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

Если V2 часть сжимающих сил была бы направлена к боко­ вым граням испытываемого образца, то пластическая область на этих срезах развивалась бы, как в природный условиях, упругие ядра ограничивались бы, как на рис. 68, и тогда пластическая область развивалась бы по очертанию сопря.жеп-

Рис. 73. Деформированный мраморный кубик (темные пятна — упругое ядро, сиеілый крестоооразный участок — пластическая область; фото А. И. Корсунского из книги А. В. Пэк [39],

стр. 29)

ных эллипсов, как это представлено на рис. 25. где углубле­ ния между эллипсоидами деформации соответствуют местам отсутствия материалов пластической области, которые при отделении покрывающей части образца остались на ее поверх­ ности. На рис. 74 приводятся материалы пластической области, которые прилипли к подошве покрывающего слоя.

В процессе деформации под влиянием сжимающих сил, приложенных к вогнутым и выпуклым поверхностям зон рав­ ных сопротивлений (см. рис. 65), внутри последних возника­ ют отталкивающие силы реакции (см. рис. 65, стрелка Р), действующие от плоскости максимального сжатия к перифе­ рии по траектории части дуги эллипса, и внутренние силы,

70

§ 8. Процессы возникновения и развитая микроскопических трещин — линий Людерса

Мелкие поясные зоны, составляющие зоны равных 'сопро­ тивлений, будут деформироваться под влиянием сжимающих сил, направленных к их вогнутым и выпуклым поверхностям, т. е. сжим'ающие силы будут направлены к их вогнутым и выпуклым поверхностям так же, как эти силы были направле­ ны к выпуклым и вогнутым поверхностям зоны равных сопротивлений, приведенной на рис. 65. По мере усиле­ ния процесса сжатия под влиянием этих сил поясные зоны будут сплющиваться и отталкивать смежные поясные зоны

всторону наименьшего сопротивления — от плоскости макси­ мального сжатия к периферии по траектории части дуги эллипсов, т. е. по поверхности части трехосного эллипсоида. В результате этого внутри -зон равных сопротивлений будут возникать отталкивающие силы, действующие в направлении от плоскости максимального сжатия к периферии. При этом

впоясных зонах.частицы будут смещаться от поясных плос­ костей максимального сжатия к периферии. По этой причине напряженное состояние материалов ш зонах равных сопро­ тивлений будет проявляться в месте встречи частиц, двигаю­ щихся в противоположных направлениях, т. е. у поверхности поясных отдельностей. За пределом прочности, материалов зон равных сопротивлений по этим поверхностям сплошность тела нарушится. Поперечным сечениям поверхностей этих

поясных отдельностей на срезе х!\ части зоны равных сопро­ тивлений, представленных на рис. 65, соответствуют две системы взаимно пересекающихся тонких кривых линий-тре­ щин. На плоскости максимального удлинения параллелепипе­ да, приведенного на рис. 64, поперечным сечениям поясных отдельностей соответствует сетка, сложенная также из двух взаимно пересекающихся , систем тонких кривых линийтрещин. Hg срезе по плоскости максимального сжатия парал­ лелепипеда., .приведенного на.рис. 67, поперечным, сечениям поверхностей поясных отдельностей соответствуют тонкие

кривые линии-трещины у точек Н и О. Эти трещины в плас­ тической деформации Называют линиями Людерса. Они начинают возникать от центра двух противоположных гра­ ней параллелепипеда, т. е. от мест расположения вершин углов смежных тригопальных призм, и в дальнейшем разви­ ваются так же, как пластические области, на этих .гранях. Рассмотрим пример таких трещин.

I. Белые полоски равных сопротивлений, т. е. поперечные сечения зон равных сопротивлений, приведенных на рис. 37, наблюдаются в виде двух взаимно пересекающихся систем белых штрихов — линий скольжения, т. е. микроскопических, трещин. Последнее указывает на то, что зоны равных сопро­ тивлений деформируются как слои, имеющие скорлуповатое строение. В зонах равных сопротивлений возникают тектони­ ческие поясные полуотдельности и тектонические поясные отдельности, и эти линии скольжения являются поперечными сечениями поверхности этих поясных отдельностей на плос­ кости максимального удлинения.

• II. За время работы в лаборатории по испытанию бетонов па строительстве моста через р. Арман (на Колыме) одному из авторов пришлось во время лабораторных испытаний наб­ людать .процесс разрушения цементных и бетонных кубиков. При этом микроскопические трещины, как правило, формиро­ вались от центра двух противоположных граней кубиков к

. периферии. Затем кубик двумя взаимно пересекающимися трещинами разбивался на четыре одинаковые призмы.

