Сопротивление материалов горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Дисциплина: Сопротивление материалов

Геомеханика

Исполнитель:

Нестеров В.П.



Содержание

Вопрос 1

Вопрос 2

Вопрос 3

Вопрос 4

Список использованной литературы



Вопрос 1

Изобразите полную диаграмму деформации при одноосноном напряжение сжатия, для образца породы с упругими свойствами. В аксонометрической проекции изобразите анализируемые деформации для образца цилиндрической формы, используя рисунок выведите аналитическое выражение деформации.

Виды деформации тел. Механические свойства твёрдых тел обусловлены их молекулярной структурой. Внешнее механическое воздействие на тело может приводить к изменению его формы и объёма, т.е. к деформации.

Деформация - изменение формы и размера твёрдого тела под действием внешних сил.

Различают два вида деформаций - упругую и пластическую.

Упругая деформация - деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы.

Упруго деформируются резина, сталь, человеческое тело, кости и сухожилия.

Пластическая деформация - деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы.

Пластичны свинец, алюминий, воск, пластилин, замазка, жевательная резинка.

Упругая деформация. Модуль Юнга.

Коэффициент структурной прочности (Ксп) определяется соотношением

,

где s?R - предел прочности образца с нарушенной структурой.

Образцы с нарушенной структурой заданной влажности и плотности изготовляют в соответствии с ГОСТ 12248-78.

Кривая длительной прочности, т.е. зависимости времени t до разрушения образца от величины приложенного напряжения s представлена на черт. 1.

Кривая длительной прочности

Черт. 1

sст = sR

- условно-мгновенная или «стандартная» прочность;

- предел длительной прочности, строится по данным ряда испытаний с фиксированными напряжениями, составляющими определенную долю от величины sR. Рекомендуется ряд напряжений 0,9sR; 0,8sR; 0,7sR; 0,6sR; 0,5sR.

За величину принимается такое напряжение, при котором в течение суток относительная продольная деформация увеличивается менее чем на 0,1 %.

Для предохранения образца от высыхания его боковую поверхность покрывают смазкой, нагрузочное устройство с образцом помещают в полиэтиленовый мешок.

В тех случаях, когда при разрушении четко выявляется плоская площадка скольжения, метод одноосного сжатия позволяет определять величину сцепления С0 и угла внутреннего трения j. С этой целью замеряют угол наклона поверхности площадки a (черт. 2). По определенным величинам sR и a находятся параметры прямолинейной огибающей диаграммы Мора:

j = 2a - 90°.

При малых углах внутреннего трения (j » 0 a = 45°) сцепление определяется как

.

Схема разрушения образца породы при одноосном сжатии

Диаграмма Мора при одноосном сжатии.



При хрупко-пластичном и пластичном типах разрушения, когда разрушению образца предшествуют значительные деформации, необходимо при расчете предела прочности учитывать увеличение площади образца

,

где S > S0.

Величину площади S определяют непосредственным измерением диаметра образца штангенциркулем с погрешностью 0,1 мм и последующим расчетом.

В предположении о несжимаемости породы отношение может быть определено по известной относительной продольной деформации e. В случае сохранения цилиндрической формы (Sh = S0h0)

.

В случае, когда образец после сжатия приобретает форму бочки с образующей в виде дуги окружности, причем диаметр торца бочки сохраняется равным начальному диаметру образца, получается другое соотношение



.

Исходный (черт. а) и деформированные при одноосном сжатии (черт. б, в) образцы глинистых пород

для слоя глинистой породы проведена серия опытов на одноосное сжатие, в результате которых получены следующие значения предела прочности sR: 0,35; 0,28; 0,53; 0,42; 0,43; 0,31; 0,41 МПа.

Выборочное среднее арифметическое значение полученных результатов составляет:

Выборочное среднее квадратическое отклонение

Среднее квадратическое отклонение среднего арифметического значения МПа.

Коэффициент вариации %,

Задаемся величиной доверительной вероятности n =0,95.

К = 7 - 1 = 6.

