李地元，蔡榮廳，余一松，王勇兵，李華華

1) 中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083 2) 長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，長(zhǎng)沙 410019 3) 云南馳宏鋅鍺股份有限公司會(huì)澤礦業(yè)分公司，會(huì)澤 654200

巖石的基本力學(xué)性質(zhì)，如單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等，是所有巖石工程中都要用到的重要基本力學(xué)參數(shù)，也是礦山取樣和工程勘探測(cè)評(píng)巖體強(qiáng)度時(shí)最常用的參數(shù)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響到工程的安全及造價(jià)[1].實(shí)驗(yàn)室獲取巖石強(qiáng)度方面，最常用的方法是單軸壓縮試驗(yàn)、單軸拉伸試驗(yàn)(或巴西劈裂試驗(yàn))和三軸壓縮試驗(yàn)等，采用巖芯加工圓柱體試樣進(jìn)行巖石強(qiáng)度的指標(biāo)測(cè)試[2].然而，對(duì)于深部高地應(yīng)力下的巖石，由于鉆孔過(guò)程中的巖芯餅化、原生節(jié)理裂隙發(fā)育等造成巖體結(jié)構(gòu)的不完整性，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)取芯難以獲得標(biāo)準(zhǔn)試件.由于無(wú)法正常取出完整巖芯或者巖石試件無(wú)法加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，使得采用常規(guī)的巖石試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定其強(qiáng)度的試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，巖石強(qiáng)度的確定成為一個(gè)工程實(shí)際難題[3].而點(diǎn)載荷試驗(yàn)不需要標(biāo)準(zhǔn)試樣，可以對(duì)不規(guī)則試樣進(jìn)行測(cè)試，其裝置簡(jiǎn)單、易于攜帶，并可在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，是一種簡(jiǎn)易快速的測(cè)定巖石強(qiáng)度質(zhì)保的試驗(yàn)方法[4].

礦巖體強(qiáng)度是巖石力學(xué)中最基本的參數(shù)，是研究礦石開(kāi)采、沖擊地壓以及巷道支護(hù)等必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)[5].礦石的單軸抗壓強(qiáng)度等直接反應(yīng)了礦體的力學(xué)特性，可以通過(guò)點(diǎn)載荷試驗(yàn)來(lái)間接獲取其單軸抗壓及抗拉強(qiáng)度.在探索巖石點(diǎn)載荷強(qiáng)度方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了諸多研究.Li和Wong[6]對(duì)變質(zhì)粉砂巖和變質(zhì)砂巖樣品進(jìn)行了徑向和軸向點(diǎn)載荷試驗(yàn)研究，獲得強(qiáng)變質(zhì)巖的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)及其與單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系.文磊等[7]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和損傷力學(xué)原理，提出了一種新的巖體損傷度計(jì)算方法，即點(diǎn)荷載強(qiáng)度計(jì)算方法，為了驗(yàn)證該方法的可靠性和準(zhǔn)確性，以及這種方法計(jì)算的巖體損傷度與巖體完整性指數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)行了一系列理論推導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)巖體聲波測(cè)試與實(shí)驗(yàn)室?guī)r石聲波測(cè)試.張顯良等[8]通過(guò)巖石徑向和軸向點(diǎn)載荷強(qiáng)度測(cè)試，介紹了軟巖點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的有關(guān)測(cè)試方法.和盧斌等[9]通過(guò)分析點(diǎn)載荷與單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，得出通過(guò)點(diǎn)載荷強(qiáng)度確定單軸抗壓強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式.盛佳等[10]通過(guò)工程巖體分級(jí)方法、國(guó)際巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)會(huì)（ISRM）推薦的方法和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法比較，確定合理的計(jì)算方法.劉泉聲等[11]從隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）破巖產(chǎn)生的巖渣中挑選塊狀試樣進(jìn)行點(diǎn)荷載試驗(yàn)，同時(shí)在產(chǎn)生巖渣的相應(yīng)位置鉆取巖芯獲取點(diǎn)荷載強(qiáng)度，與單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果表明：巖渣中的巖塊受到滾刀作用產(chǎn)生的損傷強(qiáng)度值有所下降，為完整取芯試樣的63.25%，原巖越完整受損程度越大.劉剛等[12]通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了花崗巖、細(xì)砂巖、黃砂巖、玄武巖、粉砂巖、紅磚在點(diǎn)載荷作用下的位移?載荷曲線(xiàn),得到了6種巖石力學(xué)特性和塑性特征.Panek和 Fannon[13]通過(guò)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)點(diǎn)載荷試樣與單軸壓縮試樣的破壞模式相似，提出利用點(diǎn)載荷強(qiáng)度預(yù)測(cè)各向異性巖石單軸抗壓強(qiáng)度的方法.Kahraman[14]研究了抗壓強(qiáng)度小于50 MPa的火山碎屑巖抗壓強(qiáng)度與點(diǎn)載荷強(qiáng)度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了在干巖石、飽和巖石中存在很強(qiáng)的指數(shù)關(guān)系.國(guó)內(nèi)外學(xué)者的諸多研究主要從巖性、破壞模式等方面，通過(guò)規(guī)則或不規(guī)則的試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度確定單軸抗壓強(qiáng)度與點(diǎn)載荷強(qiáng)度之間的關(guān)系[15]，也證明了試樣在點(diǎn)載荷加載下，其破壞主要是由加載軸上的切向拉應(yīng)力引起的.不同形狀尺寸的試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)較為明顯，在許多的點(diǎn)載荷強(qiáng)度中往往只采用了固定的修正系數(shù)優(yōu)化，忽略了修正指數(shù)對(duì)點(diǎn)載荷強(qiáng)度的影響.