III. В работе В. В. Соколовского ([44], стр. 158, 159) рас­ сматривается распределение напряжений и расположение характеристик вокруг отверстия, ограниченного эллипсом, по контуру которого действует равномерно распределенное дав­ ление. В результате решения данной задачи он построил сет­ ку характеристик (см. рис. 75), а также представил эпюры распределения компонентов напряжения вдоль, осей х и у, т. е, по осям удлинения и сжатия эллипса деформации (про­ дольного сечения эллипсоида деформации). Две взаимно пе* ресекающиеся системы кривых; составляющих сетку, приве­ денную на рис. 75, являются поперечными сечениями опи­ санных нами поясных отдельностей, приведенных на рис. 64. В данном случае мы привели только один пример пластиче­ ской деформации, в котором сжимающий штамп имел эллип­ тическое очертание. Однако в пластической деформации [32, 44] процесс сжатия рассматривается и при действии штампов различных форм. При всех случаях в зависимости от формы штампа устанавливается сетка характеристик, вернее уста­ навливается положение линии, по которым в процессе дефор­ мации проявляется максимально напряженное состояние тела

.на данной плоскости. Физическая сущность самого явления

?3

иы.ч сопротивлений' будут образовываться микроскопические трещины. При продолжении процесса сжатия количество и протяженность этих микроскопических трещин фудут увели­ чиваться, и, наконец, параллелепипед двумя взаимно пересе­ кающимися трещинными плоскостями будет разбит на четы­ ре равные призмы, как это было изложено в § 8.

В более пластичных породах — мергелях, более или менее пластичных аргиллитах, песчаниках и т. д. — частицы в по­ ясных4 зонах будут смещаться па сравнительно значительное 'расстояние. При этом во внешних зонах (см. рис. 67 и 68. зачерненные зоны) они сместятся на значительное расстоя­ ние, в следующих смежных зонах (см. рис. 67 и 68, черные зо- цы)—на меньшее расстояние, в последующих зонах (см. рис. 67 и 68, точечные и заштрихованные зоны)—ка еще меньшее расстояние и т. д. В результате подобной разности в расстоя­ ниях смещения частиц сплошность между зонами равных соп­ ротивлений, т. е. в местах, гд?е встречаются частицы с противо­ положным направлением движения, нарушится, и зоны рав­ ных сопротивлений бу^дут друг от друга отделяться. Таким образом, в тектонических отдельностях будут образовывать­ ся скорлупы равных сопротивлений. Трещинные поверхности, разделяющие скорлупы равных сопротивлений, в данном слу­ чае /будут ограничиваться поверхностью трехосного эллипсои­ да. Поперечные сечения этих трещин на плоскостях макси­ мального сжатия п плоскостях, параллельных последним, бу­ дут в виде менее вытянутого эллипса, а на плоскостях мак­ симального удлинения и плоскостях, параллельных послед­ ним, — более вытянутого.

На рис. 67 и 47 жирные полуэллиптическне линии и части эллиптических линий соответствуют очертанию этих трещин па плоскости максимального сжатия, а на рис. 46 жирные полуэллиптическне линии и части эллиптических линий соот­ ветствуют очертанию этих трещин на плоскости максимальной) удлинения.

Е. Н. Пермяков [35] при изучении трещиноватости Русской платформы поперечные сечения этих трещин назвал трещи­ нами сложного рисунка. Схема расположения этих трещин на поперечном сечении слоя (по Е. Н. Пермякову) приводит­ ся на рис. 3 (мергель). В данном случае очертания этих тре­ щин не» эллиптические. Это объясняется тем, что порода в этом случае неоднородна.

На рис. 23а поверхность элллипсоидов деформации соот­ ветствует поверхности этих трещинных поверхностей, а их эллиптический контур — поперечным сечениям этих трещин па плоскости максимального удлинения.

На рис. 4а и б поверхности скорлупок соответствуют по­ верхности этих трещин.

•75

На рис. 12 сферическая поверхность и на рис. 14 сфериче­ ские поверхности скорлупок также соответствуют поверхно­

сти этих трещин.

Кроме изложенного, каждому геологу известно, что в екорлуповатых породах отдельные округлые комки отскорлу-

как на рис. 4 а, б и 23 а.

Вболее или менее плотных мергелях, глинах, песчаниках

ит. д. материалы в зонах равных сопротивлений сместятся на весьма незначительное расстояние. Поэтому расстояния

