過(guò)程。

3.10

動(dòng)態(tài)巴西劈裂法DynamicBraziliansplitmethod

對(duì)實(shí)心圓盤(pán)試樣進(jìn)行施加軸向應(yīng)力及動(dòng)載擾動(dòng)共同作用直至破壞，確定試樣在動(dòng)靜組合

拉伸條件下的最大拉應(yīng)力的試驗(yàn)方法。

4分類(lèi)及通則

4.1分類(lèi)

動(dòng)靜組合加載下煤巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)試按加載方式可分為：一維動(dòng)靜組合壓縮條件下煤巖

體力學(xué)參數(shù)測(cè)定、三維動(dòng)靜組合壓縮條件下煤巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定、動(dòng)靜組合拉伸條件下煤巖

體力學(xué)參數(shù)測(cè)定。

4.2通則

為深入了解動(dòng)靜組合加載作用下煤巖體的力學(xué)參數(shù)特征，指導(dǎo)深部地下工程支護(hù)，使深

部地下工程支護(hù)更加安全、經(jīng)濟(jì)，制定本文件。

動(dòng)靜組合加載作用下煤巖體的力學(xué)參數(shù)測(cè)定可利用在煤礦井下開(kāi)采、金屬礦井下開(kāi)采、

核廢料儲(chǔ)存、地鐵、地下隧道等領(lǐng)域。

5設(shè)備工具

5.1試樣加工機(jī)器

電鉆、風(fēng)鎬、地質(zhì)鉆機(jī)、切割鋸、鉆石機(jī)、鋸石機(jī)、磨石機(jī)或磨床。

5.2檢驗(yàn)工具

試驗(yàn)樣品的檢驗(yàn)工具如下：

a）游標(biāo)卡尺，最小分度值0.02mm；

b）水平檢驗(yàn)臺(tái)。

5.3分離式霍普金森壓桿

分離式霍普金森壓桿可選擇配套的儀器如下：

a）軸向加載器；

b）激光測(cè)速器；

c）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

5.4材料

試驗(yàn)中所需材料如下：超靈敏動(dòng)態(tài)應(yīng)變片（測(cè)量范圍為0-0.02）、清潔劑、試樣收納

盒塑料布、寬膠帶、石蠟、木箱。

4

6試件規(guī)格

6.1試件規(guī)格一般規(guī)定

6.1.1一維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)中采用直徑為50mm，高度為50mm的圓柱體進(jìn)行測(cè)試。

6.1.2三維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)中采用直徑為50mm，高度為50mm的圓柱體進(jìn)行測(cè)試。

6.1.3動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)中采用直徑為50mm，高度為25mm的巴西圓盤(pán)進(jìn)行測(cè)試。

6.2加工精度及檢查方法

試件的加工精度為試樣兩端面平行度小于0.1mm;試樣上下端直徑偏差不得大于0.2mm，

此外含水狀態(tài)等采用自然狀態(tài)，即試樣制成后放在底部有水的干燥器內(nèi)1-2天，以保持一定

的濕度，但試樣不得接觸水面。

6.3試件數(shù)量

6.3.1相同軸壓、相同應(yīng)變率下應(yīng)該選擇至少５個(gè)試樣進(jìn)行一維動(dòng)靜組合試樣的強(qiáng)度測(cè)試。

6.3.2相同軸向應(yīng)力、軸向圍壓、相同應(yīng)變率下應(yīng)該選擇至少5個(gè)試樣進(jìn)行三維動(dòng)靜組合

試樣的強(qiáng)度測(cè)試。

6.3.3相同軸向預(yù)拉力、相同應(yīng)變率下應(yīng)該選擇至少5個(gè)試樣進(jìn)行一維動(dòng)靜組合試樣拉伸

強(qiáng)度的測(cè)試。

7技術(shù)要求

7.1采樣基本要求

7.1.1采樣前應(yīng)該了解清楚采樣地點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

7.1.2在研究較大范圍內(nèi)的煤巖性質(zhì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖性變化情況，分別在幾個(gè)具有代表性的

采樣點(diǎn)取樣。

7.1.3對(duì)巖性變化較大的巖層，應(yīng)當(dāng)在同一地點(diǎn)和同一層位采取的煤巖樣編為一組。

7.1.4巖樣采樣時(shí)應(yīng)該避開(kāi)巖漿巖體侵入?yún)^(qū)、蝕變區(qū)、風(fēng)化帶、沖蝕帶、斷層破碎帶及其

影響區(qū)域。

7.2采樣技術(shù)要求

7.2.1根據(jù)試驗(yàn)要求及煤層厚度分層采樣，煤層厚度3.5m以下，采一組煤樣；煤層厚度

3.5m～5.0m之間采兩組煤樣，一組靠近煤層頂板，另一組靠近煤層底板；煤層厚度5.0m～

10.0m之間可分為上、中、下采三組煤樣；煤層厚度10m以上，可根據(jù)煤層厚度，分更多

層采樣或用鉆機(jī)采樣。按照GB/T23561煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第1部分：采樣一

般規(guī)定采樣.

