книги из ГПНТБ / Джавадов, Д. М. О некоторых явлениях, происходящих во взаимодействующих телах

Рис. 25. '/ектоническая отдельность второго элемента раі-

ма — аргиллита, на кровле которого в' третьем элементе ритма — ,в известковых глинах видны многочисленные эллип­ соиды деформации, .ограничивающиеся двумя взаимно пере­ секающимися системами трещин, расположенных параллель­ но граням тектонической отдельности второго элемента (рай­

он гор. Шемаха, Азербайджан)

очертаниями эллипсов. Образец в ішжией части (на рисунке.) ограничивается двумя трещинными поверхностями, попереч­ ным сечениям которых соответствуют линии AB и БС. В § 2 4 на фактическом материале с полной несомненностью было доказано, что в слоях пластичных пород тектонические от­ дельности состоят из скорлупок (см. рис. 3 — мергель; см. рис. 4а, 6,'ba,fia и б) на поперечном сечении этих скор-' лупок образуются концентрические валы и углубления (см.. рис. 5а, б, 6а, б и 12).

30

Рис. 26. Эллипсоиды деформации в аргиллитах и ограничивающие их две взаимно пересекающиеся системы трещин:

Из рис. 23а, б видно, что скорлупы являются эллипсоида­ ми деформации и грани тектонической' отдельности распола­ гаются параллельно круговым сечениям этих эллипсоидов де­ формации. 'Поэтому не приходится сомневаться в том, что концентрические валы и углубления с эллиптическими очер­ таниями, приведенные на рис. 24а, являются поперечными сечениями эллипсоида деформации. Следовательно, попереч­ ные сечения трещин АБ и БС (см. рис. 24а) и в данном слу­ чае должны располагаться параллельно круговым сечениям эллипсоида деформации. На рис. 24а приводятся эллиптиче­ ские очертания валов; линии, соединяющие точки пересече­ ния круга, равновеликого с малым элфшсом, — линии ЛЛ и ББ и расположение трещин АБ и БС.

Как видно из построения, трещинные линии АБ и БС рас­ положены* параллельно линиям АА и ББ. Следовательно, кон-, центрические валы с эллиптическими очертаниями, приве­ денные на рис. 24а, являются поперечными сечениями скор­ луп с поверхностью трехосного эллипсоида, поперечному сре­ зу круговых сечений которых соответствуют липни АА и ББ, а трещины АБ и БС располагаются параллелььл эуім сече­ ниям.

На рис. 25 на кровле одной тектонической отдельности вторрго элемента ритма ясно видны многочисленные эллип­ соиды деформации, возникшие в третьем элементе ритма. На рисунке Очень четко видно, .что эти эллипсоиды деформации ограничиваются двумя взаимно пересекающимися системами

32

трещин, расположенными параллельно граням тектонической отдельности второго элемента ритма. На рпс. 26а приводится один из характерных кернов из скв. № 9, в. котором строение эллипсоидов деформации и трещин отмечается очень хорошо. На рис. 266 представлена покрывающая часть прослоя с хоро­ шо видными выемками, покрывающими эллипсоиды деформа­ ции, приведенные на рис. 26а, и две-снстемы трещин. Из изло­ женного, а также из рис. 23а, б, 24а, б, '25, 26а, б видно, что трещинные плоскости располагаются параллельно круговым сечениям эллипсоида деформации. Поэтому положение трещинных плоскостей и эллипсоидов деформации будет не такое, как на рис. 21а, б, а как на рис. 27а, б, т. е. они будут расположены, как в природных условиях (см. рис. 25, 26а, б).

§ 4. Процессы объемной деформации в анизотропных телах

Известно, что при воздействии механических сил на анизотропные пластические тела механические изменения в них должны произойти по трем направлениям и по-разному [4, 32, 33, 39], т. е. если куб анизотропного пластического тела подвергнуть] сжатию, приложив к нему с двух сторон одинако­ вые противоположные силы, то он превратится в параллелепи­ пед (рис. 28). Ось куба по направлению действия сил укоротит­ ся. Остальные две оси будут удлиняться: одна меньше, другая больше. Подобное изменение в анизотропном теле может происходить

только до предела, упругой деформации, а за ее преде­ лами по направлению сред­

ней оси никаких изменений не будет. Основанием для по­ добного. вывода служитто,

что силы, связывающие час­ тицы анизотропного тела по направлению средней оси, больше, чем силы по направ­

лению длинной оси, т. е. по направлению средней оси частицы между собой связаны более прочно, чем по направлению длин­

пространяется во все стороны в одинаковой мере. Поскольку по направлению средней оси частицы , связаны между .собой более прочно, чем'по направлению длинной оси, сопротивление внутренних сил по направлению средней оси будет больше,

33

6 7 -3

чем по направлению длинной осіі. Известно, что по направлен шпо наибольшего сопротивления тело должно растягиваться меньше, чем по направлению наименьшего, т. е. частицы по направлению средней оси должны смещаться на меньшее рас­ стояние, чем по направлению длинной оси.