По ГОСТ 11.004-74 значениям n = 0,95 и К = 6 соответствует значение tn = 1,94.

Величина D определяется как МПа.

При этом относительная погрешность оценки среднего значения равна %.

Доверительный интервал для предела прочности определяется соотношением:

.

Нижнее значение доверительного интервала предела прочности

sRн = 0,39 - 0,06 = 0,33 МПа.

Верхнее значение доверительного интервала предела прочности

sRв = 0,39 + 0,06 = 0,45 МПа.

Определение модуля упругости

Черт. 1

Определение модуля общей деформации



Черт. 2

Типы деформационного поведения глинистых пород при одноосном сжатии

Черт. 3 а - хрупкий тип деформирования; б - хрупко-пластический тип деформирования; в - пластический тип деформирования

Вопрос 2

Выделите на диаграмме участки зарождения трещин. Объясните процессы происходящие на соответсвующем участке деформации.

Область напряжений, при которых происходит только упругая деформация, ограничена пределом пропорциональности упц. В этой области в каждом зерне имеют место только упругие деформации, а для образца в целом выполняется закон Гука - деформация пропорциональна напряжению (отсюда и название предела).

С повышением напряжения в отдельных зернах возникают условия для движения дислокаций и в них начинается пластическая деформация, но пока доля таких зерен невелика это не проявляется на деформации образца в целом (пластической макродеформации нет).

Напряжение, при котором появляются первые признаки макропластической деформации, называется условным пределом упругости. В его обозначении индекс указывает на величину остаточной деформации (в процентах), для которой произведено определение предела упругости, например у0.01.

Напряжение, при котором пластическая деформация проявляется уже в большей степени, называется условным пределом текучести. Чаще всего он определяется при величине остаточной деформации 0.2% и обозначается у0.2.

Таким образом, различие между пределами упругости и текучести связано только с точностью определения «границы» между упругим и пластическим состоянием, что и отражает слово «условный». Очевидно, что упц <у0.01 <у0.2.

Отсутствие резкой границы между упругим и пластическим состоянием означает, что в интервале напряжений между упц и у0.2 происходят и упругие и пластические деформации.

Состояние с упруго-пластическими деформациями называется упруго-пластическим.

Упругое состояние существует до тех пор, пока во всех зернах металла дислокации неподвижны. Упруго-пластическое состояние наблюдается в таком интервале нагрузок, при которых движение дислокаций (и, следовательно, пластическая деформация) происходит только в отдельных кристаллических зернах, а в остальных продолжает реализовываться механизм упругой деформации. Пластическое состояние реализуется, когда движение дислокаций происходит во всех зернах образца. После перестройки дислокационной структуры (завершения пластической деформации) металл возвращается в упругое состояние, но с измененными упругими свойствами.



В подавляющем большинстве случаев в качестве «границы» между упругим и пластическим состоянием приближенно принимают величину условного предела текучести у0.2. Значения пределов пропорциональности и упругости, которые намного точнее определяют границу упругого состояния, обычно приводят для металлов, применяющихся для изготовления пружин. Знание интервала упруго-пластического состояния упц - у0.2 важно при наличии значительных переменных нагрузок.

Приведенные обозначения пределов соответствуют одноосному растяжению, диаграмма которого приведена на рисунке. Аналогичные по смыслу пределы определяют для сжатия, изгиба и кручения.

При напряжениях, превышающих предел текучести у0.2, металл переходит в пластическое состояние. Внешне это проявляется в снижении сопротивления действующей нагрузке и видимым изменением формы и размеров. После снятия нагрузки металл возвращается в упругое состояние, но остается деформированным на величину остаточных деформаций, которые могут намного превышать предельные упругие деформации. Изменение дислокационной структуры в процессе пластической деформации увеличивается предел текучести металла - происходит его деформационное упрочнение.

Обычно пластическую деформацию исследуют при одноосном растяжении образца. При этом определяются временное сопротивление ув , относительное удлинение после разрыва д и относительное сужение после разрыва ш. Картина растяжения при напряжениях, превышающих предел текучести, сводится к двум вариантам, представленным на рисунке.

