1、MTICS73P70備案號(hào):中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T 593.5200 x代替 MT/T593.51996人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)第5部分：人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法Artificial frozen soil physics mechanics performance testPart 5 Artificial frozen soil tri-axial sheartest method（送審稿）XXXXXX乂乂發(fā)布XXXXXX乂乂實(shí)施國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布目 次 TOC o 1-5 h z 前 言II1范圍12規(guī)范性引用文件13術(shù)語和定義14試驗(yàn)用儀器、設(shè)備15試樣26基

2、本要求27試驗(yàn)步驟28計(jì)算、制圖3附錄A （規(guī)范性附錄）人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)表6MT/T593人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)分為八個(gè)部分：第1部分：人工凍土試驗(yàn)取樣及試樣制備方法；第2部分：土壤凍脹試驗(yàn)方法；第3部分：人工凍土靜水壓力下固結(jié)試驗(yàn)方法；第4部分：人工凍土單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法；第5部分：人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法；第6部分：人工凍土單軸蠕變?cè)囼?yàn)方法；第7部分：人工凍土三軸蠕變?cè)囼?yàn)方法；第8部分：人工凍土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法。第1部分至第7部分是對(duì)MT/T593人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)的修訂，第8部分是MT/T593 人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)新增加部分。本部分為MT/T593的第5部分，

3、是對(duì)MT/T593.5 - 1996 人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn) 第5部分：人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法的修訂，本部分代替 MT/T593.5 - 1996。本部分與MT/T593.5 - 1996相比主要變化如下：修改了原標(biāo)準(zhǔn)中含水量”統(tǒng)一改成含水率”（1996年版的4.6. 7.1.1；本版的4.5.7.1.1 ）；修訂了三軸試驗(yàn)設(shè)備要求（1996年版的4.L 4.2；本版的4.L4.2）；增加了三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)中彈性模量和泊松比的算法（見8.4）；將原版的提示性附錄修改為規(guī)范性附錄（1996年版的附錄A ；本版的附錄A ）。本部分的附錄A為規(guī)范性附錄。本部分由中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本部分由

4、煤炭行業(yè)煤礦專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本部分起草單位：煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院、北京中煤礦山工程有限公司、中國礦業(yè)大學(xué)、 安徽理工大學(xué)、濟(jì)南瑞普機(jī)電技術(shù)有限公司。本部分主要起草人：李長忠、崔灝、汪仁和、李棟偉。本部分所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)布情況為：MT/T593.5 - 1996。第5部分：人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法1范圍MT/T593的本部分規(guī)定了人工凍土多試樣和單試樣三軸壓縮試驗(yàn)用儀器、設(shè)備，試樣，基本要求， 試驗(yàn)步驟和計(jì)算、制圖。本部分適用于對(duì)凍結(jié)原狀土及凍結(jié)重塑土三軸壓縮強(qiáng)度參數(shù)測(cè)試和計(jì)算。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過MT/T593的本部分的引用而成為本部分的條款。凡

5、是注日期的引用文件，其 隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本部分達(dá)成協(xié)議 的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。MT/T593.1人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)第1部分：人工凍土試驗(yàn)取樣及試樣制備方法MT/T593.3人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)第3部分：人工凍土靜水壓力下固結(jié)試驗(yàn)方法MT/T593.4人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)第4部分：人工凍土單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1三軸剪切試驗(yàn)tri-axial shear test在不同的恒定圍壓（即小主應(yīng)力23）下施加軸向壓應(yīng)力（主

6、應(yīng)力差13）進(jìn)行剪切直至破壞過程。4試驗(yàn)用儀器、設(shè)備4.1三軸壓縮試驗(yàn)儀（如圖1所示）：變速率可調(diào)，最大軸向荷載200kN，圍壓6MPa （適用于土層埋 深小于300m）、12MPa （適用于土層埋深小于700m）或20MPa （適用于土層埋深小于1200m），波動(dòng) 度不超過10kPa。4.2應(yīng)力及變形測(cè)試元件：壓力傳感器（量程0kN200kN，精度1% ）;位移傳感器（軸向量程01 - 50mm，精度1% ）；數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)等。4.3溫度傳感器：量程-40C+40C，精度0.20。4.4冷卻及溫控設(shè)備。4.5試驗(yàn)用含水率、密度測(cè)試裝置。1-油缸2-制冷系統(tǒng)3-液壓系統(tǒng)4-支座5通壓量測(cè)裝置

