ICS 73-010 D 04 GB 中华人民共和国国家标准 GB/T 23561.11—2010 煤和岩石物理力学性质测定方法 第11部分：煤和岩石抗剪强度测定方法 Methods for determining the physical and mechanical properties of coal and rock- Part 11:Methods for determining shear strength of coal and rock 2010-09-26发布 2011-02-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 23561.11—2010 前言 GB/T23561《煤和岩石物理力学性质测定方法》按部分发布，分为16个部分： 第1部分：采样一般规定； 第2部分：煤和岩石真密度测定方法； 第3部分：煤和岩石块体密度测定方法； 第4部分：煤和岩石孔隙率计算方法； 第5部分：煤和岩石吸水性测定方法； 第6部分：煤和岩石含水率测定方法； 第7部分：单轴抗压强度测定及软化系数计算方法； 第8部分：煤和岩石变形参数测定方法； 第9部分：煤和岩石三轴强度及变形参数测定方法； 第10部分：煤和岩石抗拉强度测定方法； 第11部分：煤和岩石抗剪强度测定方法； 第12部分：煤的坚固性系数测定方法； 第13部分：煤和岩石点载荷强度指数测定方法； 第14部分：岩石膨胀率测定方法； 第15部分：岩石膨胀应力测定方法； 第16部分：岩石耐崩解性指数测定方法 本部分是GB/T23561的第11部分。 本部分的附录A、附录B为规范性附录。 本部分由中国煤炭工业协会提出并归口。 本部分起草单位：煤炭科学研究总院开采设计研究分院和煤炭科学研究总院检测研究分院。 本部分主要起草人：齐庆新、李纪青、毛德兵、傅京昱、张学亮。 1 GB/T 23561.11—2010 煤和岩石物理力学性质测定方法 第11部分：煤和岩石抗剪强度测定方法 1范围 GB/T23561的本部分规定了煤和岩石抗剪强度测定方法中涉及的术语和定义、标准试件抗剪强 度测定、非标准试件抗剪强度测定和双面剪切强度测定 本部分适用于煤和岩石抗剪强度测定。其中标准试件抗剪强度测定适用于能加工成标准试件的煤 和岩石；非标准试件抗剪强度测定适用于不能加工成标准试件的软弱煤和岩石；双面剪切强度测定适用 于只测定煤和岩石剪切强度。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB/T23561的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文 件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本 部分。 GB/T23561.7—2009煤和岩石物理力学性质测定方法第7部分：单轴抗压强度测定及软化系 数计算方法 3术语和定义 下列术语和定义适用于GB/T23561的本部分。 3. 1 抗剪强度 shear strength 煤或岩石试件的某截面在一定的法向应力作用下所承受的最大剪应力。 4标准试件抗剪强度测定 4.1仪器设备 仪器设备主要有： a）钻石机、锯石机、磨石机或磨床； b）变角剪切夹具，见图1； 1. 2 4 5 pt 标准试件； 5——变角剪切夹具下座； 1—钢垫板； 2——变角剪切夹具上座； 4圆柱体标准试件剪切模具； 6——滚柱。 图1变角剪切夹具 1 GB/T23561.11—2010 游标卡尺，最小分度值0.02mm； d) 钢板尺； 万能角度尺、百分表架及百分表； f) 水平检测台； g) 材料试验机：精度应不低于1级。加载范围应满足式（1）： 1.25Pmax<P。<5Pmax .(1) 式中： Pmax预计最大破坏载荷，单位为千牛（kN）； P。—材料试验机量程最大值，单位为千牛（kN)。 4.2试件规格 4.2.1标准试件规格 标准试件宜采用直径为48mm~56mm，高度为50mm的圆柱体试件。 4.2.2加工精度 标准试件规格按GB/T23561.7—2009中5.2规定执行。 4.2.3试件数量 试件数量应根据试验方式确定。当取5个以上的剪切角度，每个角度下做1个试件的剪切试验时， 所需试件最少数量为12个。当采取第二种试验方式时，在计算平均值的同时，应计算偏离度。若偏离 度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。 4.2.4试件含水状态 试件含水状态按GB/T23561.7一2009中5.4规定执行。 4.3测定步骤 4.3.1测定前应仔细核对岩样名称和编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态以 及加工过程中出现的问题应进行描述，并填入记录表内，见附录A。 4.3.2在38°～65°范围内选择3个或5个以上剪切角度。按照不同的剪切角度将试件分组编号，并在 试件上画出剪切线。 4.3.3检查试件加工精度，测量试件尺寸，对于圆柱体试件按剪切面的直径、长度各测量两次，取算术 平均值，并填入记录表内。 4.3.4调整材料试验机度盘指针为零，使材料试验机处于工作状态。将已调好角度的变角剪切夹具下 座放在材料试验机上，使其中心线与承压板中心线重合，装上试件并安好夹具上座，调整承压板球形座， 使变角剪切夹具受力均匀。启动材料试验机，施加0.1kN～0.5kN的压力，检查试件及变角夹具放置 位置是否良好，若产生偏离需卸载重调。 4.3.5夹具与试件调整好后，以0.5MPa/s～1.0MPa/s的速率加载直至破坏。加载时，人员应离开 工作台，并采取适当的保护措施。 4.3.6记录破坏载荷及加载过程中出现的现象，对试件的破坏形态进行描述。 4.3.7非干燥试件破坏后，应取出部分碎块立即用塑料袋封存，并尽快测定其含水率，填入记录表内。 4.4数据计算 4.4.1剪切破坏面AB上正应力。和剪应力的计算，见图1。 4.4.1.1单个试件剪切破坏面AB上的正应力α和剪应力t分别按式（2)和（3)计算： .(2) 2 GB/T 23561.11—2010 D sina ·(3) 式中： 正应力，单位为兆帕（MPa）； 一剪应力，单位为兆帕（MPa）； P一一试件剪断破坏载荷，单位为牛（N)； F——剪切面面积，单位为平方毫米（mm²）； 剪切面与水平面的夹角，单位为度（'）。 4.4.1.2每个剪切角度下试件破坏时剪切面上平均正应力。和剪应力t。分别按式（4)和（5)计算： .(4 ) :(5 ) 式中： 每个剪切角度下试件破坏时剪切面上的平均正应力，单位为兆帕（MPa）； 每个剪切角度下试件破坏时剪切面上的平均剪应力，单位为兆帕（MPa）； 每个剪切角度下第i个试件破坏时，剪切面上的正应力，单位为兆帕（MPa）； 每个剪切角度下第i个试件破坏时，剪切面上的剪应力，单位为兆帕（MPa）； 每个剪切角度下一组试件的个数。 4.4.2计算每个试验角度下测定结果的偏离度。 正应力偏离度和剪应力偏离度分别按式（6)和式（7)计算： M×100% .(6) A ..(7) Tp 式中： V. 正应力偏离度； V. 剪应力偏离度； M. 正应力的标准差，按式（8)计算； -0,)2 M. (8) M. 剪应力的标准差，按式（9）计算； (t: t,)2 M. .(9) n 若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。当测定角度在5个以上，每个测角 下只作1个试件的测定时，则不计算测值的平均值和偏离度。 4.4.3绘制煤和岩石抗剪强度曲线。 4.4.3.1将各测定角度下的平均正应力和平均剪应力值画在t-o直角坐标系中，将各值连成曲线，见 图2。A、B、E、D各点分别为不同角度下的平均测值。当测定角度在5个以上，每个测角下只作一个试 件的剪切强度测定时，T-α直角坐标上所标各点为各测角下单个试件的测值。 3