В первом случае (рисунок на вставке) наблюдается равномерное растяжение всего образца - происходит равномерная пластическая деформация, которая завершается разрывом образца при напряжении ув. В этом случае ув имеет смысл условного предела прочности при растяжении, а д и ш определяют максимальную равномерную пластическую деформацию.

Во втором случае образец сначала растягивается равномерно, а после достижения напряжения ув образуется местное сужение (шейка) и дальнейшее растяжение, вплоть до разрыва, сосредоточено в области шейки. В этом случае д и ш являются суммой равномерной и сосредоточенной деформаций (см. рис.). Поскольку «момент» определения временного сопротивления уже не совпадает с «моментом» разрыва образца, то ув определяет не предельную прочность, а условное напряжение, при котором завершается равномерная деформация. Тем не менее, величину уВ часто называют условным пределом прочности при растяжении независимо от наличия или отсутствии шейки.

В любом случае разница (ув - у0.2) определяет интервал условных напряжений, в котором происходит равномерная пластическая деформация, а отношение у0.2 / уВ определяет соотношение диапазонов упругого и пластического состояния.

Слово «условный» применительно к ув означает, что оно меньше «истинного» напряжения SВ действующего в образце. Дело в том, что напряжение у определяется как отношение растягивающей силы к площади начального сечения образца (что удобно), а истинное напряжение S должно определяться по отношению к площади сечения в момент измерения (что сложнее). В процессе пластической деформации происходит утончение образца и по мере растяжения разница между условным и истинным напряжением увеличивается (особенно после образования шейки). Если строить диаграмму растяжения для истинных напряжений, то кривая растяжения будет проходить над кривой, нарисованной на рисунке, т.е. ниспадающего участка не будет.

Металлы могут иметь одинаковое значение ув, но, если у них разные диаграммы растяжения, разрушение образца будет происходить при разных истинных напряжениях SВ (их истинная прочность будет различной).

Временное сопротивление уВ определяется при нагрузке, действующей в течение десятков секунд, поэтому часто называется пределом кратковременной прочности.

Пластическое деформирование исследуется также при сжатии, изгибе, кручении, диаграммы деформаций при этом подобны приведенной на рисунке. Но по многим причинам одноосное растяжение в большинстве случаев оказывается более предпочтительным. Наименее трудоёмко определение параметров одноосного растяжения ув и д, они всегда проводятся при массовых заводских испытаниях, а их значения обязательно приводятся во всех справочниках.

Вопрос 3

Магматические горные породы и их геомеханические свойства

Магматической определяется порода, образовавшаяся в результате охлаждения и затвердевания магмы. Так как магма может остывать на глубине, внутри каменной оболочки земного шара, или на земной поверхности, то магматические породы разделяются на интрузивные (внедрившиеся в толщи горных пород) и эффузивные (излившиеся). Наиболее типичными интрузивными породами считаются гранит, диорит, габбро, перидотит и др. Базальт, липарит, андезит принадлежат эффузивным породам.[1]

Анализ приведенного материала. В определении магматической породы как продукта остывания магмы нет признаков, по которым ее можно отнести к магматической. Проверить же достоверность того, что интрузивная магматическая порода является именно таковой, а не метаморфической, невозможно, потому что никто не присутствовал на глубине при охлаждении магмы. Доказать, что образец горной породы принадлежит магматической породе нельзя из-за отсутствия в нем признаков происхождения.

Для примера возьмем образец гранита, считающегося наиболее распространенной интрузивной магматической породой. Когда прошу студента или геолога объяснить, почему это магматическая порода, то в ответ слышу утверждение, что гранит сложен кристаллами, которые возникли при остывании магма. Но это признак кристаллической породы, а не магматической. Тогда показываю образец каменной соли, который состоит из кристаллов, и потому должен быть также магматической породой. Нет, каменная соль, заявляют мне, отнесена к осадочной породе. Мрамор же представляет собой пример метаморфической породы, хотя сложен кристаллами кальцита.

