普氏巖石硬度系數(shù)知識aust采礦工程

1、普氏巖石硬度系數(shù)知識至今仍在（又稱普氏系數(shù)）由俄羅斯學(xué)者于1926年提出的巖石堅固性系數(shù)強(qiáng)度巖石的堅固性區(qū)別于巖石的強(qiáng)度，礦山開采業(yè)和勘探掘進(jìn)中得到廣范應(yīng)用。值必定與某種變形方式（單軸壓縮、拉伸、剪切）相聯(lián) 系，而堅固性反映的是巖 石在幾種變形方式的組合作用下抵抗破壞的能力。普氏系數(shù)又稱巖石的堅固性系數(shù)、緊固系數(shù)，數(shù)值是巖石或土壤的單軸1.,無量綱。1/100,記作f抗壓強(qiáng)度極限的 。Sc的計量單位為kg/cm²f=Sc/100 ,式中：因為在鉆掘施工中往往不是采用純壓入或純回轉(zhuǎn)的方法破碎巖 石，2.因此這種反映在組合作用下巖石破碎難易程度的指標(biāo)比較貼近生產(chǎn)實際情表征的是巖石

2、抵抗破碎的相對值。因為巖石的抗壓f況。巖石堅固性系數(shù) 作為巖石的堅固性系數(shù)，即能力最強(qiáng)，故把巖石單軸抗壓強(qiáng)度極限的1/10f=R/10MPa。式中：R 是巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，是個無量綱的值，它表明某種巖石的堅固性比致密的粘土堅固多少f0巖石堅固性系數(shù)的計算公式簡潔明倍，因為致密粘土的抗壓強(qiáng)度為10MPaT, fS可用于預(yù)計巖石抵抗破碎的能力及其鉆掘以后的穩(wěn)定性。根據(jù)巖石的堅固性系數(shù)可把巖石分成10級（見下表），等級越高的巖石越容 易破碎。為了方便使用又在第m，IV, V, VI,即級的中間加了半級?？紤]到生產(chǎn)中 不會大量遇到抗壓強(qiáng)度大于200MPOI勺巖石，故把凡是抗壓強(qiáng)度大于200MP4勺巖

3、 石都?xì)w入I級。這種方法比較簡單，而且在一定程度上反映了巖石的客觀性質(zhì)。但它也還存在著一些缺點：（1） 巖石的堅固性雖概括了巖石的各種屬性 （如巖石的鑿巖性、爆破性，穩(wěn)定 性等），但在有些情況下這些屬性并不是完全一致的。（2） 普氏分級法采用實驗室測定來代替現(xiàn)場測定， 這就不可避免地帶來因應(yīng)力 狀態(tài)的改變而造成的堅固程度上的誤差。極硬（f = 20）、很硬（f = 15）、堅硬（f = 810）、較硬（f = 56）、普通（f = 34）、較軟（f = 1.52）、軟層（f = 0.81）、 松軟（f < 1）等8類。額分類普氏分類土壤及巖石名稱天然濕度下 平均容重極限壓碎強(qiáng) 度用輕鉆孔

4、機(jī)鉆進(jìn)1m開挖方法及 工具緊固Kg/m3Kg/cm2minf四類土壤IV土含碎石重 粘土，其中包 侏括石炭紀(jì)、 粘羅紀(jì)硬的 土1950一一并同鍬用尖 撬用時鎬和 棍開挖1.0卵含有碎右、 建筑碎料石、 25kg重達(dá)和（總體的頑 石以內(nèi)）10% 積肥雜等質(zhì) 的壤重土和 粘土1950冰敏粘土，含 在量有重的 50kg以內(nèi)其 含量巨礫， 10旭總體積 以內(nèi)2000泥板巖2000含不或含有10kg達(dá)重量 的頑石1950石松V量有含重在以50kg內(nèi)的（占體積巨 礫以上）的 10%冰磺石2100200小于一部分用手鑿 部分用工具、 爆破米開挖1.5和巖軟藻矽巴亞電 11 5 Q1800弱結(jié)膠力的 哂190

