Понятие и определение механических свойств горных пород. Плотностные свойства горных пород

Механические свойства горной породы – это класс физических свойств, оценивающий поведение породы в условиях различных механических воздействий.

Под физическими свойствами породы понимают ее особое поведение при воздействии на нее определенных физических полей: механические силы, тепловые поля, электрические поля, магнитные поля и т.д.

Количественная мера каждого из этих свойств – это численное выражение одним или несколькими параметрами, показателями, характеристиками.

Основными механическими свойствами горных пород являются:

– прочностные (при сжатии, растяжении, сдвиге, изгибе, кручении и т.д.);

– деформационные (упругие, пластические, упругопластические);

– акустические (скорости продольных и поперечных волн, затухание и отражение волн);

– реологические (длительная прочность, ползучесть, релаксация напряжения).

В зависимости от величины и характера приложения нагрузки, величины действующих напряжений в массиве горных пород механические свойства их по приложению к ним силы в статическом или динамическом режимах.

Все физические, в том числе и механические свойства горных пород зависят от большого количества факторов: минерального состава, влажности, структуры, текстуры, величины давления, его длительности, температуры и др. Все эти факторы делятся на внутренние и внешние.

К внутренним факторам относятся: вещественный состав, структура, текстура пород, и их внутренняя температура; к внешним – различные физические поля, влага, давление, внешняя температура и т.д. В наибольшей степени на физические свойства горных пород оказывают их внутренние факторы, в особенности макродефекты строения – трещиноватость, слоистость и др.

Механические свойства образцов горных пород и механические свойства массива в целом разные.

Так образец не может представить всю информацию о развитии трещиноватости, слоистости, геологических нарушениях массива в целом. Поэтому при решении технических и технологических задач необходимо учитывать этот фактор. В общем, эта проблема решается через определенные коэффициенты, учитывающие особенности массива, так например

(2.1)

где – соответствующее свойство пород массива;

– то же, образца;

– коэффициент, учитывающий структурно-текстурные и другие отличия массива пород от образца.

Основными плотностными свойствами горных пород являются плотность, объемная масса, удельный вес, объемный вес и пористость.

Плотность масса единицы объема твердой фазы породы

(2.2)

Объемная масса – масса единицы объема породы вес естественном состоянии

(2.3)

Удельный вес - вес единицы объема твердой фазы породы

(2.4)

где = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести.

Объемный вес g – вес в единице объема породы в естественном состоянии.

(2.5)

Пористость – пустоты в горных породах

(2.6)

где – объем пустот в породе, м³.

(2.7)

Подставляя (2.7) в (2.6) получим

(2.8)

По величине плотности породы, слагающие земную кору, подразделяют на три группы:

- легкие кг/м³;

- средние кг/м³;

- тяжелые кг/м³.

Пористость горных пород колеблется от нескольких долей процента до 80-90 %. По величине пористости породы делятся на 5 групп:

- низкопористые – до 5 %;

- пониженной пористости – 5-10 %;

- среднепористые – 10-15 %;

- повышенной пористости – 15-20 %;

- высокопористые – более 20 %.

Плотность зависит от минерального состава и степени метаморфизма рис. 2.1.

Объемная масса пород в большей мере зависит от пористости, влажности, давления, температуры (рис. 2.2-2.4)

Рис. 2.2. Зависимость Рис. 2.3. Зависимость

объемной массы пород от объемной массы пород от

их пористости давления на них

Рис. 2.4. Зависимость объемной массы пород от их влажности

Кривая 1 характеризует поглощение воды, заполнение пустот водой без заметного разрушения, набухания пород; кривая 2 – породы, увеличение объема которых в результате набухания, опережает рост массы пород за счет поглощения воды.

Дата добавления: 2014-01-07