本文以礦山爆破后形狀尺寸分布差異性較大的巖塊與礦塊為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)不同修正方式下試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度的分布特性進(jìn)行研究，得到兩種修正情況下的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)，解決現(xiàn)場(chǎng)試樣采集困難導(dǎo)致巖石力學(xué)參數(shù)難以獲取的難題.

1 點(diǎn)載荷儀器與試驗(yàn)方法

1.1 點(diǎn)載荷試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)主要采用LFDT-D1型數(shù)顯巖石點(diǎn)載荷試驗(yàn)儀，如圖1(a)所示，其球端圓錐狀壓板球面曲率半徑為 5 mm，圓錐的頂角為 60°.點(diǎn)載荷試驗(yàn)儀器包括：加載系統(tǒng)搖式油泵、承壓框架與球端園錐狀壓板，傳感系統(tǒng)由位移傳感器連接點(diǎn)載荷壓板與電子顯示油壓表組成.

圖1 巖石點(diǎn)載荷試驗(yàn)設(shè)備及試樣尺寸.(a)點(diǎn)載荷試驗(yàn)儀;(b)標(biāo)準(zhǔn)試樣與不規(guī)則試樣尺寸示意圖Fig.1 Point load test equipment and sample size: (a) point load test instrument; (b) standard sample size and irregular sample size

1.2 點(diǎn)載荷測(cè)試與計(jì)算方法

點(diǎn)載荷強(qiáng)度試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)易快速的測(cè)定巖石強(qiáng)度的試驗(yàn)方法[16].根據(jù)國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)點(diǎn)載荷測(cè)試方法，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試樣和不規(guī)則試樣進(jìn)行點(diǎn)載荷試驗(yàn)時(shí)要求試樣的塊體高度D與垂直于加載方向的最小寬度W的比值為0.3～1.2時(shí)，均可近似認(rèn)為滿(mǎn)足工程需要[17].

點(diǎn)載荷強(qiáng)度是研究礦巖強(qiáng)度的重要數(shù)之一.在使用不規(guī)則尺寸試樣進(jìn)行點(diǎn)載荷試驗(yàn)時(shí)，將試樣放置于上、下加荷點(diǎn)的中心，并使其加荷面垂直于加荷點(diǎn)的連線(xiàn)[18?19].使用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣破壞前與加荷方向垂直的最小寬度W、試樣塊體中心到長(zhǎng)邊的距離L和加荷點(diǎn)間距D，記錄試樣破壞后的峰值荷載P.標(biāo)準(zhǔn)試樣與不規(guī)則試樣尺寸示意如圖1(b)所示.

