Как называется рыхлая горная порода

Рыхлая горная порода

Рыхлая горная порода – горная порода, залегающая в земной коре в виде скопления раздельных зерен и обломков минеральных агрегатов.

Полезное

Смотреть что такое «Рыхлая горная порода» в других словарях:

рыхлая горная порода — Легко рассыпающаяся горная порода, частицы или обломки которой не связаны прочно между собой. Syn.: несцементированная горная порода … Словарь по географии

рыхлая горная порода — Горная порода, залегающая в земной коре в виде скопления раздельных зерен и обломков минеральных агрегатов. [ГОСТ Р 50544 93] Тематики горные породы EN loose rock DE lockeres Gestein FR roche meuble … Справочник технического переводчика

рыхлая горная порода — 9 рыхлая горная порода Горная порода, залегающая в земной коре в виде скопления раздельных зерен и обломков минеральных агрегатов Источник: ГОСТ 30330 95: Породы горные. Термины и определения оригинал документа 9 рыхлая горная порода Горная… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Горная порода — (Rock) Горная порода это совокупнность минералов, образующая самостоятельное тело в земной коре, вследстие природных явлений Группы горных пород, магматические и метаморфические горные породы, осадочные и метасоматические горные породы, строение… … Энциклопедия инвестора

несцементированная горная порода — Легко рассыпающаяся горная порода, частицы или обломки которой не связаны прочно между собой. Syn.: рыхлая горная порода … Словарь по географии

смерзшаяся горная порода — 13 смерзшаяся горная порода Первоначально рыхлая, связная или разрушенная горная порода, сцементированная льдом Источник: ГОСТ 30330 95: Породы горные. Термины и определения оригинал документа 13 смерзшаяся горная порода Первоначально рыхлая,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

смерзшаяся горная порода — Первоначально рыхлая, связная или разрушенная горная порода, сцементированная льдом. [ГОСТ Р 50544 93] Тематики горные породы EN congealed rock DE verfrorenes Gestein FR roche congelee … Справочник технического переводчика

Пески (горная порода) — Пески, мелкообломочная рыхлая осадочная горная порода (или современный осадок). Состоит из округлых и угловатых зёрен (песчинок) различных минералов и обломков горных пород размером от 0,1 до 1 мм (по др. классификациям,‒ от 0,05 до 2 мм и… … Большая советская энциклопедия

горная рыхлая порода — 3.1 горная рыхлая порода: Горная порода, залегающая в земной коре в виде скопления раздельных зерен минералов и обломков горных пород. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

КАОЛИН — рыхлая горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов с примесью кварца, полевых шпатов, окислов железа и др. (Болгарский язык; Български) каолин (Чешский язык; Čeština) kaolin (Немецкий язык; Deutsch) Kaolin (Венгерский язык; Magyar) … Строительный словарь

Источник

Рыхлые горные породы.

1.1 Общая характеристика рыхлых пород

К этой группе горных пород обыкновенно относят песок и гравий, глину, растительную землю и всевозможные природные смеси этих веществ, образующие то, что мы называем почвой.

Все они представляют собой продукты разрушения каменных пород, иногда с примесью органических остатков и состоят из отдельных частиц, между собою вовсе не связанных, или связанных очень слабо.

Строителю приходится иметь с ними дело:

— В качестве материала для устройства насыпей и выемок, при чем кроме перечисленных свойств важно знать величину угла естественного откоса данного грунта;

К гравийно-песчаным и песчаным относят рыхлые или слабо сцементированные горные породы, состоящие из окатанных в различной степени обломков горных пород и зерен минералов. Эти породы используют в качестве сырья для производства песка, гравия и щебня из гравия для строительных работ.

Песчаные, песчано-гравийные и песчано-гравийно-валунные породы оценивают следующими общими показателями: содержанием песка, гравия и валунов; петрографической характеристикой, включающей наименование породы в соответствии с табл. 3.1, генетическую принадлежность, данные о наличии или отсутствии прослоев глинистых и других засоряющих пород, радиационно-гигиеническую оценку. Кроме этих основных показателей, для оценки гравийно-песчаных и песчаных пород применяют дополнительные (объемную насыпную массу, коэффициент разрыхления, естественную влажность), а также технологические показатели (выход щебня при дроблении гравия, промывистость, обогатимость песка и др.).