7、6咻變量測(cè)裝置7-軸壓加載油路8通壓加載油路9-軸向位移傳感器10-軸向加載活塞11-溫度傳感器12-試樣13-呆溫層14-軸向壓力傳感器圖1低溫三軸壓縮試驗(yàn)儀5 試樣5.1采用凍結(jié)原狀土試樣和凍結(jié)重塑土試樣，其制備方法按MT/T593.1中6.2. 2D6.2的規(guī)定進(jìn)行。5.2試驗(yàn)規(guī)格應(yīng)與MT/T593.4所采用的試樣規(guī)格一致。5.3試樣數(shù)量：1個(gè)(單試樣分級(jí)加載)或3一4個(gè)(多試樣加載)。6基本要求6.1試驗(yàn)應(yīng)在規(guī)定的試驗(yàn)溫度中進(jìn)行。6.2溫度波動(dòng)度小于等于).2CO6.3只有一種試驗(yàn)溫度時(shí)，應(yīng)選擇-10C ;若有多種試驗(yàn)溫度時(shí)，其中應(yīng)有-10C ;如果有特殊要求， 可另選試驗(yàn)溫度。6.4

8、試驗(yàn)前各試驗(yàn)用儀器、設(shè)備應(yīng)校正合格。7試驗(yàn)步驟7.1多試樣三軸壓縮試驗(yàn)7.1.1核實(shí)試樣的來源、編號(hào)、密度、含水率，并填入附錄A表內(nèi)。7.1.2根據(jù)試樣所處層位的靜水壓力0.013H,其中H為試驗(yàn)土層深度(單位皿)，確定出三級(jí)圍壓值: (0.013H-1)MPa、(0.013H)MPa 和(0.013H+1)MPa，或(0.013H)MPa、(0.013H+1)MPa 和 (0.013H+2)MPa (當(dāng)深度小于120m時(shí))。7.1.3 按MT/T593.3中7.17.步驟進(jìn)行試樣固結(jié)。7.1.4軸向應(yīng)變速率取1%/min7.1.5啟動(dòng)三軸試驗(yàn)儀，測(cè)讀體變測(cè)量?jī)x的數(shù)值,試驗(yàn)過程中圍壓波動(dòng)度不大

9、于丑0kPa。7.1.6試驗(yàn)開始階段，試樣應(yīng)變每增加0.3%0.4%測(cè)讀軸向荷載及變形各一次，當(dāng)應(yīng)變達(dá)3%以后，每 增加0.6%0.7%各測(cè)讀一次，體積變化由體變測(cè)量?jī)x隨時(shí)記錄。如果試樣特別硬脆或軟弱，可增加或 減少測(cè)讀的次數(shù)。7.1.7當(dāng)軸向應(yīng)力不再增加時(shí)，繼續(xù)加載到軸向應(yīng)變?cè)黾?%-5%，若壓力傳感器讀數(shù)無明顯變化， 試驗(yàn)直至軸向應(yīng)變達(dá)到20%為止，記錄荷載及變形終值。7.1.8試驗(yàn)結(jié)束后卸去軸向荷載和圍壓，描述試樣破壞后形狀，測(cè)定試驗(yàn)后試樣的含水率和密度。7.1.9對(duì)其余幾個(gè)試樣，在不同圍壓下按7.1.T7.1.規(guī)定的步驟進(jìn)行。7.2單試樣分級(jí)加載三軸剪切試驗(yàn)7.2.1按7.1.7.1.

10、規(guī)定的步驟進(jìn)行。7.2.2當(dāng)荷載值接近穩(wěn)定（主應(yīng)力差小于5kPa）或軸向應(yīng)變達(dá)到彈性極限后剛出現(xiàn)屈服時(shí)，停止加載。 記錄荷載及軸向變形。7.2.3卸去軸向荷載，施加第二級(jí)圍壓，固結(jié)穩(wěn)定之后按7.1.廠7.1. 和7.2.規(guī)定的步驟進(jìn)行。7.2.4卸去軸向荷載，施加第三級(jí)圍壓，固結(jié)穩(wěn)定之后按7.1.廠7.1.和7.2.規(guī)定的步驟進(jìn)行，最后一 級(jí)圍壓下的剪切直至試樣破壞為止。7.2.5按7.1.的規(guī)定進(jìn)行。8計(jì)算、制圖8.1試樣固結(jié)后高度、面積及剪切時(shí)的軸向應(yīng)變、面積計(jì)算8.1.1多試樣三軸剪切試驗(yàn)a）固結(jié)后的試樣高度及面積：h h0 h （1）AcV0 Vc）/hc （2）式中：hc 一固結(jié)后試