未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)[7?13]為：

修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)[7?13]為

其中，Is為點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)，MPa；P為破壞荷載，kN；De為等效標(biāo)準(zhǔn)試樣（Φ50 mm×100 mm）的直徑；Is50為修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度，MPa；f為不規(guī)則試樣的修正系數(shù).

由于不規(guī)則試樣的尺寸效應(yīng)與形狀效應(yīng)，不同的修正方式所得結(jié)果直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性.褚占杰等[20]指出修正系數(shù)與等效直徑和修正指數(shù)有關(guān)，如式(4)所示；另外盛佳等研究人員[11]指出修正系數(shù)與等效直徑的關(guān)系，如式(5)所示.因此，幾何修正系數(shù)的計(jì)算可分為兩種：

式(4)中，m為修正系數(shù)指數(shù).在工程上確定標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣的修正指數(shù)為0.5，塊體大小約為50 mm的試樣通常取0.45.形狀大小不規(guī)則的試樣m=2(1?n)，n取 lgD2e?lgP趨勢(shì)線(xiàn)關(guān)系的斜率[19?20].

試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的算術(shù)平均值為

其中，Is為試樣平均點(diǎn)載荷強(qiáng)度，MPa；Isi為第i個(gè)試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度，MPa；n為有效試樣個(gè)數(shù)，當(dāng)一組有效數(shù)據(jù)低于15個(gè)時(shí)，舍去最高值與最低值，n=有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)?2，當(dāng)一組有效數(shù)據(jù)高于15個(gè)時(shí)，舍去兩個(gè)最高值與最低值，n=有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)?4[21].

試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差M為

2 點(diǎn)載荷試驗(yàn)測(cè)試

2.1 試驗(yàn)取樣

取樣區(qū)域?yàn)樵颇鲜?huì)澤縣的鉛鋅礦山.從該礦山深部采場(chǎng)采集爆破后直接形成的不規(guī)則碎屑礦塊和下盤(pán)圍巖巖塊(主要為白云巖)、礦塊(主要為氧化礦)試樣.采集樣品時(shí)，對(duì)每塊試樣進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)，確保采集試樣無(wú)明顯斷裂、開(kāi)裂等.現(xiàn)場(chǎng)采集的60個(gè)試樣如圖2所示.

圖2 不規(guī)則尺寸試樣.(a) 巖石試樣;(b) 礦石試樣Fig.2 Irregular-sized sample: (a) rock sample; (b) ore sample

2.2 點(diǎn)載荷測(cè)試結(jié)果

對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)與篩選，為了減小尺寸效應(yīng)對(duì)結(jié)果影響，可剔除極大或極小的試驗(yàn)樣品.對(duì)表面比較粗糙的巖塊略加抹平，并且使用巖石點(diǎn)載荷試驗(yàn)儀對(duì)所有試樣進(jìn)行點(diǎn)載荷加載試驗(yàn).巖塊試樣和礦塊試樣的測(cè)試結(jié)果分別如表1和表2所示.

根據(jù)表1和表2，將未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度Is、采用f1修正得到的點(diǎn)載荷強(qiáng)度Is50-1和采用f2修正得到的點(diǎn)載荷強(qiáng)度Is50-2中最大和次大及最小和次小的兩個(gè)數(shù)據(jù)均視為失效數(shù)據(jù).如表1，Is的失效數(shù)據(jù)為試樣數(shù)據(jù) 1，3，21，27；Is50-1的失效數(shù)據(jù)為試樣數(shù)據(jù) 2，6，28，30；Is50-2的失效數(shù)據(jù)為試樣數(shù)據(jù)3，21，27，28.統(tǒng)計(jì)累計(jì)失效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為 8 個(gè)，則試樣有效數(shù)據(jù)為22個(gè)，以此類(lèi)推，得到表2中試樣的有效數(shù)據(jù)為22個(gè).