Эффузивные породы вообще нельзя называть магматическими, потому что возникли при остывании излившейся лавы, а не магмы. Если и давать им название по происхождению, то логически выдержанно их называть вулканогенными, как образовавшимися при извержении вулканов. Но и в таком случае остаются логические неувязки.

При извержениях вулканов лава может изливаться или выбрасываться в виде раскаленных обломков разной величины - пирокластов (пирос - огненный, класт - обломок). Эффузивные или излившиеся породы составляют только часть вулканических пород. Есть еще пирокластические, разделяющиеся на рыхлые или тефру: пепел, лапилли (горох), вулканические бомбы, и сцементированные - туфы.

Рис. 1.Вулканогенные породы

При извержениях вулканов центрального типа лавы больше выбрасывается, чем изливается.

Осадочные горные породы - породы сформировавшиеся на поверхности или в приповерхностной части Земной коры за счет осаждения продуктов экзогенных процессов. Сами экзогенные процессы по напрвленностии результатам можно условно разделить на 3 группы:

Разрушительные-промежуточные-созидательные.

К первой группе относятся:

- Гипергенез;

- геологическая деятельность ветра, водных потоков, ледников, озер и болот, подземных вод, морей.

В результате этих процессов образуются:

- рыхлый обломочный материал.

- новые минералы и минерализованные растворы.

Вновь образованный рыхлый материал и минералы могут оставаться на месте своего формирования (кора выветривания) или перемещаться. При перемещении или транспортировке и происходят промежуточные процессы. В зависимости от расстояния, скорости перемещения, объема и размеров переносимого материала и ряда других факторов могут продолжаться дальнейшее разрушение и начаться частичная аккумуляция (или осаждение) переносимого материала.[2]

Разрушение при транспортировке - это:

- превращение крупных обломков в мелкие,

- превращение угловатых обломков в окатанные,

- сортировка обломочного материала по размерам (вертикальная и латеральная).

Частичная аккумуляция происходит обычно при транспортировке материала на большие расстояния или при резкой смене условий транспортировки. Происходит разделение рыхлого материала. Одна его часть перемещается дальше, а другая оседает. При этом может происходить укрупнение размеров обломков. Так, при разрушении горных пород могут высвобождаться мелкие частицы самородного золота, платины и других элементов. При частичном осаждении за счет магкости и гибкости мелкие золотины слипаются и образуют комок золотин или самородок.

Созидательные процессы включают:

- осадконакопление или седиментогенез;

- преобразование рыхлых осадков в твердую горную породу - диагенез.

Среди главных породообразующих компонентов выделим:

1-реликтовые минералы и обломки пород - терригенный материал;

2-минералы осадочного генезиса(опал, оксиды и гидрооксиды железа, сульфаты фосфаты галоиды и т.д.)

3-органические остатки,

4-вулканический материал.

Структура- определяется размером и формой обломков и минералов, Текстура - их взаимным расположением и ориентировкой в пространстве.

Химический состав магматических пород принято записывать в оксидной форме. Если общее количество минерального вещества в горной породе принять за 100%, то 99% в них представлены силикатами, состав которых определяют 12 оксидов- SiO2 ; TiO2 ; Al2O3 ; Fe3O4 ; Fe2O3 ; MnO , CaO , MgO , Na2O; K2O; H2O; P2O5 . Эти оксиды называют петрогенными, и их количество в составе магматических горных пород достигает 99,5%. Количественное соотношение между оксидами может изменяться, а это в свою очередь отражается на видовом составе породообразующих минералов, а значит на разнообразии разновидностей магматических пород. В тоже время было отмечено, что в каждой из разновидностей магматических пород количественное соотношение петрогенных оксидов является стабильным в определенных интервалах. Поэтому в основу их классификации положен химический состав, а ведущим признаком в ней является содержание SiO2 . Все породы по содержанию кремнезема делятся на : ультраосновные, основные, средние и кислые. Содержание SiO2 возрастает от ультраосновных пород к кислым (демонстрация табл.) и определяет не только разный минералогический состав и химические свойства, но и физические свойств а- такие как плотность, температура кристаллизации, вязкость расплава. Последнее свойство определяет способность расплава к текучести, а следовательно с разной скоростью перемещаться и удаляться от очага, т.е. подвижностью . Наиболее подвижными являются магмы ультраосновного состава, соответственно кислые - более вязкие и менее подвижные.