смещения частиц смежных зон будут не более ^расстояния,. на которое они смещаются при упругой деформации. Следо­ вательно, в этом случае скорлупы равных сопротивлений об­ разовываться не будут. В этом случае значительное смеще­ ние материалов может происходить в поясных зонах поясных отдельностей. По этой причине напряженность материалов между зонами поясных отдельностей, т. е. в местах, где встре­ чаются частицы с противоположным Направлением движе­ ния, будет значительной. В пределах прочности слоя, когда одна половина тектонических отдельностей оказывает макси­ мальное давление на другую (наподобие двухстворчатых рес­ сор), сплошность между этими поясными зонами нарушится. Это нарушение может происходить у поверхностей, разделяю­ щих тектонические отдельности по биссектрисе острого угла. В результате этого тектонические отдельности будут разде­ лены на две равные части. На разделяющих поверхностях тектонических отдельностей строение поверхностей поясных зон будут составлять концентрические валы и углубления с поперечным сечением искаженных полуэллипсов. Ширина и амплитуда этих поясных концентрических1валов и углублений от центра тектонических отдельностей, к периферии будут' увеличиваться. Вернее, ширина этих валов и углублений бу­ дет соответствовать толщине зон равных сопротивлений, а амплитуда — половине хорды, разделяющей поперечные се­ чения поясных зон, схема строения поперечных сечений кото­ рых приводится на рис. 64, 65 и 66. Примером этих поясных

На рис. 8, И, 12, 13 и 14 очень хорошо видны концентри­ ческие валы и углубления, ширина-и амплитуда которых уве­ личиваемся от центра отдельности к периферии.

На рис. 12 показана одна из этих отдельностей. Здесь на части, отдельности, обращенной к читателю (по рисунку), очень хорошо отмечаетЬя сферическая поверхность и поперек

76

зтоіі поверхности концентрические валы и углубления, у ко­ торых ширина и амплитуда от центра к периферии увеличи­ ваются.

Из изложенного памп-видно, что данная сферическая йоверхность является поверхностью зоны равных сопротивле­ нии, а концентрические валы и углубления, возникшие на по­ перечном сечении сферической отдельности, — поверхностями поясных зон равных сопротивлений. Поскольку расстояние от центра одного углубления д!о центра следующего углубле­ ния соответствует толщине зон равных сопротивлений на дан­ ном сечении, т. е. каждый вал соответствует поверхности од­ ной поясной зоны-равных сопротивлений и на данном сечепші сферической отдельности, приведенной на. рис. 12, име­ ются тр'н концентрических вала, данным сечением охвачены поперечные сечения трех зон равных сопротивлений, вернее поверхности трех поясных отдельностей, а на рис. 13 — по­ верхности пяти поясных зон равных сопротивлений и т. д.

Рис. 76. Схема расположения оснований трех пирамид и поперечных сечений скор­ лупок (зон равных сопротивлений) на плоскости, ограничивающей взаимодейст­ вующие части магмы (изотропного слоя)

Как было сказано выше, концентрические валы и углуб­ ления должны образоваться на поверхности, разделяющей тектоническую отдельность по биссектрисе острого угла. Од­ нако на обнажениях юго-восточного склона Б. Кавказа встре­ чаются отдельности, в которых концентрические валы и уг­ лубления возникают и на других сечениях, например, как на рис. 12. Подобное явление, на наш взгляд, является следст­ вием неоднородности литологического состава пород и ус­ ловий деформации. В результате этого в процессе деформа­ ции .сравнительно интенсивное смещение частиц в поясных зонах происходит по разным плоскостям, подобно тому как одна створка двустворчатой рессоры бывает больше другой.

Процессы возникновения скорлупок и валов равных соп­ ротивлений в изотропных телах происходят так же, как это происходило в анизотропных телах. Разница заключается в том, что в данном случае поверхность скорлупок в пирамидах (рис. 77, треугольники 1; 2, 3, 4, 5, 6), бипирамидах (рис.

77

77, четырехсторонники 7, 8 и 9) и конусах, соприкасающихся вершинами (см. рис. 61 и 62), ограничивается поверхностью эллипсоида вращения, а пояса деформации (см. рис. 77, тре.х- н четырехсторонники 10, 11, 12, 13, 14,-15, 16 и 17) и кольца

.деформации (см. рис. 61 и 62) — поверхностью поясных зон равных сопротивлений с эллиптическими очертаниями. Кон­ центрические валы и углубления па естественных сечениях, перпендикулярных оси сжатия призм и цилиндра,, будут ог­ раничиваться очертанием окружности, как на рис. 16, 63 и 76, а на других естественных сечениях — очертанием эллип­ са. как на рис. 61, 62 и 77.

ного слоя по линии ДЕ (см. рис. 76) тонкие стрелки — направление сжима­

четырехсторонники 7, 5 и 9 — про­ дольные сечения бнпчрампд, трех- и четырехсторонники К), 11, 12, 13, 11, 15. 16 и 17 — поперечные сечения поясов деформации с расположением в них очертании скорлупок (зон рап­

ных сопротивлений)

§10. Схема расположения установленных нами скалывающих сил и их мировое значение

Если испытываемые по нашей теории щ теории Г. Бекке­ ра кубы уменьшить до бесконечно малой'величины и у плос­ костей максимального напряжения сохранить 'направление скалывающих сил, то последние по теории Г. Беккера будут расположены, как на рис. 78, а в действительности они-будут

кости максимального напряжения по траектории части дуги эллипсов деформации (см-, рис. 46 и 58). Силы, которые в

7S