1.2 Песок, его характеристика, свойства и применение

Песок представляет смесь зерен распавшейся от выветривания горной породы; так, например, при выветривании гранита образуется первоначально песок, содержащий зерна кварца, листочки слюды, глинистые частицы (получившиеся при распадении полевых шпатов), а также и не успевшие разрушиться гранитные зерна, состоящие из нескольких минералов.

Камень, искусственно разбитый на мелкие куски, называется щебнем.

По конфигурации (форме песчинок) и по местонахождению пески делятся:

— Грунтовый, погребной или овражный песок отличается от предыдущего только тем, что его отложения бывают, покрыты позднейшими наносными слоями и поэтому в нем иногда содержатся землистые примеси. Оба эти песка ценятся за угловатую форму зерен, обусловливающую хорошее сцепление их в строительных растворах, но часто встречающиеся в таких, недостаточно промытых водою, песках примеси глины и, в особенности, растительной земли весьма понижают их достоинство.

— Речной песок, наоборот, обыкновенно довольно чист (если не содержит ила или случайных примесей, кусочков древесной коры, гнилушек), но зерна его округленные.

— Морской песок также с округленными зернами, обычно мельче речного и, кроме того, содержит соли, входящие в состав морской воды.

— Ещё песок может быть, озёрными, флювиогляциальными и эоловыми.

По минералогическому составу чаще всего встречаются пески (горная порода) кварцевые, глауконито-кварцевые, полевошпатово-кварцевые (см. Аркозы), слюдистые и другие.

Один из самых распространенных породообразующих минералов.

Кристаллические модификации: гексагональная (устойчив выше 573°C) и тригональная (устойчив ниже 573 °С) модификации.

Часты двойники, образует зерна, зернистые кристаллы, агрегаты и сплошные массы.

Твердость 7; плотность 2,65 г/см3. Пьезоэлектрик.

Полевые шпаты, группа самых распространенных породообразующих минералов подкласса каркасных силикатов; около 50% массы земной коры. Изоморфные смеси алюмосиликатов K, Na, Ca, Ba.

Твердость 6-6,5; плотность 2,6-2,8 г/см3.

Применяются в керамической, фарфоровой, стеклянной, цементной промышленности; как поделочные камни.

Свойства песка (горная порода)

Теоретически лучшим свойствами для растворов обладает чистый кварцевый песок

Вообще же хороший песок для приготовления растворов, бетона и т. п. должен иметь:

— по возможности не слишком отшлифованные зерна;

— при растирании в сухом виде на белой бумаге не должен ее пачкать;

— при взбалтывании с водою должен быстро садиться на дно и не оставлять воду надолго мутной;

— прокаленный кварцевый песок не должен заметно растворяться в горячей соляной кислоте.

Если через сито с ячейками 0,5 миллиметра пройдёт свыше 1кг песка, то песок считается мелким.

Наличие примесей в песке.

Для определения пустот берут большую стеклянную мензурку (вместимость 1,5 литра), наливают туда 0,4 литра. Затем тонкой струйкой всыпают строго отмеренный 1 литр песка.

Предположим, что уровень воды в мензурке поднялся до отметки 1,1 литр. Но мы брали 0,4 литра воды и 1 литр песка, а получили в сумме не 1,4 литра, а на 0,3 литра меньше. Эта цифра и показывает объём пустот в песке между зёрнами, который заняла вода.

Как песок, так и гравий несжимаемы и поэтому считаются надежным грунтом при устройстве основания.

Но если слой песка, притом мелкого, находится в области грунтовых вод, то при движении последних, например, в стенках рва в подобном грунте, он легко вымывается (так называемый плывун), против чего при постройках следует принимать необходимые меры.

Будучи помещен в вертикальный сосуд и нагружен чем-либо сверху, песок передает это давление почти целиком на стенки сосуда и лишь в малой степени на дно последнего. На этом свойстве песка основано применение песка для устройства песчаных свай, для забойки шпуров и т. п.

Вода просачивается через песок свободно, как бы ни был толст его слой; этим свойством пользуются при устройстве песчаных (английских) фильтров для очистки питьевой воды. По этой же причине песчаные местности всегда сухи.