表1 不同尺寸和形狀巖塊試樣點(diǎn)載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果Table 1 Results of the point load test for rock samples of different sizes and shapes

表2 不同尺寸和形狀礦塊試樣點(diǎn)載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果Table 2 Results of the point load test for ore block samples of different sizes and shapes

表中，測(cè)試數(shù)據(jù)D、L、W由精度為0.01 mm的電子游標(biāo)卡尺直接測(cè)得；等效直徑De、Is由(1)與式(2)計(jì)算得出.對(duì)于修正系數(shù)f2的值，可根據(jù)等效直徑De的值代入式(5)中直接計(jì)算得出；修正系數(shù)f1的值，通過(guò)已經(jīng)獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算P、D2e的數(shù)值，得到 lgP和 lgD2e，將所得兩組數(shù)值導(dǎo)入Origin繪制出散點(diǎn)圖，得 lgD2e?lgP的趨勢(shì)線(xiàn)關(guān)系，如圖3所示.巖塊試樣的趨勢(shì)線(xiàn)方程為y=0.171x+2.741,礦塊試樣的趨勢(shì)線(xiàn)方程為y=0.309x+2.405.由趨勢(shì)線(xiàn)關(guān)系斜率確定m，再根據(jù)式(4)算出f1的值.

圖3 試樣l g D2e?lgP的趨勢(shì)線(xiàn)關(guān)系.(a) 巖塊試樣；(b) 礦塊試樣Fig.3 Fitting relationship between lg D 2e?lgP: (a) rock samples； (b) ore samples

3 結(jié)果分析與討論

3.1 點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)與等效直徑的關(guān)系

未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度與等效直徑的關(guān)系如圖4所示，未修正的礦樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度基本小于巖樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度.隨著試樣等效直徑增大，點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)呈減小趨勢(shì)，且?guī)r樣的變化趨勢(shì)較礦樣的大.

圖4 未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度與等效直徑的關(guān)系Fig.4 Relationship between the uncorrected point load strength and equivalent diameter

修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度與等效直徑的關(guān)系如圖5所示，ΔIs50為兩種修正系數(shù)修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的差值(即ΔIs50=Is50-1?Is50-2).由圖5可以看出，巖樣修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)主要集中在0.5～2.5 MPa，礦樣修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)主要集中在0.1～0.6 MPa之間，修正后的結(jié)果依然離散性較大，且隨著等效直徑的增大，ΔIs50的值逐漸減??；當(dāng)?shù)刃е睆降扔?0 mm時(shí)，ΔIs50等于零，此時(shí)巖樣 ΔIs50≈1.26MPa ,礦樣 ΔIs50≈0.34MPa；當(dāng)?shù)刃е睆酱笥?0 mm時(shí)，ΔIs50反向增大，說(shuō)明當(dāng)試樣等效直徑為50 mm左右時(shí)，所得的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的修正結(jié)果最為準(zhǔn)確.

圖5 修正后的試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)與等效直徑的關(guān)系.(a) 巖塊試樣；(b) 礦塊試樣Fig.5 Relationship between the corrected point load strength index and equivalent diameter of the samples: (a) rock samples; (b) ore samples

3.2 點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的分布規(guī)律

根據(jù)點(diǎn)載荷強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，巖塊試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度整體上比礦石試樣的高，不規(guī)則巖塊試樣和礦塊試樣的點(diǎn)載荷破壞強(qiáng)度基本上都滿(mǎn)足正態(tài)分布，如圖6所示.正態(tài)分布曲線(xiàn)是一種連續(xù)型分布，若連續(xù)定量的中間頻數(shù)中間多，兩邊頻數(shù)少，并且左右對(duì)稱(chēng)，反應(yīng)的曲線(xiàn)在頻數(shù)上呈現(xiàn)鐘形，則該變量服從正態(tài)分布，鐘形曲線(xiàn)稱(chēng)為正態(tài)分布曲線(xiàn)[17].則一個(gè)連續(xù)型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)（正態(tài)分布）為：

其中，μ為正態(tài)分布的均值，δ為正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差，x為隨機(jī)抽取樣本.

