2.3. Влияние всестороннего давления и температуры на некоторые свойства горных пород
Гравитационные силы, тектонические напряжения, давления насыщающих породу флюидов вызывают напряженное состояние, испытываемое горными породами в земной коре и называемое горным давлением рг, которые принято определять в зависимости от плотности р0 вышележащих пород и глубины рассматриваемой точки z, т.е.:
рг = ρо gz, (2.6)
Давление, обусловленное сопротивлением массива радиальной деформации выделенного объема, называется боковым давлением ρσ и зависит от горного давления рг :
(2.7)
где μ - коэффициент Пуассона.
Наконец, флюиды, находящиеся в пластах под определенным так называемым поровым давлением, в особенности вода, оказывают весьма серьезное влияние на поведение горных пород и их свойства в конкретных условиях. Наиболее полно изучено влияние всестороннего сжатия на изменение поведения горных пород, хотя при этом возникают значительные сложности.
Известный российский исследователь В. В. Булатов на основании большого количества экспериментальных работ пришел к следующим выводам.
1.Твердость глинисто-карбонатных пород существенно зависит от всестороннего сжатия. Чем меньше твердость, тем заметнее влияние на нее всестороннего давления. Особенно интенсивен рост твердости при давлении 70 — 80 МПа.
Для песчано-алевролитовых горных пород закономерности изменения твердости при повышении всестороннего давления те же, но наибольшее повышение твердости пород наблюдается при давлении до 30 и выше 80 МПа.
2. Пластические свойства глинисто-карбонатных пород изменяются в условиях всестороннего давления следующим образом.
С повышением всестороннего давления предел текучести и коэффициент пластичности пород увеличиваются, при этом темп "упрочнения" пород под штампом возрастает. При определенном давлении коэффициент пластичности kпл. (по Л.А. Шрейнеру) для каждой породы скачком изменяется до значения, стремящегося к бесконечности. Чем выше коэффициент пластичности породы, тем заметнее влияние давления на рост последнего. С увеличением давления темп роста коэффициента пластичности снижается.
Также установлена зависимость механических свойств горных пород, определенных методом вдавливания, от совместного влияния давления и температуры. Показано, что известняки верхнего мела (Чечня и Ингушетия), находящиеся в условиях высокой температуры, с ростом давления переходят в категорию пород, не дающих хрупкого разрушения.
С увеличением давления предел текучести пород при температуре 150°С возрастает. Темп роста предела текучести превышает увеличение давления. Предел текучести и твердость пород при постоянном давлении (30 МПа) уменьшаются с ростом температуры. При постоянной температуре с ростом давления условный коэффициент пластичности горных пород увеличивается: наиболее интенсивный рост его прослеживается до давления 20 - 25 МПа. При постоянном давлении с ростом температуры коэффициент пластичности понижается, особенно интенсивно при увеличении температуры до 100 °С.
ЛЕКЦИЯ 5