Наконец, еще одна особенность песка: рассыпаясь свободно, например, при осыпании какой-либо выветривающейся скалы, или стены выемки, сделанной в сыром песке, песок образует кучу, поверхность которой составляет с горизонтом довольно постоянный угол естественного откоса, обыкновенно около 45°.

Для плывуна, т. е. мелкого песка, совершенно пропитанного водою, угла естественного откоса не существует, так как такой песок совершенно расплывается.

Все описанные свойства, характерные для чистого песка, теряются более или менее, когда песок содержит примеси глины и растительного перегноя.

При постройке и ремонте шоссейных дорог заготовляемый песок, гравий и щебень удобнее располагать вдоль дороги в виде конических куч, легко обмеряемых, благодаря указанному выше постоянству угла естественного откоса.

Примеси, встречающиеся в песке, могут быть удалены:

Прокаливание песка, как мера для уничтожения органических веществ, применяется чрезвычайно редко.

2. Описать магнитные свойства горных пород, способы их определения и примеры использования в горном деле.

Все горные породы, слагающие земную кору, по магнитным свойствам подразделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. В свою очередь магнитные свойства диа-, пара- и ферромагнетиков определяются величиной магнитной восприимчивости c и остаточной намагниченностью In.

Магнитная восприимчивость характеризует способность пород намагничиваться под действием внешнего магнитного поля Ii. Она определяется из соотношения

где Ii – интенсивность намагничивания. Остаточная намагниченность представляет как бы законсервированное магнитное поле прошлых геологических эпох, т.е. характеризует намагниченность пород, приобретенную ими в момент формирования.

Собственно намагниченностью I называется векторная величина, равная магнитному моменту единицы объема тела.

называется магнитной индукцией и характеризует плотность магнитного потока, проходящего через поперечное сечение намагниченного тела. В системе СГС единицей магнитной индукции является гаусс, в системе СИ – тесла. Из выражения (VI.30), заменяя I=cН и подставляя его в (VI.31), получим

Величина m называется магнитной проницаемостью. В системе СИ она измеряется в генри/м.

Диамагнетики являются практически немагнитными породами. Коэффициент магнитной восприимчивости c для них отрицательный (c 0, порядка 10-6 ед. СГС). Парамагнитными свойствами обладает большинство горных пород и минералов, например почти все осадочные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины), многие метаморфические и магматические породы (граниты, гнейсы, роговики и др.). Магнитная восприимчивость диамагнитных и парамагнитных пород не меняется при очень широких изменениях магнитного поля Н – от 0 до 104 эрстед. Кроме того, парамагнитные вещества не обладают самопроизвольной намагниченностью. В отсутствие внешнего поля их магнитный момент равен нулю. При наличии поля атомные магнитные моменты парамагнетиков ориентируются в направлении силовых линий поля.

Ферромагнетики характеризуются высокими положительными значениями c, доходящими до целых единиц СГС (c = 105 ед. СГС). Ферромагнитных минералов немного. Важнейшими из них являются магнетит (Fe3О4), титаномагнетит (Fе2ТiO4), гематит (Fе3О4), ильменит (FеТiO3), пирротин (FеS).

В отличие от диа- и парамагнетиков ферромагнитные минералы обладают свойством сохранять остаточную намагниченность. Поэтому их суммарная намагниченность складывается из остаточной намагниченности In и индуцированной внешним магнитным полем Н намагниченности Ii:

т.е. их магнитный момент определяется соотношением

где V – объем образца.

Намагниченность диа- и парамагнетиков определяется лишь первым членом уравнения (VI.33):

ибо эти последние не обладают свойством сохранять остаточную намагниченность.

Магнитные свойства горных пород обусловлены содержанием ферромагнитных минералов. Эти минералы обычно рассеяны в виде мелких зерен в общей диа-парамагнитной массе, составляющей основной объем породы. Количество рассеянных (акцессорных) минералов и определяет магнитную восприимчивость c и остаточную намагниченность In горных пород.

Свойство некоторых горных пород длительное время сохранять остаточную намагниченность явилось основой для развития палеомагнитных методов исследования горных пород, позволяющих получать ценные сведения о структуре геомагнитных полей прошлых геологических эпох.

