[科普中國]-破斷面

巖石破斷面力學性質(zhì)

巖石破斷面摩擦性能研究的目的在于尋找破斷面在法向壓力作用下抵抗切向力的能力所遵循的規(guī)律，建立破斷面上的法向壓應力與摩擦（剪切）應力之間的數(shù)量關(guān)系。

破斷面的摩擦性能是該面受力后諸多因素變化的綜合反映，描述破斷面的力學性質(zhì)，可以選取破斷面粗糙度系數(shù)、破斷面壁面抗壓強度和基本摩擦角這3個參數(shù)，它們的物理含義等同于描述裂隙力學性質(zhì)的節(jié)理粗糙度系數(shù)、節(jié)理壁面抗壓強度。對砂巖張拉破斷面的測試結(jié)果見表11。

載荷對破斷面粗糙度系數(shù)的影響破斷面在法向壓力（為保持包含破斷面試件的穩(wěn)定性，一般施加的法向壓應力為巖石的單軸抗壓強度）的作用下，粗糙程度和壁面抗壓強度會發(fā)生變化。粗糙度系數(shù)的變化在低應力水平就可以發(fā)生，隨著壓應力的增加，變化量逐漸減小，應力超過3MPa后基本保持在6左右；而壁面抗壓強度在應力低于0.1時變化不大，應力在0.1-0.5的范圍時，隨著壓應力的增加明顯減小，應力在0.5-0.7范圍內(nèi)，壁面抗壓強度維持在一個恒定的值。對于細砂巖，壁面抗壓強度最終維持在初始值的80%2。

砂巖破斷面的摩擦規(guī)律砂巖破斷面摩擦實驗試件的尺寸為10cmX10cmX10cm，所含張拉破斷面為10cmX10cm。摩擦性質(zhì)實驗由直接剪切儀完成。三類砂巖破斷面的摩擦實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

把砂巖破斷面在不同法向應力測得的摩擦應力實驗值描述在坐標系中，可得到相應的摩擦規(guī)律曲線。圖3-圖5給出了細、中、粗3種砂巖的相關(guān)關(guān)系1。

總結(jié)1.砂巖破斷面的粗糙程度隨法向力的增加而有所減小，因此工程中砂巖破斷面粗糙度系數(shù)與其所受力的作用歷史有關(guān)。這一點對基本頂塊體結(jié)構(gòu)中周期破斷影響范圍以內(nèi)的塊體接觸面十分重要。

2.砂巖破斷面的基本摩擦角平均可取30°；不同種類的砂巖，其破斷面的粗糙度系數(shù)和壁面抗壓強度會有所變化。

3.砂巖破斷面的摩擦規(guī)律可以用N. Burton的摩擦準則表示，破斷面的摩擦系數(shù)與該面所受法向應力呈反變關(guān)系。

4.實驗所得砂巖破斷面的摩擦規(guī)律，可以用于采煤工作面基本頂中面接觸塊體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性判斷以及頂板來壓強度計算1。