叢 穩(wěn)，張啟新

（甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

為了提高礦石物理力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和樣品的代表性，根據(jù)本人幾年來(lái)從事礦石試驗(yàn)的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)礦石野外采樣情況給予一些建議，以供參考。礦石常規(guī)試驗(yàn)主要有：含水率試驗(yàn)、吸水率試驗(yàn)、密度試驗(yàn)（塊體、顆粒）、單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)（天然、干燥、飽和）、抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)（天然、干燥、飽和）、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)（天然、干燥、飽和）、凍融試驗(yàn)（寒冷地區(qū)）等。下面分別對(duì)各種試驗(yàn)方法和試件采制樣加工方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 含水率試驗(yàn)

含水率試驗(yàn)是指試樣在105℃～110℃下烘干時(shí)所失水分的質(zhì)量與烘干試樣質(zhì)量之比，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。試件最小尺寸應(yīng)大于組成礦石中最大礦物顆粒直徑的10倍，每個(gè)試件的質(zhì)量為40g～200g，每組試驗(yàn)試件的數(shù)量應(yīng)為5個(gè)。含水率試驗(yàn)可不單獨(dú)采取，和做力學(xué)試驗(yàn)樣品一起采樣，但需注意密封，防止水分蒸發(fā)。

2 密度試驗(yàn)

密度試驗(yàn)分顆粒密度和塊體密度。顆粒密度是指礦石固體顆粒單位體積的質(zhì)量。顆粒密度試驗(yàn)是將礦石粉碎成細(xì)顆粒后用比重瓶法進(jìn)行試驗(yàn)，做顆粒密度的試樣可不單獨(dú)采樣，可用制備標(biāo)準(zhǔn)件的余料通過(guò)粉碎加工制得。

塊體密度分為天然塊體密度、干燥塊體密度和飽和塊體密度。天然塊體密度是指礦石在天然含水狀態(tài)下的密度；干燥塊體密度是指礦石經(jīng)105℃～110℃溫度條件下烘干，冷卻至常溫后的密度；飽和塊體密度是指礦石在飽和狀態(tài)下的密度。塊體密度試驗(yàn)也不單獨(dú)采樣，可用做力學(xué)試驗(yàn)的樣品，通常采用量積法，也可采用蠟封法。測(cè)濕密度每組試驗(yàn)試件數(shù)量應(yīng)為5個(gè)，測(cè)干密度每組試驗(yàn)試件數(shù)量應(yīng)為3個(gè)。

3 吸水性試驗(yàn)

礦石飽和吸水率采用煮沸法或真空抽氣法強(qiáng)制飽和后測(cè)定。吸水性試驗(yàn)試件尺寸應(yīng)大于礦石中最大顆粒直徑的10倍，最小尺寸不宜小于50mm。試件可采用圓柱體、方柱體或立方體。不規(guī)則試件宜采用邊長(zhǎng)為40mm～60mm的渾圓狀礦石。每組試驗(yàn)試件的數(shù)量應(yīng)為3塊。試件可用抗壓、抗拉、抗剪等試件進(jìn)行，不用單獨(dú)采樣。

4 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

①單軸抗壓強(qiáng)度是指礦石試件在單向受壓至破壞時(shí)，單位面積上所承受的最大壓力。②試件加工要求：試件可用鉆孔巖芯或巖塊制備。試樣在采取、運(yùn)輸和制備過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生裂縫。試驗(yàn)用圓柱體試件直徑宜為50mm±2mm。試件的直徑應(yīng)大于礦石中最大顆粒直徑的10倍。試件高度與直徑之比宜為2.0～2.5。試驗(yàn)的含水狀態(tài)，可根據(jù)需要選擇天然含水狀態(tài)、干燥狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其它含水狀態(tài)。同一含水狀態(tài)和同一加載方向下，每組試驗(yàn)試件的數(shù)量應(yīng)為3塊。③圓柱體巖芯試件長(zhǎng)度：抗壓強(qiáng)度試件數(shù)量每組3塊，累計(jì)長(zhǎng)度為50mm×2mm×3mm=300mm。當(dāng)需做天然、干燥、飽和三種狀態(tài)時(shí)，試件數(shù)量共9塊，累計(jì)長(zhǎng)度為900mm。