7.2.2根據(jù)試驗(yàn)要求按需選擇地點(diǎn)進(jìn)行采樣。

7.2.3采樣規(guī)格及數(shù)量：煤樣每組7塊，巖樣每組4塊。所取的煤樣、巖樣直徑為25cm

×25cm×25cm的正方體試樣，在進(jìn)行動(dòng)靜組合加載煤巖樣力學(xué)測(cè)試時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足試驗(yàn)制備

的需要。附表1為不同試驗(yàn)測(cè)試要求所需要的煤巖樣數(shù)量。

8試驗(yàn)方法

8.1采樣方法

8.1.1煤巖試塊采樣：在單一薄及中厚煤層中可在回采工作面、掘進(jìn)工作面選取新冒落、

且沒(méi)有裂隙并能辨別清楚層位的煤塊、巖塊作為試樣。

8.1.2鉆取巖芯采樣：用地質(zhì)鉆機(jī)采樣時(shí)，至少打兩個(gè)鉆孔，取兩組巖芯；鉆孔應(yīng)盡量垂

直巖層層理面鉆進(jìn)，偏斜度小于5°，并標(biāo)明所取巖樣與層理面的傾角；鉆取巖心的直徑宜

5

大于70mm。

8.2煤巖樣記錄

8.2.1采樣記錄：采樣時(shí)，應(yīng)該有人做煤樣、巖樣的記錄與編號(hào)工作。具體應(yīng)該描述采樣

點(diǎn)的巖性，包括節(jié)理、層理、裂隙、破碎程度等；記錄采樣地點(diǎn)、采樣日期、采樣方法等內(nèi)

容。

8.2.2試樣記錄：測(cè)定前首先對(duì)煤、巖樣進(jìn)行宏觀(guān)描述并編號(hào)，對(duì)試樣的顏色、顆粒、層

理、節(jié)理、裂隙分化程度、含水狀態(tài)、加載方向及加載過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行描述，并填入

記錄表內(nèi)。

8.3煤巖樣直徑量測(cè)

檢查試件加工精度，測(cè)量試樣的直徑和高度并填入記錄表內(nèi)。直徑量測(cè)：直徑應(yīng)在試件

的上下端面附近以及中央附近的斷面，測(cè)定相互垂直的兩個(gè)方向的直徑，取其平均值為試件

的直徑。高度量測(cè)：高度應(yīng)在試件的中心軸的兩個(gè)相交的平面內(nèi)各取兩個(gè)點(diǎn)，測(cè)定兩個(gè)高度

值，取其算術(shù)平均值作為試件的高度。

8.4軸向預(yù)應(yīng)力的選擇

8.4.1一維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)軸向預(yù)壓力的選擇：從0開(kāi)始，按照等差級(jí)數(shù)增加，可按照

實(shí)際情況而定。

8.4.2三維動(dòng)靜組合壓縮試驗(yàn)三向預(yù)壓力的選擇：從0開(kāi)始，按照等差級(jí)數(shù)增加，可按照

實(shí)際情況而定。

8.4.3動(dòng)靜組合拉伸試驗(yàn)軸向預(yù)拉力的選擇：從0開(kāi)始，按照等差級(jí)數(shù)增加，可按照實(shí)際

情況而定。

8.5試樣安裝

首先，將試樣上下兩端面擦拭干凈，然后推動(dòng)霍普金森壓桿設(shè)備，使得試件安裝在入射

桿與透射桿之間。其次，打開(kāi)軸向加壓裝置，按照預(yù)先設(shè)定好的軸向應(yīng)力施加軸壓，軸向應(yīng)

力加載完畢。最后，將子彈塞入彈道，將氣壓泵與霍普金森壓桿連接，打開(kāi)沖擊閥，對(duì)試樣

進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖擊擾動(dòng)試驗(yàn)。

8.6變形參數(shù)測(cè)定

通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變片收集的電信號(hào)，使用三波法測(cè)定計(jì)算出了試樣的變形參數(shù)。