由圖6(a)可以看出，巖塊試樣未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度的分布直方圖呈現(xiàn)偏態(tài)型形態(tài)[22]，其強(qiáng)度主要分布在0.5～3.0 MPa，說(shuō)明巖樣未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度值在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)分布較為廣泛.它的正態(tài)分布曲線(xiàn)呈現(xiàn)一些微小偏差，在偏差區(qū)間小于1.5 MPa時(shí)分布較多，這與試樣尺寸的大小和試樣爆破后的損傷程度有關(guān).通過(guò)計(jì)算可以知道，μ=1.78， δ =0.67，其正態(tài)分布函數(shù)可以表示為：

由圖6(b)可以看出，礦樣的直方圖呈正常形態(tài)，其點(diǎn)載荷強(qiáng)度主要集中在0.2～0.5 MPa之間，說(shuō)明礦樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度不大，導(dǎo)致強(qiáng)度較低是因?yàn)榈V巖的本身強(qiáng)度不高且受爆破的影響初始損傷較大；在0.6～0.9 MPa之間也有少量分布.整體正態(tài)分布也基本滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，當(dāng)點(diǎn)載荷強(qiáng)度在0.3～0.5 MPa時(shí)，其分布頻率較多，說(shuō)明此區(qū)間值最接近真實(shí)值.通過(guò)計(jì)算可以知道，μ=0.44，δ=0.15，其正態(tài)分布函數(shù)可以表示為：

圖6 未修正點(diǎn)載荷強(qiáng)度直方圖與正態(tài)分布曲線(xiàn).(a) 巖塊試樣;(b) 礦塊試樣Fig.6 Uncorrected point load strength histogram and normal distribution curve: (a) rock sample; (b) ore sample

由圖7(a)可以看出，巖塊試樣在f1修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度的分布直方圖呈現(xiàn)正常形態(tài)，其強(qiáng)度指數(shù)主要集中在0.25～2.0 MPa之間，整體值較未修正時(shí)的小.由圖7(b)可以看出，巖塊試樣在f2修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度主要集中在0.5～3.0 MPa，分布區(qū)間也比較廣泛，在1.0～2.0 MPa之間出現(xiàn)次數(shù)較多，說(shuō)明在此區(qū)間強(qiáng)度值比較穩(wěn)定.

由圖7(c)可以看出，礦塊試樣在f1修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度的分布直方圖呈現(xiàn)多峰形態(tài)，主要為0.25～0.4 MPa和 0.4～0.55 MPa 兩個(gè)峰，呈現(xiàn)這種形態(tài)主要與礦石的不均勻性有關(guān)[23?24]，不同種巖性的結(jié)構(gòu)差異，使得出現(xiàn)多個(gè)最高點(diǎn).圖7(d)呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，強(qiáng)度在0.2～0.5 MPa之間分布較穩(wěn)定.

圖7 修正后試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)直方圖與正態(tài)分布曲線(xiàn).(a) fj 修正后巖塊試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度;(b) f2修正后巖塊試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度;(c) fj修正后礦塊試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度;(d) f2修正后礦塊試樣的點(diǎn)載荷強(qiáng)度Fig.7 Modified point load strength index histogram of the samples and normal distribution curve: (a) fj modified point load strength of the rock sample;(b) f2 modified point load strength of the rock sample; (c) fj modified point load strength of the ore sample; (d) f2 modified point load strength of the ore sample

3.3 標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度的結(jié)果分析

在95%的置信度下，統(tǒng)計(jì)巖樣和礦樣修正前后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和置信區(qū)間，如表3所示.由表可知，修正后的變異系數(shù)與修正區(qū)間均比修正前的小.對(duì)于巖樣Is50-1的置信區(qū)間為0.60～0.83 MPa，比未修正Is的置信區(qū)間1.34～2.06 MPa小很多，這是因?yàn)樵嚇映叽缙?dǎo)致修正系數(shù)f1偏小，所以巖樣修正后的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷應(yīng)取Is50-2，其均值為 1.33 MPa；對(duì)于礦樣Is50-2的標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)均比Is50-1的小，分布集中，所以礦樣修正后的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷也應(yīng)取Is50-2，均值為0.39 MPa.

