动力扰动作用下煤和岩石单轴压缩蠕变试验方法(T-GRM 009—2020).pdf

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1、中关村绿色矿山产业联盟团体标准中关村绿色矿山产业联盟团体标准T/GRM009-2020动力扰动作用下煤和岩石单轴压缩蠕变试验方法2020 年 12 月 31 日 发布2021 年 1 月 15 日 实施中关村绿色矿山产业联盟发 布目 录前言.11范围.22规范性引用文件.23术语和定义.23.1动力扰动作用下煤和岩石单轴压缩蠕变试验.23.2蠕变加载系数.23.3动力扰动荷载振幅.23.4动力扰动荷载频率.24仪器、设备.34.1蠕变扰动动力冲击模拟试验系统.34.2变形、应变测试装置.34.3温度计.35试件规格及实验环境温度.35.1标准试件规格.35.2加工精度.35.3试件数量.35.

2、4试件含水状态.35.5试验环境温度.36试验步骤.36.1恒定荷载作用下动力扰动对试件蠕变性能影响的试验.36.2分级加载作用下动力扰动对试件蠕变性能影响的试验.47计算.47.1轴向应变值和径向应变值的计算.47.2应力计算.57.3计算结果.5附录 A.61前前言言在煤炭资源开采过程中，复杂地质条件的恶化导致煤岩体的组织结构、力学行为和破坏特征等工程响应特征更加复杂，加之爆破开挖、顶板断裂、断层滑移、地震等动力扰动因素的影响，更易诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，造成巷道严重破坏和大量人员伤亡。岩体赋存环境是孕育灾害的温床，而动力扰动则是触发灾害的关键性条件。在内部复杂地质条件和外部

3、动力扰动作用下，煤岩体表现出强蠕变力学特性，并在引起围岩宏观变形破坏的过程中呈现出显著的时效性。因此，开展煤岩体在动力扰动作用下的蠕变试验研究，探究煤岩体在蠕变进程中受到动力扰动时的破坏力学特性和损伤演变规律，并制定相关试验规程，有助于揭示动力扰动荷载对于触发煤岩体发生蠕变失稳的机理、条件及前兆规律，可为动力扰动荷载引起冲击地压的时间滞后效应机制及其防治提供理论基础，对有冲击地压倾向性的巷道围岩的稳定性控制具有极为重要的工程实践意义。据中华人民共和国有关法律法规和相关政策文件要求，本标准对动力扰动作用下煤和岩石单轴压缩蠕变试验中的仪器设备、试件规格、试验环境温度、试验步骤等工作进行了规范要求。

4、本标准按照 GB/T 1.1-2020 标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则给出的规则起草。本标准由山东科技大学、中关村绿色矿山产业联盟提出。本标准起草单位：山东科技大学、中关村绿色矿山产业联盟、中国矿业大学（北京）矿山生态修复研究院、山东大学、中煤科工开采研究院有限公司、贵州大学、华北科技学院、中国矿业大学、中国地质大学、北方工业大学。本标准主要起草人：文志杰，彭苏萍，王冬，李利平，潘俊锋，毕银丽、李东，左宇军，孟凡宝，黄景，王亮，邬忠虎，刘善勇，程久龙，鞠杨，张江石，姚俊，王振伟。2动力扰动作用下煤和岩石单轴压缩蠕变试验方法1范围本标准规定了煤和岩石在动力扰动作用下单轴

5、压缩蠕变试验的仪器设备、试件规格、试验环境温度、试验步骤、结果计算、试验记录表格等。本标准适用于煤和岩石在动力扰动作用下单轴压缩蠕变性能的测试和计算。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。煤和岩石物理力学性质测定方法 第 1 部分：采样一般规定GB/T 23561.1-2009煤和岩石物理力学性质测定方法 第 7 部分：单轴抗压强度测定及软化系数计算方法GB/T 23561.7-2009岩石物理力学性质试验规程 第 18 部分：岩石单轴抗压强度试验 DZ/T

6、0276.18-2015单向压缩条件下煤和岩石蠕变性测定方法MT 225-903术语和定义GB/T 2356.1-2009、GB/T 23561.7-2009、DZ/T 0276.18-2015、MT 225-90 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1动力扰动作用下煤和岩石单轴压缩蠕变试验煤和岩石在无侧向应力的条件下，应用蠕变扰动动力冲击模拟试验系统，轴向动力扰动荷载对其压缩蠕变性能影响的试验。3.2蠕变加载系数蠕变试验中试件所受应力与单轴抗压强度的比值，用?表示。3.3动力扰动荷载振幅动力扰动荷载的波峰与波谷应力值的一半，用?表示。3.4动力扰动荷载频率3单位时间内完成动力扰动荷载周