圖1 抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試件

5 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

①礦石試樣在單向受拉條件下，受拉面上能夠承受的最大拉應(yīng)力?？估瓘?qiáng)度試驗(yàn)常采用劈裂法。②試件加工要求：試件可用鉆孔巖心或巖塊制備，試樣在采取、運(yùn)輸和制備過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生裂縫。圓柱體試件直徑宜為50mm±2mm。試件高度宜為直徑的0.5倍～1.0倍，并應(yīng)大于礦石中最大顆粒直徑的10倍。試驗(yàn)的含水狀態(tài)，可根據(jù)需要選擇天然含水狀態(tài)、烘干狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其它含水狀態(tài)。同一含水狀態(tài)和同一加載方向下，每組試驗(yàn)試件的數(shù)量應(yīng)為3塊。③圓柱體巖芯試件長(zhǎng)度：抗拉強(qiáng)度試件數(shù)量每組3塊，累計(jì)長(zhǎng)度為50mm×1mm×3mm=150mm。當(dāng)需做天然、干燥、飽和三種狀態(tài)時(shí)，試件數(shù)量共9塊，累計(jì)長(zhǎng)度為450mm。

圖2 抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試件

6 直剪試驗(yàn)

①礦石直剪試驗(yàn)主要求礦石抗剪強(qiáng)度，是指礦石在剪切破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。②試件加工要求：礦石直剪試驗(yàn)試件的直徑或邊長(zhǎng)不得小于50mm，試件高度應(yīng)與直徑或邊長(zhǎng)相等?；炷僚c礦石接觸面直剪試驗(yàn)試件宜為正方體，邊長(zhǎng)不宜小于150mm。試驗(yàn)的含水狀態(tài)，可根據(jù)需要選擇天然含水狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其它含水狀態(tài)。每組試驗(yàn)試件的數(shù)量應(yīng)為5個(gè)。③圓柱體巖芯試件長(zhǎng)度：抗剪強(qiáng)度試件數(shù)量每組5塊，累計(jì)長(zhǎng)度為50mm×1mm×5mm=250mm。當(dāng)需做天然、干燥、飽和三種狀態(tài)時(shí)，試件數(shù)量共15塊，累計(jì)長(zhǎng)度為750mm。

7 凍融試驗(yàn)

①礦石凍融試驗(yàn)主要求抗凍系數(shù)，是指礦石凍融后干燥抗壓強(qiáng)度與凍融前干燥抗壓強(qiáng)度的比值。②試件加工要求：試樣在采取、運(yùn)輸和制備過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生裂縫。圓柱體試件直徑宜為50mm±2mm。試件的直徑應(yīng)大于礦石中最大顆粒直徑的10倍。試件高度與直徑之比宜為2.0倍～2.5倍。同一加載方向下，每組試驗(yàn)試件的數(shù)量應(yīng)為6塊。③圓柱體巖芯試件長(zhǎng)度：凍融試驗(yàn)試件數(shù)量為6塊，累計(jì)長(zhǎng)度為50×2×6=600mm。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)各種試驗(yàn)項(xiàng)目所需試件進(jìn)行歸納，可以看出礦石試件必須保證足夠數(shù)量，才能得出符合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更好地反映巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，為設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。上述僅為試樣加工后進(jìn)行試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件的規(guī)格數(shù)量，野外采樣應(yīng)為這些數(shù)量的1.5倍，主要考慮室內(nèi)鉆切磨的加工損失。因此，為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有代表性，采樣方法要嚴(yán)格控制，采樣數(shù)量要有保證，只有這樣實(shí)驗(yàn)室才能按規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)才有應(yīng)用價(jià)值。而實(shí)際工作中經(jīng)常遇到野外所采礦石樣品數(shù)量不足，只能保證一組試驗(yàn)僅能加工1塊～2塊試件，數(shù)據(jù)沒(méi)有代表性。