Намагниченность горных пород зависит от целого ряда факторов и, в частности, от величины напряженности магнитного поля, температуры, давления, химических изменений, времени, механических деформаций и др. Наибольший интерес для палеомагнетизма представляет намагниченность, которую приобретает горная порода при остывании в земном магнитном поле, а также при химических изменениях, например при образовании гематита. Последний, как известно, образуется при окислении магнетита. Намагниченность, приобретаемая породой, в первом случае называется термоостаточной (ТРМ), во втором – химической остаточной намагниченностью (ХОН). Термическая и химическая остаточные намагниченности являются наиболее стабильными видами намагниченности. Однако наряду с ними горные породы претерпевают и другие виды намагниченности.

Приобретаемая при этом намагниченность называется вторичной остаточной намагниченностью. Вторичную остаточную намагниченность, т.е. дополнительное изменение первично индуцированной величины и направления вектора напряженности Н, горная порода приобретает в результате последующего умеренного разогрева (например, при метаморфизме) или механической деформации (при тектонических нарушениях, дислокациях, метаморфизме и т.д.), химических изменениях, а также при общем размагничивании в ходе времени или под влиянием переменных магнитных полей локального происхождения.

Намагниченность горных пород постепенно уменьшается с увеличением температуры и становится равной нулю в точке Кюри (порядка 6000С). Точка Кюри для различных ферромагнетиков различна. Например, для магнетита она равна 578°С, гематита – 675° С, ильменита – 100 – 150° С, пирротина – 300 – 325° С.

Поскольку вторичная остаточная намагниченность, накладываясь на первичную остаточную намагниченность, затрудняет получение истинных значений In и c, образцы в процессе палеомагнитных измерений подвергают так называемой магнитной или термической чистке. Сущность магнитной чистки пород заключается в том, что образец подвергают размагничиванию в плавно меняющемся переменном магнитном поле, в результате чего нестабильная вторичная остаточная намагниченность удаляется, а более стабильная первичная остаточная намагниченность сохраняется как бы в чистом виде. Размагничивание производится в пространстве, изолированном от влияния геомагнитного поля Земли, для чего обычно используются кольца Гельмгольца.

Сущность термической чистки заключается в том, что образец нагревают до температуры несколько ниже точки Кюри и затем охлаждают. Цикл «нагревание – охлаждение» повторяют несколько раз, контролируя при этом изменение магнитной восприимчивости c. Последнее необходимо для исключения из опытов образцов, в которых в результате нагрева произошли необратимые химические и структурные изменения. Наличие этих изменений обычно контролируется по колебаниям c (20 % от первоначального значения).

Отношение In/Ii = Q называется числом или фактором Кенигсбергера. Величина Q меняется от 1 до 100 и более единиц. Это свидетельствует о том, что локальные остаточные магнитные аномалии, наблюдаемые на поверхности Земли, обусловлены в большинстве случаев величиной In, а не Ii. Для термоостаточной намагниченности фактор Q, как правило, больше единицы. В то же время для нормальной намагниченности (например, осадочных пород) он составляет десятые, сотые доли единицы (Белоконь и др., 1973). С другой стороны, фактор Q до некоторой степени исключает влияние концентрации акцессорных, что позволяет сравнивать магнитные свойства различных пород. При наличии большого количества определений Q в разновозрастных толщах пород (порядка 100 и более) фактор Q может характеризовать релаксационный спад первичной намагниченности пород (рис. 39) и тем самым их относительный возраст.

Промежуток времени, в течение которого магматические, метаморфические и осадочные породы приобретают тот или иной вид намагниченности, зависит от скорости остывания магм или скорости седиментации и диагенеза. Он может меняться в пределах от нескольких часов до десятков и тысяч лет. Следовательно, в одной и той же толще магматических или осадочных пород вектор In будет меняться по разрезу.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА минералов и горных пород — совокупность свойств, характеризующих способность минералов и горных пород намагничиваться во внешнем магнитном поле. Минералы подразделяются на диамагнетики (например, кварц, кальцит, полевые шпаты, самородное серебро и золото, флюорит и др.), парамагнетики (железосодержащие силикаты, хлорит, слюды и др.), антиферромагнетики (гематит, гётит и др.), ферромагнетики (самородное железо, никель и др.) и ферримагнетики (магнетит, титаномагнетит, магномагнетит, хромит и др.). К слабомагнитным относятся диа- и парамагнитные минералы, к сильномагнитным — ферромагнитные и ферримагнитные минералы.