5、0不堅實種各 的版巖2600后臂2200次堅石VI凝灰?guī)r、和浮石11002004003.5的爆用風(fēng)鎬破法來開挖2-4多孔和灰?guī)r 的嚴(yán)重裂隙 介巖和心灰 質(zhì)心灰?guī)r1200的中等硬變 片巖2700的等硬變中 泥灰?guī)r2300VD灰心右膠結(jié) 石的帶有卵 的積巖和沉 礫石22004006006.0方法用爆破開挖46的化和有風(fēng) 粘的大裂縫 土質(zhì)砂巖2000板的泥堅實 巖2800堅灰實的泥 巖2500叩礫質(zhì)花崗巖23006008008.5法方用爆破開挖6-8灰質(zhì)泥灰后 巖2300粘土質(zhì)砂巖2200砂質(zhì)云片巖2300硬心臂2900石堅普IX的嚴(yán)重風(fēng)化 花的崗弱軟 片麻巖和巖、 正長巖2500800100011

6、.5法方爆用破開挖81(化石的蛇滑紋巖2400致石密的灰 巖2500含有卵石、沉 質(zhì)的積巖硝 膠結(jié)的礫巖2500砂巖2500灰質(zhì)砂右灰 質(zhì)片巖2500下一頁3 2 1上一頁定額分類普氏分類土壤及巖石名稱天然濕度下 平均容重極限壓碎強(qiáng) 度用輕鉆孔機(jī)1m鉆進(jìn)開挖方法及 工具緊固Kg/m3Kg/cm2minf二類、一 土壤I砂1500一一用尖鍬開挖0.5砂壤土1600腐殖土1200泥炭600n和輕壤土黃 土類土1600一一用鍬開挖并 開鎬少數(shù)用 挖0.6而潮濕松散 軟的的黃土， 堿土和鹽漬 土1600均15MM以平而散內(nèi)的松軟的礫石1700有含草根的 密實腐殖土1400一用尖鍬開挖 鎬數(shù)用并少 開挖

7、0.60.8直含有徑在根內(nèi)以30MM和的類泥炭腐殖土摻有卵石、碎 的右右和屑 砂和腐殖土或含有卵石、 的碎石雜質(zhì) 的成結(jié)塊膠 填土含有卵石、碎 料和石建筑 壤的砂雜質(zhì) 土三類土壤m(xù)肥粘土其中 包括石炭紀(jì)、 粘的羅侏紀(jì) 土和冰粘土1800一用尖鍬并同 時用鎬和撬 棍開挖（30%）0.81重壤土、粗礫 為、石粒徑的 碎 15-40MM 石或卵石1750土干黃和摻1790卵石或有碎1含自然石的水量黃土徑大含有直類根于30MM或土的腐殖 泥炭1400或有碎石摻 筑后和建卵 碎料的土壤1900下一頁1 2 3定額分類普氏分類壤土及巖石名稱然天濕度下 平均容重極限壓碎強(qiáng) 度用輕鉆孔機(jī)1m鉆進(jìn)方法及開挖工具

8、Kg/m3Kg/cm2minf普堅石X白云后27001000 200015.0用爆破方 法開挖10灰心的堅固 巖2700大理巖2700巖質(zhì)膠石灰 礫致結(jié)的密 石2600的砂質(zhì)堅固片巖2600特堅石XI粗化因巖28001200 140018.5用爆破方法 開挖12的硬堅非常 白云巖2900蛇紋巖2600灰人質(zhì)結(jié)膠 成有的含火 的石之巖卵 礫石2800月父英后結(jié)的 堅固砂巖2700粗粒正長巖2700xn痕化有具風(fēng) 跡的巖山安 和玄武石27001400 160022.0方法用爆破開挖142600的固堅非常 后灰?guī)r2900的質(zhì)膠結(jié)硅 巖有火成含 礫卵石的之 巖2900粗石巖2600x m中?；◢弾r31

9、001600 180027.5方法用爆 破開挖16堅固耐用的2800輝綠巖2700粉巖2500堅固的粗面 巖2800中粒正長巖2800XVI非常堅硬的 細(xì)?；u巖33001800 200032.5方法用爆 破開挖18:花崗巖麻巖2900閃長2900后度的局硬灰?guī)r3100堅固的粉巖2700X V安山石、幺武 巖、堅固的負(fù) 頁巖31002000 250046.0用爆破方法 開挖20:輝的高硬度 長閃綠巖和 巖2900輝長堅固的 石和后英石2800XVI玄拉長武巖 欖幺武橄和 巖3300大于2500小于60用爆破方 法開挖25或體積<30m3:小塌方：塌方高度 <3m ; 30,或體積1

