Напруження і деформація в гірських породах

Вплив внутрішніх і зовнішніх чинників на фізичні властивості гірських порід.

Лекція № 4

Внутрішні чинники:

Речовинний склад або мінералогічний склад.

Механічні напруження (тиск) в значущому ступені впливають на зміну фізичних властивостей гірських порід. Причиною цієї зміни є порушення первинної будови гірських порід. Залежно від характеру тиску (одноосне, двовісне, усестороннє і т. д.) ці порушення зв'язані або з ущільненням породи, стисненням пір і освітою в породі системи тріщин і т.д.

Найбільша ущільнююча дія на породи чинить гідростатичний тиск. Із збільшенням ущільнення збільшуються площі каналів, по яких передаються напруження і енергія і зростають міцність, пружні властивості і ін.

В гірському виробництві зустрічаються як штучні механічні напруження, створювані в основному з метою руйнування гірської породи, так і природні - гірський тиск, обумовлений вагою вище розміщених шарів і бічним тиском вміщаючих порід; тиск газів і води в масивах порід, термічних напружень, що виникають під впливом тепла в масивах, тектонічні напруження, пов'язані із зсовуванням гірських порід.

Вплив речовинного поля на властивості гірських порід позначається в 2-х напрямах: як складова частина породи і як фізико-хімічне активне середовище, що впливає на мінеральний скелет.

Ступінь дії рідин найбільша при рихлих, зв'язних і деяких слабозцементованих скельних порід.

Зовнішні чинники:

1. Зовнішнє силове поле

2. Температурне поле

3. Вологість

Теплове поле викликає зміну властивостей порід під впливом раз особистих термодинамічних процесів, що відбуваються в них при підвищенні температури.

Виділяють два види дії теплового поля. Перший вигляд пов'язаний з виникаючими в породах термічними напруженнями через нерівномірне теплове розширення мінералів. Другий вигляд – обумовлений різними фізичними і термохімічними перетвореннями мінеральної породи.

Під впливом низьких температур також відбувається зміна внутрішньої будови порід і сил, зв'язків між окремими частинками приводить до зміни властивостей порід в різних напрямах.

Під впливом зовнішніх сил тіло змінює форму і об'єм, в результаті цього в ньому виникають внутрішні сили, прагнучі до відновлення колишньої форми. Поверхнева густина сили, що виникає в кожному елементі тіла, називається напруженням.

Напруження - величина векторна. Вона залежить від внутрішніх властивостей породи (сил і характеру зв'язків між частинками), форми зразка і дії зовнішніх сил.

Сили, діючі в одному напрямі, викликають в зразку лінійний напружений стан, діючий в 2-х напрямах, але в одній площині – плоский напружений стан, а в решті випадків – об'ємний напружений стан.

F - сила, діюча на одиницю площі

S - площа, на яку діє сила

Для визначення ступеня напруженості при об'ємній напрузі використовують тензор напруження.

В елементарному кубику породи, що знаходиться в напруженому стані можна виділити дев'ять компонентів напружень – 2 дотичних і одне нормальне на кожній грані кубика. Всі вони представляють одну фізичну величину, звану тензором напружень.

Тензор першого рангу - це величина, визначувана в будь-якій системі координат сукупністю 3 чисел

- нормальні напруження

- дотичні напруження

Напружений стан будь-якого твердого тіла в будь-якій площині можна охарактеризувати діючим в ньому нормальними і дотичними напруженнями.

Дата добавления: 2014-01-04