岩石物理性质对单轴抗压强度的影响分析

陈法彬 周爱武

(江苏地质矿产设计研究院，江苏 徐州 221006)

岩石单轴抗压强度就是岩石在无侧限条件下，受轴向载荷达到破坏的极限值，在数值上等于破坏时的最大压应力，为岩石最为重要的力学参数之一。岩石抗压强度通常在实验室内用压力机测得。岩石抗压强度的影响因素很多，例如岩石的生成条件、风化状况、取样条件、试件加工因素、及实验仪器及人为误差等;除上述因素外，岩石本身的物理性质如岩石的块体密度、孔隙率及胶结方式也与其抗压强度有着密切关系，本文主要以大南湖矿区岩样为例，探讨岩石抗压强度与其物理性质之间的关系。

1 试件制备

大南湖矿区选取的试验样品为地质钻孔芯样，岩心直径约5cm，岩性以砂质泥岩、粉砂岩、砂砾岩及细粒砂岩为主，无明显裂隙或解理发育，多为水平层理，产状近水平，无风化，均质性较好，现场采样后及时进行了蜡封，并在运输过程中避免剧烈震荡，故在同一试验条件下，影响抗压强度的其他因素可以得到很好控制。

单轴抗压强度的加工尺寸为Φ50mm×100mm的圆柱体，并用同批试件通过量积法进行块体密度测试，并用破碎机、制样机及分样筛制取岩石颗粒，利用比重瓶法测试岩石颗粒密度，以便计算岩石孔隙率。

2 试验过程与结果

2.1 单轴抗压强度测试

将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使两端面接触均匀;以每秒0.5MPa的速度加荷至试件破坏，记录破坏载荷。

2.2 块体密度测试

ρ——岩石块体密度(g/mm3);

M——试件质量(g);

V——试件体积(mm3)。

2.3 孔隙率测试

首先比重瓶法测定岩石颗粒密度及岩石的自然含水率，利用一下公式测定岩石的孔隙率:

n——岩石孔隙率;

ρk——岩石颗粒密度(g/mm3);

ρ——岩石块体密度(g/mm3);

2.4 岩石单轴抗压强度试验结果及物理性质描述结果如表1所示:

表1 岩石物理性质描述及强度测试结果

序号 岩性 胶结物 胶结方式块体密度 孔隙率 抗压强度(Kg/m3)(%) (MPa)4 细粒砂岩 硅质 基底胶结2548 4.29 121.2 5 细粒砂岩 泥质 孔隙胶结2418 9.94 40.7 6 砂砾岩 泥质 基底胶结2601 5.02 60.0 7 沙质泥岩 钙质 孔隙胶结2291 12.71 47.0 8 沙质泥岩 泥质 孔隙胶结2340 11.01 43.1 9 沙质泥岩 泥质 孔隙胶结2296 13.59 35.9 10 沙质泥岩 泥质 孔隙胶结2301 13.41 42.0 11 沙质泥岩 钙质 孔隙胶结2378 11.92 54.8 12 细粒砂岩 泥质 孔隙胶结2330 13.09 34.7 13 沙质泥岩 泥质 接触胶结2104 18.65 13.6…… …… …… …… …… …… ……

3 试验结果分析

3.1 岩石胶结状况与抗压强度的关系

通过该矿区岩石物理性质及单轴抗压强度结果对比可以看出，沉积岩类的胶结状况与其强度有着密切关系，首先从胶结物成分方面可以看出，硅质胶结的岩石抗压强度最高，而泥质胶结的岩石抗压强度最低，钙质胶结的岩石强度介于硅质与泥质胶结岩石之间;就胶结方式而言，基底胶结的沉积岩石由于其颗粒之间的接触面积较大，岩石较为致密，故而抗压强度最大，孔隙胶结的岩石强度次之，接触胶结的岩石抗压强度最小，多为软岩类。

3.2 岩石块体密度孔隙率与抗压强度关系

岩石块体密度与孔隙率通常也会反映其抗压强度，该矿区岩石块体密度约为2000～2700kg/m3，孔隙率从2.7%到22%不等，随着孔隙率的增大岩石易见疏松，故孔隙率的高低与岩石块体密度的大小密切相关。结果显示，岩石抗压强度随着岩石孔隙率增大，块体密度变小，其抗压强度值也明显变小。

岩石单轴抗压强度对地质钻孔取芯要求较高，鉴于岩石抗压强度与其物理性质的密切关系，可以通过对岩石物理性质的测定，再结合测井结果及岩石沉积条件分析等综合考虑，初步判断岩石抗压强度大小，为接下来的巷道建设及煤矿安全生产提供依据。

[1]孙丽，论述岩石抗拉强度与单轴抗压强度两者之间的联系[J].水利工程，2012(14).