7、期性变化的次数，用?表示。4仪器、设备4.1蠕变扰动动力冲击模拟试验系统：是由山东科技大学自主研发的一种集静载加载、蠕变加载、动态加载于一体的刚性试验机，可实现对试件开展静力荷载和动力荷载之间的不同组合加载模式。该试验系统最大静态试验力 800 kN，最大行程 150 mm，加载速率 0.1150kN/s，位移速度控制范围 0.1150 mm/min，静态蠕变保载时间90 d；最大动态试验力为100kN，动载速度控制范围 0.05100 mm/min，可提供多种波形输入方式（正弦波、方波、三角波、地震谱、爆破波形、自定义波形等），动载频率范围为 0.0110 Hz。4.2变形、应变测试装置：位

8、移传感器、数字散斑应变测量系统、高速应变测试仪。4.3温度计：采用单通道手持式温湿度数据记录仪记录试验所需温湿度情况。5试件规格及实验环境温度5.1标准试件规格：标准试件采用圆柱体，直径宜为 502 mm，高径比宜为 2.02.5。5.2加工精度：试件两端面不平行度不应大于 0.05 mm，试件上、下端直径偏差不得大于 0.3 mm。5.3试件数量：每种含水状态下同一层煤或岩石试件的数量不应少于 3 个。5.4试件含水状态：采用自然含水状态的试件进行测定（亦可根据特殊的试验目的另行确定）。5.5试验环境温度：本标准中暂未考虑采样地点温度对试件力学性能的影响，试验环境温度 1525（亦可根据特殊

9、的试验目的另行确定）。试验过程中，试验环境的温度差不得超过1。6试验步骤6.1恒定荷载作用下动力扰动对试件蠕变性能影响的试验6.1.1核对试件的来源、名称、编号、密度、含水状态、环境温度等，并填入附录 A表内，检查试验设备、仪表及相关测试装置等。6.1.2检查试件的加工精度，测量试件尺寸（直径、高度），应在试件顶底部两个互相垂直的方向测量其直径和高度，取其算术平均值，填入附录 A 表中。46.1.3按照 GB/T 23561.7-2009 的标准规定，试件通过单轴压缩试验得到瞬时单轴压缩强度?，填入附录 A 表中。6.1.4确定蠕变加载系数?，一般取 0.6，亦可根据需要确定，设定恒定荷载应力

10、用?表示，?，填入附录 A 表中。6.1.5将试件放在试验机的下压头上，居中，并使下压头、试件、上压头的中心线在一条直线，连接好位移传感器、数字散斑应变测量系统、高速应变测试仪等相关测试装置。6.1.6对位移计、时间-变形记录仪等进行调零或设定起始点，记入附录 A 表内，启动加载系统，对测力仪进行调零，给试件加载至设定荷载应力?，荷载保持恒定，当试件变形已达稳定后，记下时间、变形值、应变值，记入附录 A 表中。6.1.7施加轴向扰动应力波，振幅为?，频率为?，施加?个循环应力波扰动后，维持之前荷载?恒定，当试件变形再次达到稳定后，记下时间、变形值、应变值，记入附录 A表中。6.1.8卸去荷载，

11、取出试件，描述其变形破坏情况。6.1.9若需获得不同动力扰动荷载幅值、频率对试件的蠕变性能影响规律，可根据需要确定不同动力扰动荷载振幅、频率，重复本标准 6.1.1、6.1.2 和 6.1.56.1.8 条的步骤。6.2分级加载作用下动力扰动对试件蠕变性能影响的试验6.2.1按照本标准 6.1.16.1.3 条的规定进行。6.2.2确定蠕变加载系数?，可取范围 0.20.9，初始值一般取 0.2，亦可根据需要确定，分级加载荷载?用表?示，填入附录 A 表中。6.2.3按照本标准 6.1.56.1.7 条规定的试验步骤进行。6.2.4进行下一阶梯的加载，重复本标准 6.1.56.1.7 条规定的

12、试验步骤，直至试件破坏。各阶梯的荷载?、?、?，可根据试验需要确定。但要求?。7计算7.1轴向应变值和径向应变值的计算轴向应变值和径向应变值可直接从数字散斑应变测量系统、高速应变测试仪读取，或通过变形值计算。7.1.1轴向应变计算?（1）5式中：?轴向应变；?试件的原始高度，mm；?试件高度的变化量，mm。7.1.2径向应变计算?（2）式中：?径向应变；?试件的原始直径，mm；?试件直径的变化量，mm。7.2应力计算?（3）式中：?第?级加载时试件所受应力，MPa；?第?级蠕变加载系数；?瞬时单轴抗压强度 MPa。7.3计算结果计算结果取小数点后三位，修约至两位。6附录 A动力扰动作用动力扰动作用下煤和下煤和岩石岩石单轴压缩蠕变试验单轴压缩蠕变试验记录表记录表（参考件）送样单位：采样地点：试验日期：试件编号岩石（煤）名称岩性描述试件直径（?）mm试件高度（?）mm环境温度单轴抗压强度（?）MPa蠕变加载系数（?）应力（?）MPa变形 mm应变时间 min?动载振幅（?）MPa动载频率（?）Hz变形 mm应变时间 min?试件变形破坏情况描述试验：计算：校核：