矿山地质勘查中矿石物理力学试验用样品采制样方法简介

丛 稳，张启新

（甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000）

为了提高矿石物理力学试验数据的准确性和样品的代表性，根据本人几年来从事矿石试验的工作经验，对矿石野外采样情况给予一些建议，以供参考。矿石常规试验主要有：含水率试验、吸水率试验、密度试验（块体、颗粒）、单轴抗压强度试验（天然、干燥、饱和）、抗拉强度试验（天然、干燥、饱和）、抗剪强度试验（天然、干燥、饱和）、冻融试验（寒冷地区）等。下面分别对各种试验方法和试件采制样加工方法进行简要介绍。

1 含水率试验

含水率试验是指试样在105℃～110℃下烘干时所失水分的质量与烘干试样质量之比，以质量分数表示。试件最小尺寸应大于组成矿石中最大矿物颗粒直径的10倍，每个试件的质量为40g～200g，每组试验试件的数量应为5个。含水率试验可不单独采取，和做力学试验样品一起采样，但需注意密封，防止水分蒸发。

2 密度试验

密度试验分颗粒密度和块体密度。颗粒密度是指矿石固体颗粒单位体积的质量。颗粒密度试验是将矿石粉碎成细颗粒后用比重瓶法进行试验，做颗粒密度的试样可不单独采样，可用制备标准件的余料通过粉碎加工制得。

块体密度分为天然块体密度、干燥块体密度和饱和块体密度。天然块体密度是指矿石在天然含水状态下的密度；干燥块体密度是指矿石经105℃～110℃温度条件下烘干，冷却至常温后的密度；饱和块体密度是指矿石在饱和状态下的密度。块体密度试验也不单独采样，可用做力学试验的样品，通常采用量积法，也可采用蜡封法。测湿密度每组试验试件数量应为5个，测干密度每组试验试件数量应为3个。

3 吸水性试验

矿石饱和吸水率采用煮沸法或真空抽气法强制饱和后测定。吸水性试验试件尺寸应大于矿石中最大颗粒直径的10倍，最小尺寸不宜小于50mm。试件可采用圆柱体、方柱体或立方体。不规则试件宜采用边长为40mm～60mm的浑圆状矿石。每组试验试件的数量应为3块。试件可用抗压、抗拉、抗剪等试件进行，不用单独采样。

4 单轴抗压强度试验

①单轴抗压强度是指矿石试件在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压力。②试件加工要求：试件可用钻孔岩芯或岩块制备。试样在采取、运输和制备过程中应避免产生裂缝。试验用圆柱体试件直径宜为50mm±2mm。试件的直径应大于矿石中最大颗粒直径的10倍。试件高度与直径之比宜为2.0～2.5。试验的含水状态，可根据需要选择天然含水状态、干燥状态、饱和状态或其它含水状态。同一含水状态和同一加载方向下，每组试验试件的数量应为3块。③圆柱体岩芯试件长度：抗压强度试件数量每组3块，累计长度为50mm×2mm×3mm=300mm。当需做天然、干燥、饱和三种状态时，试件数量共9块，累计长度为900mm。

图1 抗压强度标准试件

5 抗拉强度试验

①矿石试样在单向受拉条件下，受拉面上能够承受的最大拉应力。抗拉强度试验常采用劈裂法。②试件加工要求：试件可用钻孔岩心或岩块制备，试样在采取、运输和制备过程中应避免产生裂缝。圆柱体试件直径宜为50mm±2mm。试件高度宜为直径的0.5倍～1.0倍，并应大于矿石中最大颗粒直径的10倍。试验的含水状态，可根据需要选择天然含水状态、烘干状态、饱和状态或其它含水状态。同一含水状态和同一加载方向下，每组试验试件的数量应为3块。③圆柱体岩芯试件长度：抗拉强度试件数量每组3块，累计长度为50mm×1mm×3mm=150mm。当需做天然、干燥、饱和三种状态时，试件数量共9块，累计长度为450mm。

图2 抗拉强度标准试件

6 直剪试验

①矿石直剪试验主要求矿石抗剪强度，是指矿石在剪切破坏时所能承受的最大应力。②试件加工要求：矿石直剪试验试件的直径或边长不得小于50mm，试件高度应与直径或边长相等。混凝土与矿石接触面直剪试验试件宜为正方体，边长不宜小于150mm。试验的含水状态，可根据需要选择天然含水状态、饱和状态或其它含水状态。每组试验试件的数量应为5个。③圆柱体岩芯试件长度：抗剪强度试件数量每组5块，累计长度为50mm×1mm×5mm=250mm。当需做天然、干燥、饱和三种状态时，试件数量共15块，累计长度为750mm。

7 冻融试验

①矿石冻融试验主要求抗冻系数，是指矿石冻融后干燥抗压强度与冻融前干燥抗压强度的比值。②试件加工要求：试样在采取、运输和制备过程中应避免产生裂缝。圆柱体试件直径宜为50mm±2mm。试件的直径应大于矿石中最大颗粒直径的10倍。试件高度与直径之比宜为2.0倍～2.5倍。同一加载方向下，每组试验试件的数量应为6块。③圆柱体岩芯试件长度：冻融试验试件数量为6块，累计长度为50×2×6=600mm。

8 结语

通过上述对各种试验项目所需试件进行归纳，可以看出矿石试件必须保证足够数量，才能得出符合实际的实验数据，更好地反映岩体的物理力学性质，为设计提供可靠的数据支持。上述仅为试样加工后进行试验的标准试件的规格数量，野外采样应为这些数量的1.5倍，主要考虑室内钻切磨的加工损失。因此，为了保证试验数据具有代表性，采样方法要严格控制，采样数量要有保证，只有这样实验室才能按规范要求进行试验，试验数据才有应用价值。而实际工作中经常遇到野外所采矿石样品数量不足，只能保证一组试验仅能加工1块～2块试件，数据没有代表性。