За пределом упругой деформации, благодаря нарушению связи между частицами, проявляется остаточная деформация. Это нарушение произойдет по тому направлению, по которому частицы между собой менее прочно связаны, т. е. по направле­ нию длинной оси. Отсюда следует, что за. пределом упругой деформации связь между частицами мооісет нарушаться только по направлению длинной оси, т. е. по направлению наименьше­ го сопротивления. По направлению же средней оси тело будет находиться в напряженном состоянии, и по мере усиления процесса нарушения связи между частицами по направлению длинной оси напряженность тела по этому направлению будет ослабляться.

Из изложенного ясно, что в пределах упругой деформации частицы смещаются на наибольшее расстояние по направле­ нию длинной оси. За пределами& упругой деформации связь между частицами должна нарушаться по этому оке направле­ нию. Поэтому в процессе деформации существенные измене­ ния в теле должны происходить при взаимодействии внешних сжимающих сил, действующих по направлению короткой оси, и внутренних сил, оказывающих сопротивление по направле­ нию длинной оси.

Известно, что при загружешш массива сыпучего грунта равномерной нагрузкой в нем непосредственно под последней выявляется среднее однообразно напряженное ядро ограничен­ ного размера — /, боковые напряженные зоны — II, соответ­ ствующие постепенному рассеянию напряжения в глубину под

(

некоторым постоянным углом а п, наконец, совершенно не напряженные боковые зоны — 111 [33] (рис. 29).

Если нагрузку, приходящуюся на каждую частицу, располо­ женную непосредственно под штампом, принять за единицу, а вес самих частиц во внимание не принимать, то на каждую остальную частицу ядра будет падать такая же нагрузка, какая приходится на каждую частицу, находящуюся непосред­ ственно под штампом. Нагрузка, приходящаяся на частицы боковых, зон—II, будет зависеть от нагрузки контактирующих с ними частиц (см. рис. 29). Из подсчетов нагрузки, приходя­ щейся на каждую частицу ядра — / и боковых зон — II, вид­ но, что на каждую боковую зону падает половина нагрузки ядра, т. е. нагрузка ядра поровну распределяется между боко­

схемы видно, что прилагаемая нагрузка, так же как на рис. 29,, поровну падает на боковые зоны, т. е,- количество и величина составляющих,» направленных от ядра вправо и влево (по чертежу), одинаковы и их сумма соответствует сумме состав­ ляющих прилагаемых элементарных сил.

Из рис. 30 видно, что для составления образующих в точ­ ках а-а недостает соседней составляющей. По этой же причине недостает составляющих и в последующих рядах. Поэтому сфера максимального распространения напряжения на сечении грунта ограничивается очертанием треугольника.

у Из расположения эллипсоидов деформации в слое, приве­ денных на рис. 23а, б, видно, что большая и малая оси эллип-

<

соида деформации расположены параллельно плоскости наслоения слоя, а средняя перпендикулярна последней. Следо­ вательно, плоскость максимального удлинения эллипсоида деформации расположена параллельно плоскости наслоения слоя. Отсюда следует, что при сжатии горизонтального слоя, находящегося под горным давлением, одинаковыми противополоэ/рными горизонтальными силами, смещение частиц в слое произошло по горизонтальному направлению. Последнее объясняется тем, что горные породы по вертикальному направ­ лению уплотнены больше, чем по горизонтальцому. Следо­ вательно, в процессе эпигенеза горное давление по вертикаль­ ному направлению было больше, чем по горизонтальному.