Термин «ферромагнитные» (вещества, минералы) нередко употребляют для обозначения ферро- и ферримагнитных материалов. Кривая намагничивания для ферро- и ферримагнетиков приведена на рис. Полный цикл намагничивания (при намагничивании образца до насыщения I_s) характеризуется максимальной петлей магнитного гистерезиса. Если ферромагнетик не намагничивается до насыщения, получаем частный цикл гистерезиса (петля IRS).

К основным характеристикам магнитных свойств относятся магнитная восприимчивость (k), намагниченность (I_s), точки Кюри (T_c) и Нееля (TN) и коэрцитивная сила (H_c).

В точке Кюри (T_c) происходит переход вещества из ферромагнитного в парамагнитное состояние, самопроизвольная намагниченность практически исчезает. Температура перехода вещества из антиферромагнитного в парамагнитное состояние называется температурой Нееля (TN). Намагниченность вещества при увеличении напряжённости (Н) внешнего магнитного поля возрастает (рис.), а затем достигает насыщения Is. Величины I_s и T_c (TN) определяются составом и распределением ионов по кристаллографическим позициям и практически не зависят от размера и формы выделений, характера распределения ферромагнитного минерала в слабомагнитной матрице, распределения напряжений и др. Эти константы ферромагнитных минералов могут быть использованы в целях диагностики, так, для магнетита T_c = 575°С, I_s (при 20°С) 92 А• м 2 /кг; длягематита TN=675°С, I_s (при 20°С) 0,36, А•м 2 /кг; для самородного железа T_c = 770°С, I_s (при 20°С) 218 А•м 2 /кг и др. Значения T_c минералов зависят от содержания изоморфных примесей в кристаллической структуре, концентрации которых могут быть определены на основе известных калибровочных графиков. Так, например, содержание MgO в магномагнетитах (промежуточные члены ряда магнетит — магнезиоферрит) определяется по формуле; aMgO=85 — 0,149 T_c, где aMgO — содержание MgO в% по массе и T_c — значение температуры Кюри. Значение коэрцитивной силы H_c равно абсолютной величине поля, которое надо приложить, чтобы намагниченность образца стала равной нулю. Различают магнитно-мягкие (с малыми величинами Hc) минералы — крупнозернистый магнетит, пирротин, самородное железо и магнитно-твёрдые — гематит, маггемит). В отличие от T_c, TN и I_s величины k, H_c и др. помимо состава и кристаллической структуры существенно зависят от текстурно-структурных особенностей минералов и варьируют в значительных пределах для одного минерала. Различные виды естественной остаточной намагниченности I_п, кроме указанных факторов, учитывают тот факт, что формирование минеральных индивидов и их агрегатов происходит в магнитном поле Земли.

Магнитные свойства горных пород определяются содержанием в них главным образом ферромагнитных минералов, зависят также от их состава, кристаллической структуры, текстурно-структурных особенностей и характера распределения. В связи с этим различают свойства структурно-нечувствительные к текстурно- структурным особенностям горных пород (но не к кристаллической структуре минералов): намагниченность насыщения, точка Кюри; и структурно-чувствительные, которые, кроме того, зависят от размера и структуры ферромагнитных минералов: магнитнаявосприимчивость, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила. Изменение концентрации ферромагнитных минералов в изверженных горных породах определяется тектоническими условиями их образования и составом магм. В одной тектономагматической зоне намагниченность статистически растёт от пород кислого состава к основным (минимальным значениям в гранитах складчатых зон). В целом с увеличением степени метаморфизма намагниченность уменьшается, хотя её значения сильно изменяются от типа метаморфизма. Например, серпентинизация перидотитов, в которых отсутствуют первичные магнитные минералы, приводит к образованию магнетита и росту намагниченности.

Различие магнитных свойств по разным направлениям породы определяется кристаллографической анизотропиейферромагнитных минералов, текстурой, неизометричностью формы зёрен, линейным или послойным их распределением. Наибольшей магнитной анизотропией обладают метаморфические горные породы — сланцы, гнейсы, у которых отношение kмaкc/kмин достигает 1,5-2,0 и более. Измерения магнитных свойств ведутся магнитомеханическими или индукционными методами. Магнитомеханический метод основан на измерении отклонения под воздействием магнитного поля образца и применяется для измерения остаточной намагниченности и восприимчивости образцов горных пород (MA-21, МАЛ-036, ЛАМ-3 и др.). Индукционным методом (магнитное поле движущегося образца создаёт в катушке эдс индукции) измеряют различные виды намагниченности (рокгенераторы), точки Кюри (прибор с нагревом образца), восприимчивость (ИМВ-2). Чувствительность этих приборов до 10-5 А/м. Используются также сверхпроводящие квантовые интерферометры (точность измерения 10-7 А/м).

