14. Напряжение и деформации в породах

Под воздействием внешних сил тело изменяет форму и объем, в результате этого в нем возникают внутренние силы, стремящиеся к восстановлению прежней формы. Поверхностная плотность силы, возникающей в каждом элементе тела, называется напряжением.

Поверхностная плотность внутренних сил называется напряжением.

1. упругохрупкие

2. упругопластичные

3. пластичные

Напряжение σ — величина векторная. Она зависит от внутренних свойств породы (сил и характера связей между частицами), формы образца и от действия внешних сил. Силы, действующие в одном направлении, вызывают в образце линейное напряженное состояние, действующие в двух направлениях, но в одной плоскости — плоское напряженное состояние, а в остальных случаях — объемное напряженное состояние.

В абсолютно плотной породе напряжения рассчитываются по формуле:

σ=F/S

где S — площадь, на которую воздействует сила.

В пористых породах

S= S₀ + S_п,

где S₀ — площадь контакта минеральных зерен; S_п — площадь, занятая порами.

Напряжения концентрируются только в области контакта минеральных зерен.

Поэтому с увеличением пористости, трещиноватости и выветрелости, при прочих равных условиях, напряжения в породе возрастают. Степень возрастания истинных напряжений в пористой породе оказывается еще больше из-за местной концентрации напряжений, возникающей в углах трещин и пор.

15 Упругие свойства г.П

Проявляются в способности пород восстанавливать исходную форму и размеры после снятия нагрузки. Мин-ые напряжения, при кот. начинаются пластические деформации, наз. Пределом упругости породы (δе)

Модуль продольной упругости (модуль Юнга)- коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и продольной упругой деформацией (Е)

G-модуль сдвига коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и соответствующей упругой деформацией сдвига τ = G* tgγ. Коэффициент Пуассона (V) G=E/2(1+V)

Модули упругости хар-ют способность пород сопротивляться внешним нагрузкам. Величина обратная модулям, носит название коэф-ов сост-ет деформируемости. Параметры упругости опред. либо статистическими, либо динам-м способом.

16. Влияние состава и строении пород на их упругие свойства.

Наличие в породе минералов, обладающих повышенными значениями параметров упругости, в общем случае увеличивает их значения и для породы в целом.

Действительно, объем породы, сложенной в основном из жестких зерен минералов, деформируется под действием всестороннего давления в меньшей степени, чем породы, в которой этих зерен немного.

Так как модуль объемного сжатия К обратно пропорционален АV/V, следовательно, в первом случае К будет больше, чем во втором. В первом приближении зависимость К от минерального состава пород может быть представлена как арифметическое средневзвешенное Кг минералов, слагающих породу.

Известно, что темноцветные минералы обычно имеют увеличенные модули упругости. Так, если Е ортоклаза равен 6,3- 104 МПа, а плагиоклазов — 2,8 • 104—9 • 104 МПа, то пиро-ксенов — 14,4 • 104—16 • 104 МПа, а оливина — 21 • 104 МПа. Мо-дуль Юнга кварца примерно равен 105 МПа.

Поэтому при переходе от кислых пород к основным и ультраосновным наблюдается возрастание К и Е. В такой же последовательности происходит рост плотности пород.

Это, в свою очередь, приводит к часто наблюдаемому возрастанию модулей упругости пород с увеличением их плотности. Наиболее четко влияние минерального состава сказывается только на упругие свойства изотропных и малопористых.

В слоистых породах наблюдаются различные значения модулей упругости параллельно слоям и перпендикулярно к ним.