Разделение магмы на составные части по химическому составу или дифференциация магмы происходит различными путями.

I. Считается возможным разделение магмы разного состава - у льтраосновной, основной и кислой.

II. Кристаллизационная дифференциация - обусловлена различием в температуре кристаллизации породообразующих минералов. Это явление обосновано английским ученым Н. Боуэном, который сгруппировал породообразующие минералы в две серии. В первой (прерывной) помещены темноцветные минералы оливин, пироксены (ромбический и моноклинный), роговая обманка и биотит; а во второй (непрерывной) сери и- полевые шпаты: плагиоклазы (от основных к кислым) и калиевый полевой шпат. В каждой серии последовательность кристаллизации минералов связана с понижением температуры магматического расплава, которая убывает от оливина к биотиту. Из схемы реакционной серии Боуэна (плакат) видно как последовательная совместная кристаллизация влияет на разделение магматических пород по химическому и минеральному составу, а также позволяет судить об основных минеральных ассоциациях породообразующих минералов.

III. Дифференциация расплава по плотности называется ликвация . Этот процесс приводит к расслоению единого расплава на части отличающиеся по плотности: в нижней части как более плотные (или тяжелые) формируются породы ультраосновного и основного состава. Часто они сопровождаются ликвацией сульфидно-оксидной массы от силикатной. Так образуются ликвационные месторождения Cu-Ni руд. Выше этой части формируются породы среднего состава, а в верхней части - кислого. Яркий пример такого формирования - Бушвельдский интрузивный массив в ЮАР.

IV. При движении магмы от магматического очага к месту кристаллизации часто происходит захват и переплавление магмой встречаемых ею пород. Это явление называется ассимиляцией , и оно тоже может стать причиной дифференциации магмы.

При снижении температуры и кристаллизации магмы от нее отделяются растворенные в расплаве минерализованные газы (флюиды) и растворы, которые определяют постмагматические процессы, среди которых кратко рассмотрим:

1. Пегматитовый - отделение остаточного расплава и газов-минерализаторов. Их кристаллизация происходит после остывания и кристаллизации основной части магмы на периферии интрузивного тела или даже за его пределами. В результате образуется своеобразная горная порода, в которой породообразующие минералы достигают больших размеров, часто образуют хорошо ограненные кристаллы и друзы кристаллов.

2. Пневматолитовый процесс-воздействие отделившихся от магмы газов (пневма) на окружающие породы. В результате этого воздействия происходит образование новых минералов, в том числе рудных. Так образуются месторождения вольфрамита и касситерита в породах при воздействии на них термальных газов гранитной интрузии.

3. Гидротермальный процесс- отделение минерализованных газов и растворов от остывающего интрузивного тела и перемещение их по трещинам в окружающие породы. При этом происходит снижение давления и температуры гидротермальных растворов и отложение из них минералов по трещинам с образованием жил. Гидротермальные жилы могут формироваться на разном удалении от интрузивного тела, как вблизи контакта, так и на несколько км от него. Минеральный состав жил очень разнообразен и при достаточной концентрации в них полезных компонентов они рассматриваются как месторождения полезных ископаемых на золото, серебро, ртуть, олово и др.

Батолиты - глубинные, наиболее крупные тела (размеры достигают сотен км ).

Шток - отличается от батолита меньшими размерами и часто образуется как ответвление от батолита или на некотором удалении от него.

Интрузивные тела меньших размеров разделяются по условиям залегания во вмещающих породах на согласные и секущие. Согласные тела формируются между пластами пород - это силлы, лакколиты и лополиты.

Если магма застывает в трещинах пересекающих напластование пород, то образуются секущие тела - это жилы и дайки. Для них характерна небольшая мощность (несколько м) и значительная длина (до нескольких км). Пример - Материнская дайка в Южной Африке.