11、樣高度，單位為毫米（mm ）;h0一固結(jié)前試樣高度，單位為毫米（mm ）;%一固結(jié)后試樣高度的變化量，單位為毫米（mm ）;A。一固結(jié)后試樣截面積，單位為平方毫米（mm 2）;V0 -固結(jié)前試樣體積，單位為立方毫米（mm 3）;Vc 固結(jié)后試樣體積變化量，單位為立方毫米（mm 3）。 助剪切時(shí)的試樣應(yīng)變及面積： TOC o 1-5 h z 1 h/h （3）3 D/D0（4） HYPERLINK l bookmark19 o Current Document A A /11） （5）式中：一軸向應(yīng)變；h剪切過程中試樣軸向變形，單位為毫米（mm ）;3試樣平均徑向應(yīng)變;D 一試樣徑向平均變化量，

12、單位為毫米（mm ）;D0試驗(yàn)前試樣平均直徑，單位為毫米（mm ）;Aa剪切過程中試樣截面積，單位為平方毫米（mm 2）。8.1.2單試樣分級(jí)加載三軸剪切試驗(yàn)8.1.2.1施加第一級(jí)圍壓后試樣高度和面積按式（1）、（2）計(jì)算，試驗(yàn)中的試樣軸向應(yīng)變和面積按 式（3）、（5）計(jì)算。8.1.2.2按照步驟a和b進(jìn)行試驗(yàn)：a）施加第一級(jí)圍壓固結(jié)后，試樣的高度和面積作為第二級(jí)圍壓下的起始高度和面積，按式（1）、 （2）計(jì)算；b）施加第二級(jí)圍壓固結(jié)后，試樣的高度和面積作為第三級(jí)圍壓下的起始高度和面積，按式（1）、 （2）計(jì)算。8.2試樣體積變化量計(jì)算V L Av（ hCh） A （6）式中：V 一試樣體積

13、變化量，單位為立方毫米（mm 3）；L 一體變測(cè)量?jī)x活塞桿位移量，單位為毫米（mm）；Av體變測(cè)量?jī)x缸體截面積，單位為平方毫米（mm 2）；Ap進(jìn)入壓力室軸向加壓活塞桿的截面積，單位為平方毫米（mm 2）。8.3制圖8.3.1繪制主應(yīng)力差（3）與應(yīng)變關(guān)系曲線。8.3.2繪制莫爾破損應(yīng)力圓，并作莫爾破損應(yīng)力圓包絡(luò)線。在直角坐標(biāo)上，以法向應(yīng)力a為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力t為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)軸上以f4f為圓心， 2七 為半徑（f主腳表示破壞應(yīng)力），在T-a應(yīng)力平面圖繪制莫爾破損應(yīng)力圓。各個(gè)不同圍壓下 2破損應(yīng)力圓的公切線，即為莫爾破損圓包絡(luò)線。8.4彈性模量和泊松比計(jì)算8.4.1彈性模量計(jì)算E 13 0.5 （7）t0.5式中：Et彈性模量，單位為兆帕（MPa ）；（13）05 50%的破壞應(yīng)力，單位為兆帕（MPa ）；0.5 J 3）0.5所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，10 6。8.4.2泊松比計(jì)算(8)1式中：一對(duì)應(yīng)主應(yīng)力差(3)與應(yīng)變關(guān)系曲線直線段的軸向應(yīng)變；3一計(jì)算軸向應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的試樣總平均徑向應(yīng)變。8.5內(nèi)摩擦角和粘聚力計(jì)算莫爾破損應(yīng)力圓包線與縱坐標(biāo)的截距為粘聚力c ；此破損應(yīng)力圓包線與水平線的夾角為內(nèi)摩擦角求出對(duì)應(yīng)的三軸剪切強(qiáng)度，填入附錄A表內(nèi)。附錄A（規(guī)范性附錄）人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)表試驗(yàn)前試樣高度h0=mm試驗(yàn)刖試樣直徑D