張耀斌， 程紫華， 張 平

（1.華北理工大學礦業(yè)工程學院， 河北 唐山 063009； 2.河北省地礦局第三水文工程地質大隊，河北 衡水 053099）

不同粒度組分巖性對巖石抗拉強度的影響

張耀斌1， 程紫華1， 張 平2

（1.華北理工大學礦業(yè)工程學院， 河北 唐山 063009； 2.河北省地礦局第三水文工程地質大隊，河北 衡水 053099）

將利用華北地臺古生代—新生代巖樣點荷載試驗數(shù)據(jù)反演成巖時期古應力條件。結果表明：抗拉強度最大的為基性巖漿巖，依次為海相石英砂巖、碳酸巖、泥質條帶灰?guī)r、黏土組成的頁巖及粗砂巖；成巖期抗拉強度由所組成礦物強度、粒度組成、級配條件、應力條件及風化程度決定，但礦物組成相同的巖性在成巖期形成的巖石其抗拉強度不同，在成巖期受應力條件影響最大。

華北地臺 地層層序 古應力 點荷載

1 華北地臺巖性描述

華北地臺區(qū)沉積有上古生界青白口系到新生界第四系比較完整的蓋層，地層發(fā)育較為齊全，有太古宙巖石單元，中、新元古界，古生界，中生界和新生界。為分析華北地臺不同巖性的抗拉強度，提供了華北地臺典型地層的巖性組分，其巖性地層簡述如表1所示。

表1 華北地臺巖性簡述表

表2 不同巖組點荷載試驗數(shù)據(jù)（部分）

2 點荷載試驗

點荷載試驗［1-3］巖樣取自柳江盆地從古生界到新生界各個系的巖層，巖樣規(guī)格見表2。測定巖石的抗拉強度采用XD-2點荷載儀，測試遵循《建筑地基基礎技術規(guī)范》（DB42/242—2003）。點荷載試驗對試件尺寸及試驗步驟符合以下規(guī)定：

1）采用巖芯試件作徑向試驗時，試件長度與直徑之比不應小于1，試驗中應將試件放入球圓錐之間，使上下錐端與試件直徑兩端緊密接觸，量測加荷點間距。作軸向試驗時，加載兩點間距與距離之比宜為0.3～1.0，試驗時將試件放入圓錐之間，量測加荷點間距及垂直于加荷方向的試件寬度。

2）采用方塊體或不規(guī)則塊體試件作試驗時，加荷兩點間距宜為30～50 mm，加荷兩點間距與加荷平均寬度之比宜為0.3～1.0；試件長度不應小于加荷兩點間距，試驗時，接觸點距試件自由端的距離不應小于加荷點間距的0.5倍。

3）在加荷過程中穩(wěn)定地施加荷載，使試件在10～60 s內破壞，并記錄破壞荷載。

4）試驗結束后，應描述試件的破壞形態(tài)，破壞面貫穿整個試件并通過兩個加荷點位有效試驗。

5）計算及成果資料整理。按下公式P=CF計算試件破壞荷載。式中：P為試件破壞時總荷載，N；C為儀器標定系數(shù)；F為試件破壞時的油壓表讀數(shù)，MPa。按公式Af=DWf和De2=4Af/π計算試件的破壞面積和等效園直徑的平方值。式中：Af為試件的破壞面面積，mm2；D為在試件破壞面上測量的兩個加荷點之間的距離，mm；Wf為試件破壞面上垂直于加荷點連續(xù)的平均寬度，mm；De為等效圓直徑，為面積與破壞面面積相等的圓的直徑，mm。按公式Is=P/De2計算巖石試件的點荷載強度。式中：Is為試件點荷載強度，MPa；其余符號同前。

將以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理出各個組巖性抗拉強度，如表3所示。

表3 不同巖性抗拉強度均值統(tǒng)計

3 結論

由表4統(tǒng)計分析可知，抗拉強度最大的為輝綠巖；依次為海相石英砂巖、碳酸巖、泥質條帶灰?guī)r、黏土組成的頁巖及粗砂巖。

表4 不同巖性抗拉強度分類

成巖期抗拉強度由所組成礦物強度、粒度組成、級配條件、應力條件及風化程度決定，但礦物組成相同的巖性在成巖期形成的巖石其抗拉強度不同，在成巖期受最大影響來自應力條件。所以以上所得的抗拉強度組合也將代表當時古應力條件。

［1］ 成都地質學院工程地質研究室.XD-2型攜帶式點荷載儀簡介［J］.成都地質學院學報，1983（1）：51-52.

［2］ 李強，林韻梅.不規(guī)則巖板受雙點荷載的應力分析［J］.東北工學院學報，1987（3）：312-316.

［3］ 多功能數(shù)顯點荷載儀［J］.港口工程，1987（3）：48.

（編輯：胡玉香）

Effect of Different Grain Size Fractions and Lithology on Tensile Strength of Rock

ZHANG Yaobin1，CHENG Zihua1，ZHANG Ping2
（1.North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063009；2.Hebei Provincial Bureau of Geology and Hydrogeology and Engineering Geology Third Brigade，Hengshui Hebei 053099）

This paper inverts the paleo-stress condition in the diagenetic stage using the data of North China Craton Paleozoic Cenozoic rock point load inversion.Results show that Mafic igneous rocks having maximum tensile strength successively are marine quartz sandstone，carbonate rock，shale zone limestone，the clay shale and gritstone.The tensile strength of the diagenetic stage is determined by the composition of mineral strength，grain size composition，gradation condition，stress condition and weathering degree.However，the tensile strength of the rock formed in the same rock is different in the formation of the rock，stress conditions are the most influential in the diagenetic stage.

North China Platform，stratigraphic sequence，paleo-stress，point load

P642

A

1672-1152（2016）05-0035-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.13

2016-08-30

張耀斌（1993—），男，大四在讀，所學專業(yè)為固體礦產(chǎn)資源勘查。