破斷面是指在煤礦開採中，直接頂岩層破斷後形成塊體，相鄰塊體在擠壓力作用下通過接觸面的摩擦作用形成結構。這種結構的穩定性直接影響著頂板的來壓強度、來壓步距和礦山壓力的顯現特徵。由於基本頂結構是靠基本頂岩層破斷面的摩擦作用得以形成的，因此研究岩層破斷面的摩擦性能，將有助於基本頂結構穩定性的研究。在岩石力學界，由於岩石結構面（裂隙）對工程中岩體的力學性質有非常大的影響，因此對結構面力學性質的研究（其中包括結構面的摩擦性質的研究）開展得相對比較好。由於岩體中的結構面（裂隙）與岩石破斷面有所近似，因此，研究岩石破斷面的摩擦性質可以借鑑岩體裂隙面摩擦規律的研究方法。
基本介紹
- 中文名：破斷面
- 外文名：The broken section
- 學科：土木工程
- 領域：採礦
- 性質：裂隙力學性質
- 參數：破斷面粗糙度係數
岩石破斷面力學性質,載荷對破斷面粗糙度係數的影響,砂岩破斷面的摩擦規律,總結,
岩石破斷面力學性質
岩石破斷面摩擦性能研究的目的在於尋找破斷面在法向壓力作用下抵抗切向力的能力所遵循的規律，建立破斷面上的法向壓應力與摩擦（剪下）應力之間的數量關係。
破斷面的摩擦性能是該面受力後諸多因素變化的綜合反映，描述破斷面的力學性質，可以選取破斷面粗糙度係數、破斷面壁面抗壓強度和基本摩擦角這3個參數，它們的物理含義等同於描述裂隙力學性質的節理粗糙度係數、節理壁面抗壓強度。對砂岩張拉破斷面的測試結果見表1。
表1載荷對破斷面粗糙度係數的影響
破斷面在法向壓力（為保持包含破斷面試件的穩定性，一般施加的法向壓應力為岩石的單軸抗壓強度）的作用下，粗糙程度和壁面抗壓強度會發生變化。粗糙度係數的變化在低應力水平就可以發生，隨著壓應力的增加，變化量逐漸減小，應力超過3MPa後基本保持在6左右；而壁面抗壓強度在應力低於0.1時變化不大，應力在0.1-0.5的範圍時，隨著壓應力的增加明顯減小，應力在0.5-0.7範圍內，壁面抗壓強度維持在一個恆定的值。對於細砂岩，壁面抗壓強度最終維持在初始值的80%。
砂岩破斷面的摩擦規律
砂岩破斷面摩擦實驗試件的尺寸為10cmX10cmX10cm，所含張拉破斷面為10cmX10cm。摩擦性質實驗由直接剪下儀完成。三類砂岩破斷面的摩擦實驗數據如表2所示。
把砂岩破斷面在不同法向應力測得的摩擦應力實驗值描述在坐標系中，可得到相應的摩擦規律曲線。圖3-圖5給出了細、中、粗3種砂岩的相關關係。
表2
圖3-圖5總結
1.砂岩破斷面的粗糙程度隨法向力的增加而有所減小，因此工程中砂岩破斷面粗糙度係數與其所受力的作用歷史有關。這一點對基本頂塊體結構中周期破斷影響範圍以內的塊體接觸面十分重要。
2.砂岩破斷面的基本摩擦角平均可取30°；不同種類的砂岩，其破斷面的粗糙度係數和壁面抗壓強度會有所變化。
3.砂岩破斷面的摩擦規律可以用N. Burton的摩擦準則表示，破斷面的摩擦係數與該面所受法向應力呈反變關係。
4.實驗所得砂岩破斷面的摩擦規律，可以用於採煤工作面基本頂中面接觸塊體結構的穩定性判斷以及頂板來壓強度計算。
