煤岩体强度试验
岩体强度参数是工程岩体破坏机理分析及稳定性计算不可缺少的参数，目前主要依据现场岩体力学试验求得。特别是在一些大型工程的详勘阶段，大型岩体力学试验占有很重要的地位，是主要的勘察手段。原位岩体强度试验主要有直剪试验、单轴和三轴抗压试验等。由于原位岩体试验考虑了岩体结构及其结构面的影响，因此其试验成果较室内岩块试验更符合实际。4.3.3.1 直剪试验(1)基本原理与方法岩体原位直剪试验(图4-41)是岩体力学试验中常用的方法，它又分为岩体本身、岩体沿结构面及岩体与混凝土接触面剪切三种。每种试验又可细分为抗剪断试验、摩擦试验及抗切试验。抗剪断试验是试件在一定的法向应力作用下沿某一剪切面剪切破坏的试验，所求得的强度为试件沿该剪切面的抗剪断强度;摩擦试验是试件剪断后沿剪切面继续剪切的试验，所求得的强度为试件沿该剪切面的残余剪切强度;抗切试验是法向应力为零时试件沿某一剪切面破坏的试验。图4-41 岩体本身抗剪强度试验安装示意图1—砂浆顶板;2—钢板;3—传力柱;4—压力表;5—液压千斤顶;6—滚轴排直剪试验一般在平硐中进行，如在试坑或大口径钻孔内进行，则需设置反力装置。图4-42为常见的直剪试验布置方案，当剪切面水平或近水平时，采用(a)、(b)、(c)、(d)方案，其中(a)、(b)、(c)为平推法，(d)为斜推法，当剪切面为陡倾时采用(e)、(f)方案。方案(a)施加剪切荷载时有一力矩e1存在，使剪切面的剪应力及法向应力分布不均匀。方案(b)使法向荷载产生的偏心力矩e2与剪切荷载产生的力矩平衡，改善了剪切面上的应力分布;但法向荷载的偏心力矩较难控制。方案(c)剪切面上的应力分布均匀;但试体加工有一定难度。方案(d)法向荷载与斜向荷载均通过剪切面的中心，α一般为15°左右;但在试验过程中为保持剪切面上的法向应力不变，需同步降低由于斜向荷载增加的那一部分法向荷载。方案(e)适用于剪切面上法向应力较大的情况。方案(f)适用于剪切面上应力较小的情况。另外，岩体直剪试验一般需制备多个试件在不同的法向应力作用下进行试验，这是由于试件之间的地质差异，将导致试验结果十分离散，影响成果整理与取值。因此，工程界还提出了一种叫单点法的直剪试验，即利用一个试件在多级法向应力下反复剪切;但除最后一级法向应力下将试件剪断外，其余各级均不剪断试件，只将剪应力加至临近剪断状态后即卸荷。(2)试件制备与地质描述图4-42 岩体现场直剪试验布置方案P—垂直(法向)荷载;Q—剪切荷载;σx、σy—均布应力;τ—剪应力;σ—法向应力;e1、e2—偏心距;(a)、(b)、(c)平推法;(d)斜推法;(e)、(f)沿倾斜软弱面剪切的楔形试体1)试件制备。在选定的试验部位，切割出方柱形试件，要求如下:① 同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖的扰动;每组试件宜不少于5块;每块试件面积不小于2500cm2，最小边长不小于50cm，高度为最小边长的1/2，试件之间的距离应大于最小边长的1.5倍。② 试件各面需凿平整;对裂隙岩体、软弱岩体或结构面试件应设置钢筋混凝土保护罩，罩底预留0.5～2cm的剪切缝。③ 对斜推法试件，在施加剪应力的一面应用混凝土浇注成斜面，也可在试件受剪力面放置一块夹角约15°的楔形钢垫板。2)地质描述。内容与要求如下:① 试验及开挖、试件制备的方法及其情况。② 煤岩类型、结构构造及主要矿物成分。③ 岩体结构面类型、产状、宽度、延伸性、密度及充填物性质等。④ 试验段岩体风化程度及地下水情况。⑤ 应提交的图件为试验地段工程地质图及试件展示图、照片等。4.3.3.2 三轴试验(1)基本原理原位岩体三轴试验(图4-43)一般是在平硐中进行的，即在平硐中加工试件，并施加三向压力，然后根据莫尔理论求岩体的抗压强度及E0、μ等参数。试验又分为等围压(σ1＞σ2=σ3)三轴试验和真三轴(σ1＞σ2＞σ3)试验两种，可根据实际情况选用。因此，为确定围压和轴向压力的大小和加荷方式，试验前应了解岩体的天然应力状态及工程荷载情况。(2)试件制备与地质描述1)试件制备。在选定的试验部位，切割出立方体或方柱形试件，一面与岩体相连，试件的最小边长应不小于30cm，每组5块。同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖扰动。图4-43 野外原位三轴试验方案2)地质描述。同直剪试验。
地应力的测量
李四光教授是中国地应力测量的创始人。早在20世纪20年代就提出地壳中水平运动为主，水平应力起主导作用。他提出，地壳内的应力活动是以往和现今使地壳克服阻力，不断运动发展的原因；地壳各部分所发生的一切变形，包括破裂，都是地应力作用的反映；剧烈的地应力活动会引起地震。因此，“地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面，是值得予以重视的”。新丰江水库地震和邢台地震后，更加重视地应力测量工作。提出，地应力测量是实现地震预报的重要途径。他将近八十高龄还亲自参加野外地应力解除试验工作，亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地应力变化曲线。在他的领导下，中国的地应力研究与测量工作得到迅速发展。已具备了完善的理论，多种测试仪器、手段，广泛应用于地质、油田、矿山、水工、电站、地震等各个领域。他特别注重从活动地带里寻找稳定地区，提出了“安全岛”理论，为建厂选址提供了依据，为国民经济建设做出了重大贡献。
