Механические свойства горных пород

Свойства пород, проявляющиеся в различных механических силовых полях называются механическими. Механические свойства, характеризующее поведение пород при воздействие механических нагрузок, подразделяются на упругие, пластические, прочностные и реологические.

Упругие свойства определяют поведение пород только в пределах упругой зоны, т.е. при нагрузках, после снятия которых, порода возвращается в исходное состояние. Упругие смещения, возникшие в породах под воздействием кратковременных импульсов, способны распространяться по объёму пород. Волновой процесс распространения таких смещений – упругих колебаний - описывается акустическими свойствами пород.

Пластические свойства пород проявляются при нагрузка, превышающих предел упругости породы, после снятия которых, порода уже не полностью восстанавливает исходную форму и размеры.

Прочностные свойства определяют величины разрушающих нагрузок в породах.

Реологические свойства оценивают изменения деформаций, напряжений и перечисленных выше механических параметров пород во времени – при длительных воздействиях нагрузок.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости или модулем Юнга, модулем сдвига, модулем объемной упругости коэффициентом поперечных деформаций – коэффициентом Пуассона.

Модулем упругости называется коэффициент, равный отношению нормального напряжений к относительной линейной упругой деформации

( 2- 10)

Модуль упругости горных пород является информативной величиной. Определяют значения модуля упругости в лабораторных условиях на образцах. На боковых гранях образца правильной формы наклеивают чувствительные датчики и устанавливают под пресс. Начинают задавать нагрузки и отмечать изменение длины образца. Каждой величине подаваемой нагрузки соответствует определенное изменение длины. По эти м величинам строят график между напряжениями и деформациями. Напряжения - это отношение прикладываемой нагрузки к площади поперечного сечения, а деформации – это отношение изменение линейных размеров к первоначальной длине образца.

На этом графике можно выделить участок, на котором между нагрузкой и смещением имеется линейная зависимость. Именно этот участок и соответствует упругим свойствам горной породы. Модуль упругости называют модулем продольной упругости.

Второй упругой характеристикой горных пород является модуль сдвига или коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и упругой деформацией сдвига.

τ – касательное напряжение; θ – угловая деформация, характеризиемая изменением формыдеформируемого тела,

(2- 12)

α – угол наклона каждого прямоугольного элемента тела после деформирования.

Модуль продольной деформации и модуль сдвига соответствуют основным видам напряжений и деформаций и считаются основными характеристиками упругости пород. Они связаны между собой следующей зависимостью.

(2- 13)

В случае равномерного трехосного сжатия породы в пределах зоны упругости наблюдается прямая пропорциональная зависимость между давлением и относительным изменением объема породы ΔV/V, где V – исходный объем образца; ΔV – изменение объёма породы под нагрузкой.

(2- 14)

Коэффициент пропорциональности К называется модулем объемного сжатия. Модуль объёмного сжатия связан с модулем продольной упругости формулой

Модули упругости выражаются в МПа. Наиболее вероятные значения модуля упругости 10³ – 3*10⁵ МПа. Коэффициент Пуассона величина безразмерная, и равна отношению величины поперечных деформаций к величине продольных деформаций, т.е.

Числовые значения коэффициента Пуассона для горных пород 0,2-0,4.

Модули упругости характеризуют способность пород сопротивляться деформирования, т.е. определяют жесткость пород. Величина обратная модулям упругости, оценивает податливость пород и называется коэффициентом деформируемости.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 901; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!