摘要：岩石物理性质的研究对于各种其他工作有着支持作用，可以促进考古工作，地质开发等工作的进行，因而有着重要的意义。文章分析了岩石的物理性质会对单轴抗压强度产生的影响，希望可以给有关从业人员以启发。分析岩石胶结方式，块体密度，孔隙率等对岩石单轴抗压强度的影响，为进一步的研究对各类建筑物提供承载力提供参考。
关键词：岩石性质；物理性质；单轴抗压
1、前言
文章采用了不同的取样方式来对岩石的物理性质进行确定，随后对其进行单轴抗压分析，通过不同物理性质的岩石在受到单轴压力时的反应来对其单轴抗压强度进行确认。
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2、研究背景
近年来，许多研究者应用CT技术对岩石的破裂过程进行了研究，自从Withjack在20世纪80年代后期将CT扫描技术应用于地质材料特性研究以来，CT扫描技术便开始广泛地应用于地学和岩土工程领域的研究｡杨更社等旧｡分析了岩石CT图像的CT数分布特征，即无裂隙时CT数直方图呈现单峰曲线特点，有裂隙或空洞发育时直方图呈现多峰曲线特点｡葛修润等Ho利用三轴加载设备进行了三轴和单轴压缩下的煤岩试件细观损伤扩展情况的CT动态即时扫描试验，实现了不卸载扫描，从细观尺度上证实了岩石的疲劳破坏存在门槛值｡本文采用CT扫描技术研究软岩（黏土岩以下同）和硬岩（大理岩以下同）初始损伤后对其单轴抗压强度的影响｡本试验中计算机断面X一射线CT测试采用长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室的SomatomCT系统､德国西门子公司生产的Sensation40型医用螺旋CT机，空间分辨率40层｡岩石cT数的定量分析为进一步把CT数和岩石损伤变量联系起来，为定量分析奠定了基础旧J｡CT数越大，岩样受损程度越小；CT数越小，岩样受损程度越大｡用CT对所取得的岩样进行扫描，每个岩样从顶部到底部均匀间隔选取约5个扫描横断面，获得岩样不同横断面上的CT数分布｡对每个断面上的cT数目分布进行统计，按照同心圆的数量进行记录，这一过程是由内向外的，随后获得平均数和方差｡小及其cT数方差的大小，初步确定岩样的损伤范础围及相对损伤程度｡限于篇幅，本文只对软硬岩岩样的最外圈CT数进行统计分析｡除个别岩样外（2号），c孔和D孔各统计圆上的平均CT数都要明显大于Y孔岩样，且从C，D两孔中所取得的各个岩样平均CT数相差不大，而Y孑L中所取得的岩样则波动很大，表明岩样个体差别较大，这说明无损取样C，D两孔中的岩样初始损伤的程度明显比Y孑L岩样低｡统计时发现，岩样的内圈和次内圈也表现出和外圈､中圈类似的规律，说明Y孔岩样整个都受到了较为严重的取样损伤｡通过对无损取样孔和常规取样孔所取得的岩样的CT扫描分析，可以初步认为，岩样中圈（即cir3，从cirl往里计数）以内的部分较少地受到取样损伤的影响｡基于MTS815岩石力学试验系统，一共进行7个岩样（包括无损取样和常规取样）的单轴压缩试验，从而获取其单轴抗压强度｡从表2可以看到，无损取样的大理岩单轴抗压强度在95.2~107.6MPa之间，平均值为98.4MPa｡常规取样大理岩的单轴抗压强度在95.4—96.3MPa之间，平均值为95.9MPa｡这与cT试验结果是一致的，无损取样的大理岩CT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值｡体现了岩石初始受损程度影响其单轴抗抗压强度值｡
3、制备试件
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｡
4、试验和结果
获取岩土初始受损程度对岩石力学性质的影响，采用CT扫描技术对软岩（黏土岩）和硬岩（大理岩）的初始受损程度及其对单轴抗压强度的影响进行了研究｡软岩受损是通过不同的保护条件使岩石受到损伤，硬岩受损是通过取样方式的不同致使岩样受损｡CT扫描试验研究表明混凝土保护条件下受损软岩岩样的cT平均数最高，天然敞露条件下的次之，干湿循环条件下的最低，cT平均数高的对应的岩石单轴抗压强度就越高，CT平均数低的对应岩石单轴抗压强度也越低，受损程度不同的软岩cT平均数呈现一定的规律性｡采用无损取样的硬岩岩样初始损伤的程度明显比常规取样的硬岩岩样初始损伤程度低｡硬岩岩石的初始受损程度影响其抗压强度，无损取样的大理岩cT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值｡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｡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｡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｡过分析软岩在天然敞露试验区､干湿循环试验区以及混凝土3种不同保护条件下试验区受损岩样的CT扫描试验成果，得知天然敞露试验区开挖1m且自然放置4个月后的岩样的平均cT数明显低于开挖后后即时取岩样的cT平均数，这说明岩样的受损程度受长时间的风化作用的影响；通过比较天然敞露保护区､干湿循环保护区及混凝土保护区不同深度处岩块的cT扫描试验成果，结果表明岩样受损程度随深度的增加无显著变化｡且混凝土保护区岩样的CT平均数最高，天然敞露试验区的次之，干湿循环试验区的最低，受损程度不同的黏土岩CT平均数呈现一定的规律性｡通过分析硬岩由于不同取样方式致使岩样受损的CT扫描试验成果得知：采用无损取样的岩样初始损伤的程度明显比常规取样的岩样初始损伤程度低；岩石的初始受损程度影响其力学性质单轴抗压强度｡无损取样的大理岩CT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值｡
5、结束语
不同物理性质的岩石在单轴抗压强度的表现方面有所不同，其中胶结情况就对岩石有着较高的抗压强度影响，泥质胶结则表现出较弱的强度｡
参考文献：
[1]杨本生.裂隙面摩擦系数变化对大理岩单轴抗压强度的影响[J].公路与汽运，2019（2）：73-76.
[2]韩飞.基于量纲分析的岩石相似材料配比研究[J].煤矿安全，2019，50（3）：44-48.
论文作者:武甲衍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：抗压强度论文; 岩石论文; 大理论文; 物理性质论文; 程度论文; 损伤论文; 孔隙论文; 《基层建设》2019年第16期论文;