Проф. Ф. А. Белаенко и др. [6] с помощью динамометри­ ческих приборов установили, что горное давление по верти­ кальному направлению больше, чем по горизонтальному. В работе «Влияние анизотропности трещиноватых пород на их физические свойства» [16] нами экспериментально установлено, что 2/з части горного давления действует по вертикальному направлению, а 7з часть — по горизонтальному. По этой при­ чине при сжатии горизонтального слоя, находящегося под гор­ ным давлением, одинаковыми противоположными горизон­ тальными силами смещение частиц в слое произойдет по горизонтальному /направлению, перпендикулярному к направ­ лению сжимающих сил. Очевидно, подобное смещение про­

36

изойдет до окончательного уплотнения материалов* по дан­ ному направлению, после чего между сжимающими силами — штампами** и слоем начнется взаимодействие, т. е. ма­ териалы сжимающих штампов будут устремляться в слой, а материалы, .составляющие слой, в сжимающие штампы. В результате подобного взаимодействия под сжимающими штампами на торцах слоя будут образовы­ ваться валы и углубления (рис. 31) наподобие волновых зна­ ков ряби или же плоскопараллельных волн, возникающих на поверхности морейш озер при слабом ветре, т. е. при взаимо­ действии ветра с водой. Подобное явление взаимодействия наблюдается и при сжатии пластических тел в Лабораторных условиях. В данном случае у контакта взаимодействующих тел материалы, находящиеся под одинаковым напряжением, при­ обретают волнистое строение. Так, на рис. 32 приводятся изо­ хромы, полученные при сжатии смолы в контейнере с отвер­ стием. Из рисунка видно, что у наклонных стенок матрицы изо­ хромы имеют волнистое строе­ ние, т. е. при взаимодействии наклонной стенки матрицы со смолой в последней частицы, на­ ходящиеся под одинаковым на­ пряжением, располагаются по волнистым полоскам. Посколь­

кости наслоения слоя. В однородном слое расстояния между

всоответствующих реологических условиях.

**В данном случае штампами являются предыдущая и последующая

части слоя, между которыми расположена рассматриваемая часть гори­ зонтального слоя, приведенного на рис. 31.

37

V

нию между валами, а ширина — длине валов. Посколь­ ку существенные изменения в слое должны происходить при взаимодействии внешних сжимающих сил, действующих по горизонтальному направлению, и внутренних сил, оказываю­ щих сопротивление смещающимся частицам, т. е. при взаимо­ действии двух противоположных сил, расположенных по гори­ зонтальной плоскости, то под каждым мелким штампом в соответствии с положением 1 (см. рис. 29) и 2 (см. рис. 30) будет образовываться однообразно напряженное тригоналыюпризматическое ядро (рис. 33а), а с боков — боковые триго-

■иальныс призматические на­ пряженные зоны (рис. 336). Поскольку на каждую боко­ вую зону приходится поло­ вина нагрузки ядра, боковые тригональные призматиче­ ские зоны, находящиеся ме­ жду тригональными призма­

тическими ядрами, будут испытывать такую нагруЭку, какую испытывает каждое тригональное призматиче­ ское ядро. При этом нагруз­ ка каждого мелкого штампа посредством частиц ядра,

лежащих частиц. Поэтому под основаниями этих боковых зов будут образовываться новые тригональные призматические ядра (рис. ЗЗе), а с боков этих тригональных призматических ядер—боковые тригональные призматические зоны (рис. ЛЗа). Посредством частиц этих новых тригональных призматических зон вся нагрузка будет падать на частицы, составляющие основания этих новых боковых тригональных призматических зон, т. р. на частицы, расположенные по плоскости //-//-// (см. рис. 31). В подобной последовательности основания новых боковых тригональных призматических зон будут штампами

/

боковые тригональные призматические зоны, посредством которых вся нагрузка в вышеуказанном порядке будет па­ дать на частицы, составляющие основания следующих боко­ вых-тригональных призматических зон и т. д.

Рис. 34. Расположение зон равных со­ противлений -в тетрагональных призмах, S т. е. в тектонических отдельностях

Тсй<им образом, сжимающие силы в анизотропном слое будут распространяться посредством этих призматических ядер.и боковых призматических зон.

Из изложенного следует, что призматические ядра и зоры со смежными основаниями составляют тетрагональные приз­

горизонтального слоя одинаковыми противоположными гори­ зонтальными силами указанные призматические ядра будут вдавливаться в межбоковые призматические зоны, а боковые призматические зоны, в свою очередь, — в межпризмати­ ческие ядра. При подобном взаимодействии призматических ядер и боковых призматических зон схема расположения взаимодействующих сил в них, в соответствии с положением 2, будет положением 3 (рис. 35).

ствугощих сил в призматических ядрах и боковых призматических зонах; положение 3,

Если горизонтальный слой мысленно разбить на много/ численные параллелепипеды таким образом, чтобы длина их соответствовала расстоянию между валами — длине валов, а

*.