10、00m33中塌方：塌方高度6m >100m3；,或體積大塌方：塌方高度 >6m1-9表按堅固性系數(shù)對巖石可鉆性分級表f石巖表巖石堅固性代級別 程度I 20最堅固、致密、有韌性的石英巖、玄武巖和其他各種特別堅固的巖石。最堅固n 15很堅固的花崗巖、石英斑巖、硅質(zhì)片巖，較堅固的石英巖，最堅固的砂很堅固巖和石灰?guī)r。m 10致密的花崗巖，很堅固的砂巖和石灰?guī)r，石英礦脈，堅固的礫巖，很堅固堅 固的鐵礦石。8堅固的砂巖、石灰?guī)r、大理巖、白云巖、黃鐵礦，不堅固的花崗巖。a田堅固IV 6 一般的砂巖、鐵礦石比較堅固5比較堅固a IV砂質(zhì)頁巖，頁巖質(zhì)砂巖。V 4中等堅固 堅固的泥質(zhì)頁巖，不堅固的砂巖

11、和石灰?guī)r，軟礫石。3中等堅固 各種不堅固的頁巖，致密的泥灰?guī)r。VI 2軟弱頁巖，很軟的石灰?guī)r，白堊，鹽巖，石膏，無煙煤，破碎的砂巖和比較軟 石質(zhì)土壤。1.5碎石質(zhì)土壤，破碎的頁巖，粘結(jié)成塊的礫石、 碎石，堅固的煤，硬化的a VI比較軟 粘 土。VD1軟 軟致密粘土，較軟的煙煤，堅固的沖擊土層，粘土質(zhì)土壤。0.8 a VU軟 軟砂質(zhì)粘土、礫石，黃土。即0.6 土 狀 腐殖土，泥煤，軟砂質(zhì)土壤，濕砂。1X0.5 砂，山礫堆積，細(xì)礫石，松土，開采下來的煤。 松散狀X 0.3流沙狀 流沙，沼澤土壤，含水黃土及其他含水土壤。奧國礦物學(xué)家摩氏(Frederich Mohs)創(chuàng)立一種硬度表，作為評判礦物硬度

12、的標(biāo)準(zhǔn)。最軟者為滑石,最硬者為金剛石，共有十種礦物，定為十級，分別為：(Talc) 滑石(Gypsum)石膏 2.5指甲(Calcite) 方解石3.5-4 銅幣(Fluorite) 螢石(Apatite) 磷灰石5.5 鋼刀5.5 -6 玻璃(Orthoclase) 正長石 6.5 鋼鋰(Quartz)石英(Topaz) 黃玉(Corundum) 剛玉(Diamond) 金剛石,并不表示他是方解石硬度的兩倍，數(shù)字的大小6摩氏硬度表中所刊載的數(shù)字，并沒有比例上的關(guān)系。例如正長石硬度銅幣約5.5;,如小刀其硬度約為僅表明硬度排行而已。當(dāng)鑒定硬度時，如果沒有以上的摩氏硬度計，可用其他東西代替 。玻

13、璃硬度為6指甲約為2至3;為3.5至4;關(guān)于礦石硬度等級的劃分巖石實例性系系可碎性系數(shù)可磨礦石硬度等Kg/cm2普氏硬度數(shù)數(shù)級石膏，石板巖2.00<200很軟<21.31.4泥灰?guī)r、石灰石 1.251.4281.11.2 軟 200800硫化礦，硬質(zhì)頁巖1.01.0中硬8001600816 硅化頁巖鐵礦，硬沙巖 0.90.9516200.850.716002000 硬硬花崗巖，玄武巖，含鐵石英巖 0.65-0.75很硬>2000>200.5普羅托齊雅科諾夫基于實際工程觀察和模型試驗結(jié)果，提出了天然平衡拱法分析圍巖應(yīng)力。此法在我國簡稱為普 M. M.氏fk法，得到了普遍的