Эффузивный магматизм тоже можно рассматривать как несколько последовательных процессов.

1. Излияние лавы и сопутствующих продуктов и образование вулканических пород. Скорость движения или подвижность лавы зависит от ее химического состава. Лавы основного состава с t~1200 о наиболее подвижны. Они образуют лавовые потоки и покровы, удаляясь от центров извержения на несколько км . Лавы кислого состава вязкие и малоподвижные.

Характер отделения газов от магмы зависит от степени ее насыщенности ими. Как правило, отделение газов имеет взрывной характер. При этом увлекаются не застывшие частицы лавы, которые, застывая в воздухе, дают твердые продукты извержения- бомбы, лаппили и пепел. Твердые продукты извержения в зависимости от размеров могут вместе с газами уноситься на различные расстояния. Бомбы - крупные куски застывшей лавы перемещаются недалеко от кратера вулкана. А вот пеплы - мельчайшие частицы лавы, размером до 1 мм, могут образовать пепловые тучи (наподобие пылевых) и уноситься газами на несколько км. Смешиваясь с парами воды, они оседают вместе с ливнями и иногда это приводит к катастрофическим последствиям.

2. Выделение газов предшествует и сопровождает извержение лав и может продолжаться после прекращения извержения. Часто вулканическая деятельность не сопровождается излиянием лав, а представляет только выбросы газа и пепла. В зависимости от состава вулканические газы подразделяются на:

фумаролы- HCl ,HF,SO4 ;CO,CO2 ; B и т.д.

сольфатары -SO2 ;H2S;CO,CO2 ;H2O, N, CH4

мофетты - преобладает в составе углекислый газ.

Вулканические газы, остывая, превращаются в твердое вещество и могут представлять месторождения серы, борной кислоты, карбонатов и др.

3. Поствулканические процессы - это процессы, связанные с затуханием активного вулканизма. Продуктами выделения являются пар и горячая вода. Вылетая из недр, периодически и под большим напором они образуют гейзеры. При отсутствии напора пар а- образуются термальные источники .

Вопрос 4

деформация напряжение сжатие трещина прочность

Остаточная прочность горной породы и ее значение

Способность горных пород реагировать на внешние воздействия изменением размеров, формы и целостности относится к механическим свойствам.

Способность горных пород изменять без разрушения форму и размеры в результате направленного на них силового воздействия называется деформируемостью.

Под абразивностью горных пород понимается ее способность изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия. Абразивность горных пород проявляется в процессе абразивного (преимущественно механического) изнашивания и является его характеристикой. Поэтому показатель абразивности можно рассматривать как показатель механических свойств горных пород.

Абразивность горных пород отражает ее поведение в конкретных условиях испытания или работы.

Прочность горных пород -- это способность их в определенных условиях воспринимать силовые воздействия без разрушения.

Реальная (техническая) прочность отличается от теоретической, под которой понимается прочность связи между элементарными частицами, слагающими идеальную кристаллическую решетку. Например, одностороннее растяжение ионного кристалла (по Г.С. Жданову) составляет 3000 МПа. Для реальных тел отношения теоретической прочности к технической достигают больших значений: для железа -- 4500, цинка -- 2000, хлористого натрия -- 600, кварца -- 90.

Твердость пород -- это их способность сопротивляться внедрению в них постороннего тела.

Горные породы могут деформироваться в пределах упругости и претерпевать пластические (остаточные) деформации.

Способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и полностью восстанавливать первоначальное состояние после устранения воздействий называется упругостью.

Способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и сохранять остаточные деформации после устранения воздействий называется пластичностью.

Горные породы при их нагружении характеризуются одновременным проявлением упругой и пластической деформаций, так как не являются идеально упругими или идеально пластическими телами.

Минералы в большинстве случаев деформируются как упругохрупкие тела: их разрушение характеризуется моментом, когда напряжения достигают предела упругости; деформации следуют закону Гука. Повышение температуры и всестороннего давления может привести к тому, что минералы будут деформироваться как упругопластические тела.

