58. Реологические свойства горных пород.

Наука, изучающая изменение механических свойств твердых тел при длительном воздействии нагрузок , называется реологией.

О сновным реологическим явлением являются пролзучесть и релаксация напряжений в материале (горной породе). В результате этих явлений может существенно снижаться прочность горных пород.

Явление постепенного роста деформаций во времени при постоянной нагрузке называется ползучестью. Скорость деформации породы является суммой скоростей упругой (упругопластической или пластической)-εу и ползучей деформацией- εиз. Уравнение вида :

называется уравнением ползучести. Где: Е – модуль упругости; t0 – время релаксации, числен равное отрезку, за который начальная деформация увеличивается в 2 раза; η = Еt0 – реологический параметр.

Явление, обратное ползучести, называется релаксацией напряжений. Оно характеризуется постепенным снижением напряжений в породе при постоянной ее деформации.

Установлено, что связь между напряжением σ и временем t носит экспотенциальный характер. Деформации ползучести могут быть как упругими, так и пластическими, что хорошо выявляется при разгрузке породы. После снятия нагрузки образец получает остаточные деформации, которые с течением времени уменьшаются. Данное явление называется обратной ползучестью или восстановлением. При упругом последействии, деформации , возникшие в процессе ползучести, после разгрузки с течением времени почти полностью исчезают.

Реологические свойства горных пород зависят главным образом от вещественного (минерального) состава, структуры, текстуры, влажности, температуры, величины давления и длительности действия нагрузки.

59. Полная диаграмма деформирования горных пород.

Для обоснования геомеханических процессов в породах вокруг подземных горных выработок, подземных сооружений – пользуются диаграммой деформирования пород. Она характеризует деформационные и прочностные свойства горных пород в допредельном и запредельном состояниях. Из рис. видно, что модуль упругости Е и модуль деформации Еd – существенно различные деформационные параметры пород. Модуль упругости Е характеризует взаимосвязь между напряжениями σy и деформациями εy горной породы (твердого тела) и упругости области, модуль деформации Еd – взаимосвязь между пределом прочности σпр и обусловленной им деформацией εdn породы, т.е. взаимосвязь между σпр и εdn в допредельном состоянии.

Модуль спада М или запредельный модуль деформации является основным параметром запредельного деформирования и характеризует склонность горных пород к хрупкому разрушению, которая увеличивается с увеличением М. Порода у которой М=0, является идеально пластичной, порода с М=∞ (запредельная деформация ) идеально хрупкая. В действительности модуль спада всех горных пород находится в интервале 0<М<∞.

Мродуль спада горных пород в основном в 1,1-2,5 раза больше модуля деформации, значительно больше он и модуля упругости.

Рис.

На участке ОА происходит закрытие микротрещин и пор, увеличение модуля упругости Е. Зависимость между σ и ε1 нелинейного.

На участке АВ происходит упругое сжатие минерального скелета с постоянным модулем упругости. На этом участке нагруженная связь между σy и εу выражается законом Гука σу = Еεу.

На участке ВС происходит образование микротрещин, а зависимость между напряжением и деформацией непропорциональная.

Ближе к точке С происходит лавинообразное раскрытие трещин и в точке С образец разрушается. Уровень напряжений σпр является пределом прочности породы на одноосное сжатие.

Отношение σпр/εд.n= СF/ОF = Еd – называют модулем деформации пород.

Область ОСF характеризует допредельное деформирование и допредельную прочность породы (при одноосном сжатии), область FСДЕ – запредельную прочность и запредельное деформирование породы. Отношение СF/КF = М – называют модулем упругости породы.

Угол FОС = αrctgЕd , угол FКС= αrctgМ Прочность ЕL называют остаточной.

Имея данные испытаний породы в допредельной и запредельной областях, можно определить модуль упругости Е, модуль деформаций Еd и модуль спада М из выражений:

Полные диаграммы деформирования представляют собой очень ценную информацию о деформационных свойствах, о способности пород накапливать большую потенциальную энергию и разрушаться мгновенно, о склонности их к горным ударам и другим динамическим проявлениям под действием горного давления.

Деформационные свойства горных пород зависят от вещественного состава, структуры, текстуры, влажности, давления, характера приложения нагрузки.