Питання для самоконтролю:
1. Як визначити модуль Юнга і модуль зрушення ?
2. Що ви розумієте під коефіцієнтом Пуассона?
3. Які
властивості гірських порід характеризують
Е,
,
?
4. Які показники найбільше впливають на швидкість пружних хвиль у гірських породах?
5. Поясніть фізичну суть питомого хвильового опору, модуля пружності і коефіцієнта Пуассона?
6.
Поясніть експериментально–аналітичний
зв’язок залежності
.
Цикл III теплові властивості гірських порід Загальні положення
Гірські породи, у абсолютній більшості, є багатокомпонентними системами, тому термодинамічні процеси, які відбуваються в них, мають ряд особливостей, пов’язаних з явищами, які відбуваються при температурній дії як на самі мінерали, так і на контактах між ними. До таких явищ слід віднести теплообмін між зернами, які складають породу, хімічні процеси на межах зерен, виникнення і розвиток пружних та релаксаційних процесів в зернах і на межах між ними.
Усі гірські породи відносять до незворотних термічних систем, що є наслідком неоднорідності і анізотропності.
Залежно від характеру розподілу температури в об’ємі породи, у ній можуть відбуватись процеси, пов’язані з постійною зміною тієї частини запасеної енергії, яка може перейти в зовнішню роботу. Такі процеси супроводжуються розвитком деформацій і виникненням релаксації напружень. Швидкоплинні теплові процеси в гірських породах призводять до їх механічного і термічного руйнування. Термомеханічне руйнування гірських порід широко використовується у гірничій справі для буріння свердловин, проходження виробок, дроблення негабаритів. У зв’язку з цим вивчення теплових властивостей гірських порід становить великий практичний інтерес.
Розроблена велика кількість методів визначення теплових властивостей різних матеріалів.
Усі вони поділяються на два класи:
а) методи стаціонарного теплового режиму;
б) методи нестаціонарного теплового режиму.
Методи стаціонарного теплового режиму базуються на утворенні у досліджуваному зразку класичних стаціонарних умов передачі тепла із однієї площини в іншу. Зразки представляють собою пластинки досліджуваної породи, які нагріваються по одній площині і охолоджуються по іншій. При цьому різниця температур обох площин повинні бути однаковими. Втрати тепла крізь бокові поверхні доводяться до мінімуму, використанням різних захисних пристроїв.
Рівняння теплопровідності для цього випадку буде:
де
–
питома теплопровідність;S
– площа пластинки;
–
час;
-
відповідно різниця температур і товщина
пластинки.
Відношення
у дослідженнях є величиною постійною.
Постійними є такожQ
та S.
У методах нестаціонарного режиму температура окремих часток зразка не є постійною протягом досліду. У цьому випадку користуються відомим рівнянням теплопровідності Фур’є. Розрахунки значно ускладнюються, але постановка досліду полегшується.
Досить складною задачею є визначення теплопровідності гірських порід безпосередньо в масиві.
Лабораторна робота №9 (т1) Визначення коефіцієнта теплового розширення гірських порід
Термічні та електрофізичні методи розширення гірських порід засновані на використанні термічних напружень, що виникають у породах.
Термопружні
напруги залежать від хімічного складу
гірської породи та її внутрішньої будови
(щільності, пористості, тріщинуватості)
і ступеня нагріву. Оцінку ступеню напруги
гірської породи можна визначати за
допомогою модуля пружності Е,
коефіцієнту Пуассона
і коефіцієнтів лінійного та об’ємного
теплового розширення (
і
).
Повздовжнє і об’ємне розширення гірської породи – це процес перетворення теплової енергії у енергію механічну, яка характеризується температурним коефіцієнтом або коефіцієнтами лінійного та об’ємного теплового розширення. Якщо гірську породу нагрівати ззовні, то на її поверхні виникають сколюючи термічні напруги. Внутрішні джерела тепла продовжують у гірській породі об’ємні розширення. Зі збільшенням щільності гірських порід спостерігається деяке зменшення температурного коефіцієнта лінійного розширення.
Метою
даної роботи є визначення зміни
коефіцієнту теплового розширення
від зміни температури
.