Горные породы деформируются, не следуя закону Гука; вследствие их дисперсного строения их связь между напряжением и деформацией носит сложный характер.

Упругое поведение тела, в том числе горных пород, может быть охарактеризовано модулем Юнга (упругости) Е, коэффициентом Пуассона м или модулем сдвига G. Иногда необходимо знать модуль объемного сжатия к. Указанные константы изотропного тела взаимно связаны:

Для горных пород, которые относятся к анизотропным телам, константы Е и м должны быть заданы в виде кривых в зависимости от направления.

Модуль упругости определяется рядом факторов. Различают модуль упругости Е, возникающий при однократном нагружении; модуль упругости Ен, получаемый в результате исключения остаточных деформаций методом многократной нагрузки и разгрузки; динамический модуль упругости ЕА, вычисляемый по скорости распространения упругих волн.

Они различны: Е < Еи < ЕА

Породы одного и того же минералогического состава, но разной степени уплотненности имеют разные модули упругости. Если породы находятся под все увеличивающимся напряжением, то они имеют повышенные значения Е.

Модуль упругости горных пород по мере увеличения глубины их залегания возрастает. Наибольшее влияние на модуль упругости оказывают минералогический состав, структура, текстура, условия залегания, природа вещества, заполняющего поровые пространства, и др.

По мере увеличения карбонатности осадочных горных пород модуль упругости возрастает. При прочих равных условиях мелкозернистые породы имеют более высокий модуль Юнга, чем крупнозернистые.

Ниже представлены значения Есжп для горных пород:

Модуль упругости у горных пород с равномерно распределенной пористостью закономерно понижается с повышением пористости. Породы одинаковой пористости, но разного минералогического состава (кварциты, граниты, мраморы) в пределах нагрузок 10-- 100 МПа имеют примерно одинаковое значение Е.

Модуль упругости Еш, кроме того, зависит от пористости пород, минералогического состава, направления действия деформирующих сил по отношению к слоистости породы и т.д.

С увеличением влажности горных пород модуль упругости существенно снижается. По Л.А. Шрейнеру, горные породы в зависимости от модуля упругости подразделяются на восемь категорий.

Коэффициент Пуассона м для горных пород -- величина, изменяющаяся в пределах 0,10 -- 0,45. Ниже приведены значения м для горных пород:

Коэффициент Пуассона уменьшается с увеличением деформирующей нагрузки: для известняка изменение нагрузки в пределах 10 -- 250 -- 500 Н приводит к уменьшению м до 0,28.

Л.А. Шрейнер и другие показали, что коэффициент Пуассона зависит от метода испытаний: при динамических испытаниях он меньше, чем при статических, и в некоторых случаях во много раз (для доломитов и известняков, например, в 1,7 -- 2,1 раза).

Горные породы принято делить на хрупкие и пластичные при обычных условиях. Изменение условий испытания перемещает границу между хрупкостью в ту или иную сторону. По B.C. Федорову, хрупкость, а значит, и пластичность, следует рассматривать как состояние тела, а отнюдь не как свойство материала. В понятие состояния горных пород входят: структура, дефекты и искажения, относящиеся к самим зернам (решеткам), их поверхности и к веществу, связывающему зерна, температура и время действия сил и их значение. При определенных сочетаниях этих факторов горные породы могут вести себя как хрупкие или как пластичные тела. Л.А. Шрейнер с сотрудниками на основании экспериментов при вдавливании штампа в образцы горных пород классифицировал их на упругохрупкие, упругопластичные и не дающие общего хрупкого разрушения. При этом были установлены и характерные кривые деформации.



Список использованной литературы

Егоров А.А. Рассказ о прочности.- М.: Государственное учебно-педагогическое издательство Министерства просвещения РСФСР,1962.

Ицкович Г.М. Сопротивление материалов.- М.: Высшая школа,1982.

Михайлов А.М. Сопротивление материалов.- М.: Стройиздат,1989.

Степин П.А. Сопротивление материалов.- М.: Высшая школа,1979.

Размещено на Allbest.ru