Изучение магнитных свойств позволяет судить об условиях образования и преобразования минералов и горных пород, о природе магнитных аномалий Земли. Например, естественная остаточная намагниченность горных пород характеризует напряжённость и направление магнитного поля времени образования породы, что позволило создать палеомагнитную шкалу времени, способствовало развитию тектоники литосферных плит. На магнитных свойствах основаны магнитная разведка и археомагнетизм, на выделении ферромагнитных минералов из горных пород — обогащение методоммагнитной сепарации, а разделение магнитной фракции горных пород по составу основано на различиях значений точек Кюри минералов (термомагнитная сепарация).

3. Показать графически на чертежах какие напряжения и деформации бывают в горных породах

3.1 Напряжения и деформации в горных 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.

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:

,

где S — площадь, на которую воздействует сила.

В пористых породах

,

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.

Рассмотрим тело произвольной формы, находящееся в равновесии под действием приложенных к нему внешних сил. Рассечем мысленно рассматриваемое тело какой-либо поверхностью на две части. Заменим действие одной части приложенной к сечению внутренними силами, так чтобы оставшаяся часть находилась в равновесии. Вообще говоря, внутренние силы неравномерно распределены по площади сечения. Выделим на сечении элементарную площадку на которую действует сила .

В этом случае отношение

называется вектором напряжения на площадке .

Рассекая рассматриваемое тело плоскостями параллельными прямоуголной системе координат, можно прийти к элементарному кубику на каждую внешнюю грань которого действуют свой вектор напряжений. Проекции этих векторов на оси координат представляют девять компонентов напряжений — два касательных и одно нормальное на каждой грани кубика (рис. 10). Все они представляют одну физическую величину, называемую тензором напряжений.

Запись тензора напряжений имеет следующий вид

Сумма моментов относительно любого ребра рассматриваемого элементарного кубика должна быть равна нулю. Отсюда следует закон парности касательных напряжений:

.

Таким образом, напряженное состояние твердого тела в любой плоскости можно охарактеризовать действующими в нем нормальными и касательными напряжениями. Они взаимосвязаны и могут быть рассчитаны методом сложения векторов. На рис.11 приведен пример нагружения образца осевым ( ) и боковым ( ) усилиями ( ). Для отыскания нормального ( ) и касательного ( ) напряжения, действующего на наклонной площадке, расположенной под углом , можно воспользоваться графическим методом с помощью кругов напряжений Мора, которые строятся следующим образом (рис. 11): на оси абсцисс откладывают максимальное и минимальное значения нормальных напряжений, действующих на образец; на разности отрезков, как на диаметре, строится полуокружность.

Значения касательного и нормального напряжений в любой точке образца могут быть определены, если задан угол наклона плоскости, в которой определяются напряжения. Под этим углом из точки пересечения круга с абсциссой проводят прямую до пересечения с полуокружностью. Координаты точки пересечения полуокружности с прямой численно равны значениям определенных напряжений. Каждому частному значению напряженного состояния соответствует свой круг напряжений.

Напряжения в породах могут возникать под воздействием не только внешних сил, но и различных физических полей. Напряжения бывают термические, усадочные, обусловленные неравномерным охлаждением объема, остаточные, возникающие в результате неравномерного распределения напряжений из-за местной текучести материала, и др. На эти напряжения накладываются напряжения от внешнего воздействия, которые могут либо увеличивать, либо уменьшать их.

Под воздействием внешних сил горная порода испытывает изменения линейных размеров, объема или формы, которые называютсядеформациями.

Деформации, соответствующие нормальным напряжениям, выражаются через относительное изменение и линейных размеров образца

Где l’ и l — длина образца соответственно в деформированном и недеформированном состоянии.

Относительные деформации, соответствующие касательным напряжениям, выражаются через тангенс угола сдвига граней элементарного объема образца. Ввиду малости угла справедливо соотношение .

