2. Фізико-механічні властивості гірських порід, їх визначення

Це специфічне поводження гірської породи при впливі певних зовнішніх фізичних полів або тел. Ці властивості оцінюються декількома параметрами:

Базові властивості Основні параметри

Щільнісні об'ємна маса, пористість

Механічні межа міцності на стиск

межа міцності на розтягання

Об'ємна маса – відношення суми мас твердих часток і води, затисненої в порах, до сумарного обсягу твердих часток і пор.

Питома маса – відношення маси твердих часток до їхнього обсягу.

Об'ємна вага – відношення суми ваг твердих часток і води, затисненої в порах, до сумарного обсягу твердих часток і пор.

Питома вага – відношення ваги твердих часток до їхнього обсягу.

Щільність – відношення загальної маси (твердих, рідких, газоподібної фаз) гірських порід (m) до займаного обсягу (V)

Пористість – відношення загального обсягу пор (V_п) гірської породи до загального обсягу (V_п+V_т), займаному породою, тобто обсягу його пор і мінерального скилета (V_т).

Якщо виразити пористість через щільність γ_об й об'ємну масу δ, те

Коефіцієнт пористості – відношення загального обсягу пор у гірській породі (V_п) до обсягу мінерального скилета (V_т).

де γ_с – об'ємна вага скилета порід, т/м³;

– вага твердих часток, віднесена до суми обсягів твердих часток і пор.

ω – вагова вологість порід.

Вагова вологість порід – це відношення ваги води (q_в) до ваги твердих часток (q_і), тобто

На практиці користуються поняттям вологості порід.

Вологість порід – це відношення маси укладеної в гірській породі води до маси сухої породи.

де m – маса вологого зразка гірської породи, тобто (m= m_т+ m_в), кг.

Коефіцієнт водонасищення – є критерієм ступеня заповнення пор водою.

W – природна вологість;

W_о – повна вологість (гранично можлива).

По ступені вологості розрізняють сухі породи (k_в ≤ 0,5), вологі (0,5 < k_в ≤ 0,8), водонасищення (k_в > 0,8). Породи, що залягають нижче рівня підземних вод, є повністю водонасищеними.

Варто не плутати з коефіцієнтом водонасищення такий показник як коефіцієнт фільтрації (k_ф).

Цей показник характеризує водопроникність порід, тобто здатність гірських порід пропускати воду при наявності перепаду тиску.

Коефіцієнт фільтрації – дорівнює швидкості фільтрації при градієнті напору I=1, виміряється в м/с.

Градієнт напору – відношення різниці напорів ΔН=Н_1-Н2 між двома крапками по напрямку руху потоку до довжини потоку фільтрації L, тобто

Коефіцієнт розпушення

Насипна вага

q_см – вага породи з посудиною, т; q_с – вага посудини, т; V_с – обсяг посудини.

3. Міцності властивості порід. Огляд теорії міцності о. Мора та паспорт міцності

3.1. Показники міцностних властивостей порід

Міцностні властивості порід характеризують здатність їх опиратися розрушенням під дією прикладених механічних навантажень. Такою властивістю володіють гірські породи тверді і звьязані. Роздільно-зернисті породи не мають звьязків між частинами в суто природньому стані.

До основних показників міцностних властивостей відносяться:

– опір порід стисканню σ_ст, (т/м², Па, Мпа);

– опір порід розтягненню σ_роз, (т/м², Па, Мпа);

– опір порід здвиганню σ_здв, (т/м², Па, Мпа);

– внутрішнє тертя: коефіцієнт та кут внутрішнього тертя tgρ, ρ, (град);

– модуль пружності порід (модуль Юнга) Е, (т/м², Па, Мпа);

– коефіцієнт Пуасона μ або коефіцієнт поперечних деформацій;

– зчеплення С, (т/м², Па, Мпа);

– модуль здвигання G;

– повзучість; релаксація напружень; звьязкість ν.