表3 試樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistical results of the point load strength of the sample

根據(jù)諸多學(xué)者[4,16]的研究，巖石單軸抗壓強(qiáng)度Re與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)Is50的關(guān)系為Re=kIs50(k為強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù))，當(dāng)巖石為硬巖時(shí)，k取24.4.王遠(yuǎn)高[25]、何世林和王春來(lái)[26]通過(guò)試驗(yàn)與測(cè)定得知，會(huì)澤鉛鋅礦8#礦體圍巖與礦體的單軸抗壓強(qiáng)度為分別為 53 MPa 和 35.07 MPa.通過(guò)計(jì)算可得 8#礦體圍巖與礦體的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度Is50′為2.17 MPa和1.43 MPa，該結(jié)果為巖樣與礦樣標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷均值強(qiáng)度的1.63和3.67倍.可見(jiàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)選取的不規(guī)則巖石試樣尺寸偏小，且為采場(chǎng)所選巖樣，受爆破損傷的弱化等因素的影響，巖樣和礦樣的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度比試驗(yàn)數(shù)據(jù)反演推算值小.因此，在深部工程現(xiàn)場(chǎng)，如具備鉆孔取芯的條件，需要優(yōu)先考慮對(duì)未受爆破擾動(dòng)的圍巖進(jìn)行鉆孔取芯，開(kāi)展點(diǎn)載荷試驗(yàn)，其結(jié)果更能反映完整圍巖力學(xué)特性；如取芯困難，則應(yīng)盡量選取受爆破擾動(dòng)較少、且三個(gè)方向尺寸均在50 mm左右大小的巖塊開(kāi)展點(diǎn)載荷試驗(yàn)，以減少試樣尺寸效應(yīng)和開(kāi)挖爆破擾動(dòng)對(duì)圍巖力學(xué)特性測(cè)試結(jié)果的影響.

4 結(jié)論

(1) 通過(guò)建立深部不規(guī)則礦巖點(diǎn)載荷強(qiáng)度與等效直徑的關(guān)系，在點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)未修正的情況下，隨著試樣等效直徑增大，點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)減小.

(2) 點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的分布頻率基本都滿(mǎn)足正態(tài)分布.未修正的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)的正態(tài)分布基本呈現(xiàn)偏態(tài)型，修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)基本呈標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，線(xiàn)性型修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度的正態(tài)分布形態(tài)更明顯，其強(qiáng)度值整體上大于指數(shù)型修正后的點(diǎn)載荷強(qiáng)度值，且在等效直徑為50 mm左右時(shí)點(diǎn)載荷強(qiáng)度基本相等.

(3) 在置信度為95%的條件下，巖樣與礦樣的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度均取Is50-2，說(shuō)明對(duì)于尺寸偏小的試樣采用線(xiàn)性型的修正方式所得標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷的強(qiáng)度值更加準(zhǔn)確.

(4) 不規(guī)則巖樣和礦樣的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度值比基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)反演推算值偏小，其原因主要和試樣尺寸偏小且受采場(chǎng)爆破損傷弱化等因素有關(guān).因此，對(duì)深部工程現(xiàn)場(chǎng)取芯困難的地段，應(yīng)盡量選取受爆破擾動(dòng)較少、且三個(gè)方向尺寸均在50 mm左右大小的巖塊開(kāi)展點(diǎn)載荷試驗(yàn)，以減少試樣尺寸效應(yīng)和開(kāi)挖爆破擾動(dòng)對(duì)圍巖力學(xué)特性測(cè)試結(jié)果的影響.