Деформации удлинения и сдвига можно разложить на составляющие по осям координат. В теории упругости, (раздел теория деформаций) дается вывод тензора деформаций, определяющий состояние деформации в любой точке тела:

3.2. Понятие о диаграмме деформирования

Если при деформировании (нагружении) образца горной породы производится одновременное измерение напряжений (деформаций), то можно построить график.

Рис. 6.7 Типичные кривые «напряжение-деформация» для горных пород, получаемые на обычных испытательных прессах (а) и машинах с повышенной жесткостью (б).

Этот график в координатах «относительная продольная деформация – осевое продольное напряжение» называется диаграммой деформирования. Максимальная несущая способность образца называется пределом прочности, а соответствующая ей деформация называется разрушающей. Разрушающая деформация условно делит процесс деформирования на две стадии – стадиядопредельного деформирования и стадия запредельного деформирования (стадия разупрочнения). Если испытания проводятся на жестком относительно образца оборудовании, то получаем полную диаграмму деформирования с допредельным запредельным участками. Если испытания проводят на мягком относительно образца оборудовании, то получают допредельный участок нагружения, т.к. после пика диаграммы, выполняется условие хрупкого разрушения и происходит динамическое разрушение образца, сопровождающееся разлетом его частей.

На допредельной стадии принято выделять линейный (упругий) участок – определяющий его параметр условно называется модулем упругой деформации; точку перехода с линейного на нелинейный участок – предел упругости и соответствующей ему деформации на пределе упругости; при интегральной оценке всего допредельного участка деформирования выделяютсекущий модуль деформации, проходящий через точку предела прочности.

На запредельной стадии деформирования выделяют предел остаточной прочности, соответствующий выходу на остаточную ветвь диаграммы деформирования и соответствующая емудеформация остаточной прочности. Также выделяют секущий модуль спада, проходящий через предел прочности и предел остаточной прочности и касательный модуль спада – за него часто принимают т.н. модуль хрупкости – касательная на наиболее крутом участке запредельной стадии деформирования.

Часто диаграмму деформирования строят со стадией разгрузки. По этой стадии определяют модуль упругости (модуль Юнга). Для многих горных пород модуль упругости определенный на различных участках диаграммы имеет достаточно близкие значения. В этой связи, при испытаниях, разгрузку можно делать на любом участке диаграммы.

Деформации могут быть неразрушающими и разрушающими.

Разрушающие деформации приводят к разделению породы на отдельные части; неразрушающие — изменяют размеры, форму и объем породы без нарушения ее сплошности. Неразрушающие деформации бывают упругие и пластические.

При упругих связях наблюдается прямая пропорциональность между напряжениями и соответствующими деформациями. С ростом величины упругой деформации в образце накапливается потенциальная энергия, которая после снятия нагрузки возвращает образец в исходное состояние.

Характерной чертой пластических деформаций является их необратимость после снятия нагрузки — форма и размеры образца полностью не восстанавливаются. При достижении определенной величины нагрузки возможно возрастание деформации даже при постоянной или уменьшающейся нагрузке. Пластические деформации происходят длительное время.

Один вид деформации может переходить в другой при возрастании напряжений или увеличении времени их воздействия.

Так, при увеличении напряжений можно наблюдать три области деформации породы: упругую, пластическую и разрушающую. При длительном воздействии на породу какого-либо постоянного напряжения также можно выделить на диаграмме деформирования три вида деформации (рис. 12). На рисунке приведены допредельные участки диаграммы деформирования, полученные при испытании на мягком оборудовании. В зависимости от соотношения вида деформаций горные породы подразделяются на упругие или хрупкие (пластическая зона практически не наблюдается), упруго-пластичные (разрушающей деформации предшествует зона пластической деформации) и пластичные (упругая деформация незначительна).

Деформации в горных породах определяются характером внутренних связей между частицами породы; любые внешние поля, воздействующие на связи между частицами породы, изменяют величину и вид деформации в ней.

Приведем полную диаграмму деформирования образца горной породы полученную в условиях одноосного сжатия на жестком испытательном оборудовании, а также стандартные параметры деформирования, определяемые при испытаниях.

Дата добавления: 2016-01-30 ; просмотров: 10549 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник