Деформационные свойства горных пород

Деформирование и разрушение горных пород.

Деформация – изменение взаимного расположения частиц, составляющих тело. Основные причины деформации – воздействие внешних механических сил, изменение температуры, воздействие электрическими зарядами, магнитными полями и т.д.

В кристаллической решетке любого вещества существуют силы взаимного притяжения и отталкивания. При воздействии на породу внешних сил, стремящихся сдвинуть ионы в решетке благодаря упругим свойствам в породе возникают внутренние силы, противодействующие внешним.

Соответственно, свойства деформации твердого тела (породы), зависят от его упругих свойств и величины приложенных сил, напряжений. Увеличение нагрузок из вне приводит к возрастанию внутренних деформаций тела и в итоге к его разрушению, т.е. потере сплошности, разделу на части.

Деформации бывают упругие, упругопластические, пластические. При упругих деформациях наблюдается прямая зависимость между величиной напряжения и деформированностью тела. При этом в породе накапливается потенциальная энергия, стремящаяся после снятия нагрузки вернуть объем тела в исходное состояние. При пластических деформациях объем тела, после снятия внешних нагрузок, полностью не восстанавливается. Не существует четкой границы между переходом тела из упругих деформаций в пластические. Поэтому существует понятие упруго-пластические деформации.

При постоянном увеличении напряжений, либо из начальной его задаче достаточной величины в породе можно наблюдать все три вида деформаций – упругую Е_е, пластическую Е_пл и разрушающую Е_р (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Графики деформаций пород: 1 – упругая; 2 – упруго-пластическая; 3 – пластическая; точки А, В, Д – разрушение

Основная часть горных пород обладает высокими упругими свойствами. Данные породы способны вплоть до полного разрушения под действием достаточной внешней нагрузки очень мало деформироваться. При разгрузке таких пород остаточная деформация e_ост очень маленькая, т.е. e_е ≈ (0,8-0,9) e_ост.

Основные характеристики упругих деформаций горных пород являются модуль упругости Е, модуль сдвига G, коэффициент Пуассона и модуль всестороннего сжатия К.

Между данными характеристиками имеются взаимосвязи, которые описываются следующими выражениями

(2.18)

Связь между деформациями при нормальных и касательных напряжениях в породе, находящейся в объемном напряженном состоянии, выражается обобщенным законом Гука.

(2.19)

Дата добавления: 2014-01-07