Глава 2. Физико-механические свойства горных пород

2.1. Общие понятия и определения

Способность горных пород реагировать на внешние воздействия изменением размеров, формы и целостности относится к механическим свойствам. Способность горных пород изменять без разрушения форму и размеры врезультате направленного на них силового воздействия называется деформируемостью.

Прочность горных пород - это способность их в определенных условияхвоспринимать силовые воздействия без разрушения.

Реальная (техническая) прочность отличается от теоретической, под которойпонимается прочность связи между элементарными частицами, слагающими идеальную кристаллическую решетку.

Твердость пород - это их способность сопротивляться внедрению в них постороннего тела.

Способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и полностью восстанавливать первоначальное состояние после устранения воздействий называется упругостью.

Способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и сохранять остаточные деформации после устранения воздействий называется пластичностью.

Горные породы могут деформироваться в пределах упругости и претерпевать пластические (остаточные) деформации.

Горные породы при их нагружении характеризуются одновременным проявлением упругой и пластической деформацией, так как не являются идеально упругими или идеально пластичными телами.

Минералы в большинстве случаев деформируются как упруго-хрупкие тела; их разрушение характеризуются моментом, когда напряжения достигают предела упругости; деформации следуют закону Гука. Повышение температуры и всестороннего давления может привести к тому, что минералы будут деформироваться

как упруго-пластичные тела.

Горные породы деформируются, не следуя закону Гука; вследствие их дисперсного строения связь между напряжением и деформацией носит сложный характер.

Разрушени е называется хрупким, если необратимая деформация, предшествующаяразрушению, практически отсутствует. Этот вид разрушения происходит с минимальным поглощением энергии и при скоростях распространения разрушения, близких к скорости звука.

Разрыв - второй вид разрушения, который наступает при уменьшении сечения образца твердого тела в результате деформирования до исчезающе малых размеров. Хрупкое разрушение и разрыв являются предельными видами разрушения.

Твердые тела характеризуются прочностью - величиной предельных напряжений, которые могут быть созданы в опасном сечении тела.

Все твердые тела по особенностям деформирования и разрушения в стандартных условиях делятся на группы. Для каждой группы тел создается идеализированная математическая модель, включающая в себя лишь наиболее существенные признаки группы. Основными моделями являются:

1) упругое тело, или телу Гука (деформируется упруго до разрушения);

2) пластическое тело, или тело Сен-Венана (до величины предельных напряжений деформируется упруго, а далее деформируется пластически при постоянной нагрузке);

3) вязкое тело, или тело Ньютона (деформируется подобно вязкости жидкости).