岩盐围岩的力学性质

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第797页（3148字）

研究岩盐围岩岩石的物理力学性质，在采用旱采时，可作为凿岩、爆破和地压管理等作业的设计依据；水采时，可据以考虑如何防止顶板垮塌，如何确定保安矿柱，如何选择开采深度、井位、井距和合理开采工艺(如压裂法)等。

(一)围岩的物理力学性质

围岩的物理力学性质，包括强度、弹性、塑性、脆性、硬度、韧性、容重和碎胀性。

1．强度 岩石的完整性开始破坏时的极限(临界)应力值。又分为抗拉、抗压、抗剪等强度。一般岩石的抗压强度界于20～30MPa至200～300MPa之间；抗拉强度只有抗压强度的；抗剪强度只有抗压强度的。

2．弹性、塑性和脆性 弹性是岩石除去外力后，恢复其原来形状和体积的性能。在岩石破碎前具有明显残余变形的岩石称为塑性岩石，几乎没有残余变形的岩石叫脆性岩石。岩石的变形性质与受力条件有一定关系，在三向受压或高温下，塑性会显着增加，常态下具有脆性的岩石，此时也可能变成塑性体。在冲击载荷作用下，岩石的脆性又会显着增加。

3．硬度和韧性 硬度是岩石抵抗工具刻画侵入的能力。硬度大的岩石，钻、凿都比较困难。韧度，则是岩石抵抗冲击工具侵入的能力，也称动力硬度。一般沉积岩的韧度为0．08～0．4kg·m／cm²。

4．容重 单位体积内原岩的重量，一般岩石的容重在2．3～3之间。

5．碎胀性(松散性) 破碎后的岩石比原体积增大的性质叫碎胀性或松散性。

通常岩石愈坚硬，其松散系数K愈大。一般岩石的K值为1．2～1．8。

6．稳固性 岩石在一定的暴露面积范围内，虽无支撑，仍能在一定时间内保持稳定而不崩落的性能。这一性质与井下硐室水溶和钻井水溶采矿有密切关系。就坑道开采来说，岩石按稳固性的不同可分为4类：

(1)极不稳固的岩石 允许暴露面积50～100m²。

(2)不稳固的岩石 允许暴露面积100～400m²。

(3)稳固的岩石 允许暴露面积400～800m²。

(4)很稳固的岩石 允许暴露面积大于800m²。

7．坚固性系数 上述各种性质只反映岩石某一方面的性能。为了综合表示岩石受各种外力作用时破坏的难易程度，实际工作中采用岩石的坚固性系数(f)。岩石的坚固性系数愈大，要破碎这种岩石愈难；坚固性系数愈小，要破碎这种岩石愈容易。常见岩石的坚固性系数介于1～20之间，见表3－3－9。

表3－3－9 岩石坚固性分类表

(二)岩体结构特征

1．岩体的稳定性 在工程开挖(或岩盐开采溶腔的形成)与运营期间岩体不发生显着变形与破坏的特征。岩体稳定或失稳的概念是相对的，不同岩体的结构特征要求的标准不同，研究岩体发生失稳条件及变形破坏的规律，才能制定合理而有效的防治措施。例如，在旱采时，对巷道工程如何预防垮塌及地面沉陷，钻井水溶开采时，对确定岩盐顶板的稳定性和预防顶板的垮塌等，都有现实意义。

(1)岩体、结构面、结构体

岩体：通常泛指工程所辖范围的地质体。岩体由结构面和结构体两个单元构成。

结构面：指不同成因、不同规模、不同性质的地质界面，即岩体中的不连续面和切割面，如层面和断裂面等。

结构体：由不同产状的结构面相互切割而成的、大小不一、形态各异、岩石种类不同的块体。它们的特性决定岩体在受力状态下的不均一性和不连续性。由于结构面的性质和空间组合以及结构体的性质和形态不同，造成岩体工程地质的性质差异。

(2)结构面的类型、自然特性和分级 受力岩体中的结构面，在其变形、破坏过程中所起的作用，取决于结构面的成因和自然特性，这种特性直接影响岩体的物理力学性质。按地质成因来说，结构面可分为原生结构面、构造结构面和次生结构面，其特征如表3－3－10。

表3－3－10 岩体结构面类型及其特征

由于结构面的规模、性质不同，对工程稳定性的影响也不同，现将结构面分级列于表3－3－11。

表3－3－11 结构面的分级

(3)岩体结构分类及其特征 岩体的结构类型对于岩体的物理力学特征及失稳程度起到控制作用。

岩体结构类型的划分目的是评价各类岩体的稳定性，反映岩体不连续性和不均一性的基本特征及其失稳破坏形式。划分的原则是充分考虑岩石组合特征、构造变形程度以及结构面和结构体相互排列、组合特征。各类岩体结构的基本图式见图3－3－7。岩体结构类型及其特征见表3－3－12。

表3－3－12 岩体结构类型及其特征

图3－3－7 各类岩体结构图式

(三)评价岩体稳定性应考虑的因素

1．岩体的结构特征和类型不同，其变形破坏条件、方式和过程也不同。结构面形状及数量多寡，在整个变形过程中起着主导作用；结构面的闭合与张开，充填物有无及厚薄、结构面产状及作用力的关系，则起着决定作用。例如，岩体在塑性变形阶段，基本受软弱结构面的物理力学性质所制约；进入硬化破裂阶段时，岩体则表现易脆性破裂等。应进行综合研究评价。

2．岩体受力后，需具有三个基本条件，即：滑移面、切割面及临空面，才有变形破坏的可能，必须结合工程施工情况具体分析。

3．岩体变形破坏表现的主要失稳方式有剪切滑移、脆性破裂、塑性变形及弯曲断裂等4种。在工程中反映为崩塌掉块、坍塌滑移、片帮冒落、鼓起挤出等特点。

4．岩体变形破坏主要受结构面、特别是软弱岩化结构面的控制。它不仅控制着岩体变形破坏的部位，而且控制着岩体变形破坏的运动轨迹。

5．控制岩体变形破坏的滑动面，可以是一组结构面，也可是二组、多组结构面。因而实际工作中应考虑各种结构面的滑移方向。

6．岩体变形破坏是有征兆的，应重视工程地质预报及动态观测，以便采取措施，控制或缓解岩体失稳事态的发生或发展的程度。