钻孔剪切力学参数表征修正方法及其实验研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 5; pp. 2257 - 2269
• Main Authors: 张玉江, 郝武帅, 冯国瑞, 崔炳渊, 王千, 王怡宁, 朱德福, 袁红辉, 吴祥业
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024 01.05.2024; 山东能源集团博士后科研工作站,山东济南 250014%太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024%煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院,北京 100013%内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古包头 014010
• Subjects: 钻孔剪切试验; shear strength; 原位测试; 修正方法; in-situ test; 力学参数; borehole shear test; remediation method; mechanical parameters; 剪切强度
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.1775

TD324; 钻孔剪切法是现场快速实测岩石抗剪强度的重要方法,但因测量误差较大导致其应用受限.通过对钻孔剪切原理及研究成果分析,发现了不完全剪切是岩石钻孔剪切试验误差大的原因,提出了基于压、剪不等面积的钻孔剪切法修正方法.设计实验装置开展钻孔剪切模拟试验,研究了不同剪切板参数下砂岩剪切力学参数表征规律,证明了所提方法的有效性和修正效果,最后通过文献数据验证了该方法的适用性.具体结果如下:①岩石钻孔剪切试验误差大的根本原因是受压面积和剪切面积选取失真且不相等,实际剪切破坏面积小于剪切齿齿间面积,且不同剪切齿长度情况下修正受压面积和剪切面积均随法向力的增大线性增大.基于剪切齿参数、受压面积和剪切面积的关系式,提出了钻孔剪切法修正方法.②岩石钻孔剪切的剪应力-剪切位移曲线可分为压密阶段、似弹性变形阶段、塑性变形阶段和峰后阶段.随法向力增大,不同剪切板参数下正应力、剪应力和剪切刚度均增大,达到剪应力峰值时的位移减小.钻孔剪切参数与剪切力学参数表征值之间存在明显规律.随剪切齿齿长的增加,黏聚力线性增大,内摩擦角呈二次函数增大.随剪切板面积的增加,黏聚力线性增大,内摩擦角呈二次函数减小.③剪切齿齿长和剪切板面积增大可在一定程度上减少测量偏差.剪切齿齿长从 1.0 mm增大到 2.5 mm,黏聚力和内摩擦角测量值的总偏差从 62.96%降低到 19.91%,总修正提升值从 30.8%提高到 74.1%;剪切板面积从 400 mm2增大到 520 mm2,黏聚力和内摩擦角测量值的总偏差从 64.07%降低到 37.69%,总修正提升值从39.56%提高到 56.05%.实验和文献数据验证均表明,本修正方法可以使钻孔剪切法测得的黏聚力和内摩擦角准确度分别提升约50%和6%.