14、應(yīng)用。此法認(rèn)為，洞室開挖后圍巖一部分砂體失去平衡而向下塌落，塌 落部位以上和兩側(cè)砂體，處于新的平衡狀態(tài)而穩(wěn)定。塌落邊界輪廓呈拱形。 若洞室側(cè)圍砂體沿斜面滑動，洞頂仍塌落后呈拱形。若有支撐或襯砌，作用在支撐或襯砌上的壓力，便是拱圈以內(nèi)塌落的砂體重量，而拱圈以外的砂體已維持自身平衡。這個拱便稱為“天然平衡拱”。設(shè)洞壁鉛直，把側(cè)圍三角形滑塌體內(nèi)最大主應(yīng)力方向視為鉛直的，則天然條件下滑塌斜面就會與側(cè)壁呈45。-4 /2的夾角。由此，對散粒土體根據(jù)靜力平衡的平面問題做出假定條件后，便可 求出拱圈（塌落體）高度。 普氏將此方法推廣到巖體上，認(rèn)為被許多裂隙切割的巖體也可以視為具一定凝聚力的松散體，并認(rèn)為堅固

15、系數(shù)為巖石抗壓強(qiáng)度的1/100；對fk <4的巖土，按上述方法計算洞頂和洞壁的圍巖壓力；對fk>4的巖石，則只有洞頂出現(xiàn)圍巖壓力，一般沒有側(cè)壁圍巖壓力。fk反映了巖土強(qiáng)度特性。軟弱巖石fk值均小于4, 土的fk值均小于1.0 o對于4=0的浮砂及飽水淤泥， 一般可 按靜水壓力原則計算圍巖壓力。 普氏平衡拱理論有一定優(yōu)點，把塌落體的重量視為圍巖壓力，很直觀，易理解，也有理論根據(jù)。 但把所有圍巖塌落體均視為拱形，便有很大局限性。實際上，除一般土體外，巖體塌落體大都不呈拱形。普氏理論完全不考慮巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應(yīng)力，特別是圍巖應(yīng)力重分布的影響。目前，由于 長期實踐，多數(shù)部門仍沿用堅固系數(shù)fk

16、 ,并按fk法確定圍巖塌落的拱高度，計算圍巖壓力。當(dāng)確定巖體堅固系數(shù)時，使其帶有經(jīng)驗性質(zhì)的系數(shù)，即反映了巖體具體的地質(zhì)條件，如巖性、風(fēng)化破碎及構(gòu)造特征等，便更符合實際。盡管如此fk法最好只用于土體和軟弱巖體，對堅硬巖石的圍巖應(yīng)具體分析巖體結(jié)構(gòu)等特征，去 確定圍巖壓力熟悉新奧法施工的原理和技術(shù)要點；了解礦山法（爆破法）的原理及技術(shù)要點；熟悉掘進(jìn)機(jī)法、 盾構(gòu)法的特點及適用條件；了解太沙基理論的分析方法；熟悉土體應(yīng)力、地應(yīng)力、應(yīng)變測試和彈性波測試方法及應(yīng)用。15.1散體地壓的兩種計算方法l地壓的普氏計算方法（1）破碎巖石強(qiáng)度條件的修正圍巖未破碎時的強(qiáng)度條件：t =c+ btan 415.1-1產(chǎn)生散

17、體地壓時， 非彈性變形區(qū)內(nèi)的巖石已被破壞，c、4值有所降低，強(qiáng)度曲線由原來的 AA/,變BB/,如圖15.1-1所示，相應(yīng)c、4值降低為c/、4/。由于降低后的 c/、4 /很難測定，且 松散巖體黏聚力很低， 故可以通過原點的斜直線 OD近似代替BB/,即用0角相對于4角的變化，反映c、4的降低值c/、4 /。稱B角為“似內(nèi)摩擦角”或“內(nèi)阻力角”。因此，破碎巖石的強(qiáng)度條件近似為：p = b tan 0。式中 tan 0 =?, ?為普氏堅固性系數(shù)，？=Sc/100（Sc為巖石單軸抗壓強(qiáng)度）?！纠}1】按照地壓的普氏理論，破碎巖石的強(qiáng)度近似條件為：r =b tan p,巖石破碎前、后的 內(nèi)摩擦角