9數(shù)據(jù)計(jì)算

9.1煤巖體一維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度

AE

bb（1）

（t）=(t1-t0)

As

式中：

——為桿的彈性模量，單位為吉帕（GPa）；

Eb

——為桿的截面積，單位為平方毫米（mm2）；

Ab

——為試樣的截面積，單位為平方毫米（mm2）；

As

——為試樣的一維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

（t）

——為透射桿總應(yīng)變；

t1

6

——為透射桿由于軸向應(yīng)力引起的應(yīng)變。

t0

9.2煤巖體一維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度

（2）

（c）=（t）+（s）

——為試樣的一維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

（c）

——為試樣的預(yù)應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

（s）

——為試樣的一維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；。

（t）

9.3煤巖體一維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)變

t

2cb

（）=-dt（3）

t0t1

Ls

式中：

——為桿的彈性波波速，單位為米每秒（m/s）；

cb

——為試樣的長(zhǎng)度，單位為毫米（mm）；

Ls

——為透射桿總應(yīng)變。

t1

9.4煤巖體一維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)彈性模量

E=（4）

式中：

——為試樣的軸向應(yīng)力增量，單位為吉帕（GPa）；

——為試樣的應(yīng)變?cè)隽俊?/p>

9.5煤巖體三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度

AE

bb（5）

（t）=(t1-t0)

As

式中：

——為桿的彈性模量，單位為吉帕（GPa）；

Eb

——為桿的截面積，單位為平方毫米（mm2）；

Ab

——為試樣的截面積，單位為平方毫米（mm2）；

As

——為試樣的三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

（t）

7

——為透射桿總應(yīng)變；

t1

——為透射桿由于軸向應(yīng)力引起的應(yīng)變。

t0

9.6煤巖體三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮組合強(qiáng)度

（6）

（c）=（t）+（s）

式中：

——為試樣的三維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

（c）

——為試樣的預(yù)應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

（s）

——為試樣的三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）。

（t）

9.7煤巖體三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)變

t

2cb

（）=-dt（7）

t0t1

Ls

式中：

——為桿的彈性波波速，單位為米每秒（m/s）；

cb

——為試樣的長(zhǎng)度，單位為毫米（mm）；

Ls

——為透射桿總應(yīng)變。

t1

9.8煤巖體三維動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)彈性模量

E=（8）

式中：

——為試樣的軸向應(yīng)力增量，單位為兆帕（MPa）；

——為試樣的應(yīng)變?cè)隽俊?/p>

9.9煤巖體動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度

2P

=（9）

LBD

式中：

P——為煤巖樣兩端壓桿作用有效荷載，單位為千牛（KN）；

B——為煤巖樣厚度，單位為毫米（mm）；

D——為煤巖樣直徑，單位為毫米（mm）。

煤巖樣兩端有效荷載可表示為：

（10）

P=AbEb(t1-t0)

9.10煤巖體動(dòng)靜組合拉伸組合強(qiáng)度

（11）

（c）=（L）+（s）

8

式中：

——為動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)拉伸組合強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

（c）

——為預(yù)應(yīng)力，單位為為兆帕（MPa）；

（s）

——為動(dòng)靜組合動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）。

（L）

9

附表A

（資料性或規(guī)范性附錄）

表A.1至表A.5給出了標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的表格格式。表A.1用于各試驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)試樣尺

寸與最低數(shù)量。表A.2用于采樣編號(hào)。表A.3用于試樣一維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度測(cè)定。

表A.4用于試樣三維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度測(cè)定。表A.5用于試樣動(dòng)靜組合拉伸強(qiáng)度測(cè)定。

下列表格均可根據(jù)實(shí)際需要增加表格行。

表A.1各試驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸與最低數(shù)量

序號(hào)測(cè)定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)尺寸/cm試樣數(shù)量

1一維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度50*50cm5

2三維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度50*50cm15

3動(dòng)靜組合壓縮變形參數(shù)50*50cm15

4一維動(dòng)靜組合拉伸組合強(qiáng)度50*25m5

表A.2.采樣編號(hào)表

送采樣深

煤巖樣編樣度（距試樣描試件面

長(zhǎng)寬高直徑含水率

號(hào)名地表述積

稱(chēng)-m）

10

表A.3一維動(dòng)靜組合壓縮組合強(qiáng)度測(cè)定表

一維

采樣

動(dòng)靜

煤巖深度

送樣試樣試件組合含水

樣編（距長(zhǎng)寬高直徑

名稱(chēng)描述面積壓縮率

號(hào)地表

組合

-m）