18、分為4、4 / ,關(guān)于B及4、4 /的比較，下列各項中正確的是（）。A、0 > 4 > 4 / ;B、0 < 4 < 4 / ;C、4 > 0 > 4 / ；D 4 /> 0 > 4 ；答案：A【例題2】當(dāng)?shù)叵露词业膰鷰r產(chǎn)生散體地壓時，被破壞的巖石是指（）。A、彈性變形區(qū)內(nèi)的巖石；B、塑性變形區(qū)內(nèi)的巖石；C、被軟弱結(jié)構(gòu)面切割成塊體的圍巖；D>原已破碎的圍巖；答案：B、C、D（2）平巷地壓普氏計算法國611松常那史維圖白拔平衡峻堀普氏理論即自然平衡拱理論其主要之點是： 視冒落巖體為具有一定凝聚力的松散體；巷道 頂板的冒落形式呈拱形最終穩(wěn)定下來

19、，這種拱稱作自然平衡拱；自然平衡拱的輪廓線是一條拋 物線。如圖15.1-2所示，拱上作用有均布重力荷載q,取脫離體OM如圖15.1-2（b）,設(shè)M點的坐標(biāo)為x、V。作用于OM上的外力有右半拱的水平推力T,垂直均布荷載 q和左半半拱被截掉部分的反力R。由拱的平衡條件取 EMM=015 -2y=x2T可見，壓力黃自達(dá)平衡抖:的軸線為一拋物線.拱高可3FF式計篁:式中a-巷首半跨；,一巖石昔氏整固性系.數(shù)；七一扶畝.將拱左支點,的坐標(biāo)代入樓腳坐標(biāo)* K-S -對.并代入平蔭拱曲錢文程式J得拱頂推力表達(dá)式為：為保證拱在水平方向的是越的裱定性，亦頌滿足TK嚏1,若取至全鬟數(shù)E-2,則有：KT-qaf2T

20、=qaf則營：b-=-由于是散體，作用靖上的壓力等亍拱內(nèi)巖石的豆力，地壓可以慎T述方法訐第.設(shè)施物鈦的面積近似力：244a2A= x2ab= 3333/則理兼卷道頂救巖石作用在支架上的區(qū)力P為：F-KA- y1Jb43j普氏堅固性系數(shù)？可按單軸抗壓強(qiáng)度的百分之一，Sc/100 o為了更確切的反映巖體的實際強(qiáng)度，可結(jié)合地下工程具體條件加以修正?！纠}3按照普氏理論，對于產(chǎn)生散體地壓的圍巖，其作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力為（）A、大于拱內(nèi)巖石的重量；B、等于拱內(nèi)巖石的重量；C、小于拱內(nèi)巖石的重量；D以上A、B、C三種情況均有可能產(chǎn)生；答案：B【例題4】關(guān)于普氏堅固性系數(shù)？，下列各項中不正確的是 （）oA

21、、?可按單軸抗壓強(qiáng)度的百分之一；B、?可按抗剪強(qiáng)度的百分之一；C、為了更確切的反映巖體的實際強(qiáng)度，？值可結(jié)合地下工程具體條件加以修正；D> ?可按抗拉強(qiáng)度的百分之一；答案：B、D【例題5】自然平衡拱理論是指（A、普氏理論；B、太沙基理論；C、TBM1工理論；D NATM缶工理論；答案：A【例題6按照普氏理論，自然平衡拱的輪輪廓線為（）。A、一條直線；B、一條對數(shù)線；C、一條單曲線；D> 一條拋物線；答案：D2地壓太沙基計算方法太沙基理論也把破裂巖體看成松散體。它的特點是從應(yīng)力傳遞的概念出發(fā)，推導(dǎo)出作用于支架上的垂直應(yīng)力計算公式。當(dāng)巷道埋深不大時，支護(hù)結(jié)構(gòu)的彎曲和下沉引起覆蓋巖層下滑，同rfl手小項，唔麟隹于尋d超部；口吃：的敘M MU h,喃領(lǐng)班匕M班副 n晦i庭於H啟身容Cp產(chǎn)1同哦西a-A基司聯(lián)蹌陽際谷匕即才是腕4對-3bL*或取:大 ，Tfl稽蜓：L蹴理碟r月；甥；i-flilf張琳性淺些細(xì)”聞工的W，胃.嚙71府幗i£BT.網(wǎng)心5踴士隗歌，制下曜山超十巾中£一； 國犯七： C小產(chǎn)；i23口.*¥：襄:。【例題8】太沙基計算法的適用范圍是 （）A、一般用于埋深不大的巷道地壓計算；B、一般用于埋深較大的巷道地壓計算；C、一般