1. Введение. 4 часа

Скачать 5.07 Mb.

Название	1. Введение. 4 часа
страница	3/35
Тип	Реферат

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Реферат

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 35

Тема 2. Факторы, определяющие формы проявления геомеханических процессов. 6 часов.

Состав, строение и физические свойства горных пород. Структурные особенности массивов горных пород. Естественное напряженное состояние массивов пород,

Основным предметом изучения в геомеханике является массив горных пород и механические процессы, происходящие в нём. При этом состояние массивов определяется тремя составляющими:

И свойствами слагающих массив горных пород;

шШ структурными особенностями;

■И напряженным состоянием. Исходя из этого, последовательно рассмотрим указанные составляющие, обращая особое внимание на методы определения их параметров с точки зрения решения практических задач геомеханики, в том числе задач управления состоянием массива пород при разработке месторождений полезных ископаемы и подземном строительстве.

2.1. Состав, строение и физические свойства горных пород.

Применительно к кругу задач, решаемых в геомеханике, породы лучше всего классифицировать по характеру связей между их частицами. По этому признаку следует

выделить несколько классов пород.

\.Твердые, в которых слагающие их твердые минеральные частицы связаны между собой жесткой связью, обеспечивающей сохранение формы. К ним относятся магматические, осадочные сцементированные и метаморфические породы. В этом классе иногда выделяют скальные и полускадьные породы, исходя из их прочностных свойств. К скальным относят крепкие породы с пределом прочности при одноосном сжатии более 50 кгс/см². При насыщении водой силы сцепления у таких пород не исчезают. Примерами скальных пород могут служить граниты, диабазы, базальты, сиениты, гнейсы, крепкие песчаники и известняки, К полускальным относят сцементированные породы, у которых наряду с жесткими существенно проявляются и пластичные связи. Выше некоторых предельных нагрузок, при которых жесткие связи нарушаются, деформации таких пород происходят по тем же законам, что и для рыхлых пород. При насыщении водой силы сцепления у полускальных пород, как правило, значительно снижаются, либо даже полностью исчезают. Примерами таких пород являются слабо сцементированные песчаники, слабые известняки, доломиты, мергели, песчанистые и глинистые сланцы, аргиллиты, алевролиты.

П. Связные или пластичные В породах этого класса минеральные частицы связаны водно-коллоидной связью, преимущественно через тонкие пленки воды, обволакивающие частицы. В зависимости от степени насыщения этих пород водой изменяется степень их пластичности. Примерами связных пород являются глины и слабые глинистые сланцы, суглинки, бокситы.

III. Раздельнозернистые или рыхлые, сыпучие, в которых связи между минеральными частицами отсутствуют или ничтожно малы, т. е. эти породы представляют собой простые механические смеси частиц нескольких или одного минерала, либо обломков твердых пород. Примерами раздельнозернистых пород являются пески, гравийно-галечные отложения, искусственные отвалы пород.

В этом классе выделяют песчаные и крупнообломрчные породы.

При насыщении водой породы этого класса иногда приобретают способность перемещаться вместе с насыщающей их водой. Примерами таких пород являются насыщенные водой пески (плывуны), насыщенные водой глины или суглинки.

Наибольший объем всех горных работ приходится на твердые породы, поэтому их изучению в геомеханике придаётся весьма важное значение.

Свойства пород зависят от их состава и строения. Состоят горные породы из минералов. Известно около 3000 различных минералов, однако в составе горных пород существенную роль играют только немногим более 20 так называемых породообразующих минералов, наиболее распространенных в земной коре.

По минералогическому составу различают мономинералыте и полиминеральные горные породы. Примерами мономинеральных пород являются песчаник, известняк, мрамор, гипс и др. Большинство пород принадлежит ко второму типу.

Наивысшей прочностью и упругостью обладают кварцевые породы (кремнистые песчаники, кварциты). Высокую прочность имеют силикатные породы. Однако с повышением содержания слюдистых минералов показатели прочности снижаются. При наличии в породе глинистых и легкорастворимых минералов прочность и упругость резко уменьшаются.

К строению пород относят размеры, форму, взаимное расположение и способ срастания слагающих их минеральных частиц. Важнейшими признаками строения пород являются их структура и текстура.

Под структурой понимают строение минерального агрегата, т.е. степень кристаллизации пород (кристаллическое или аморфное их строение), размеры, форму минеральных частиц и характер связей между ними (табл. 2.1).

Структуры горных пород

Таблица 2.1

Структура Характеристика породы

Кристаллическая крупнозернистая среднезернистая мелкозернистая афанитовая скрытокристаллическая	Порода целиком состоит из кристаллических зёрен; размер зёрен 1-5 мм Размер зёрен до 1 мм Размер зёрен менее 1 мм Зёрна различимы лишь в лупу Кристаллы не видны даже при увеличении
Стекловатая	Сплошная стекловидная масса
Порфировая	В общую стекловатую или скрытокристаллическую массу вкраплены кристаллические зёрна
Обломочная	Порода сцементирована из обломков

По степени кристаллизации пород выделяют полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловатые, порфировые и обломочные структуры.

По крупности кристаллических зерен различают породы гиганто-, грубо-, крупно-, средне-, мелкозернистой, афанитовой и скрытокристаллической (микрокристаллической) структур.

Выделяют также породы равномернозернистой структуры, сложенные из кристаллов примерно одинаковых размеров, и неравномернозернистой структуры, в которых размеры слагающих их кристаллов существенно различны.

Свойства пород неполнокристаллической, порфировой и обломочной структур существенно зависят от характера цементации и состава цементирующего (стекловатого) вещества.

Состав цемента (стекла) может быть самым разнообразным: кремнистым, железистым, известковистым, глинистым, мергелистым, гипсовым и т. д. Наибольшей прочностью обладают породы с кремнистой и железистой цементацией, наименьшей - с гипсовой, глинистой.

Другим важнейшим признаком строения пород наряду со структурой является их текстура. Под текстурой (сложением) понимают взаимное расположение структурно однотипных частиц породы в занимаемом ими пространстве (Табл. 2.2).

Важнейшие типы текстуры горных пород

Таблица 2.2

Текстура	Характеристика породы
Массивная	Частицы горной породы не ориентированы, плотно прилегают друг к другу
Пористая	В горной породе имеются микропустоты
Слоистая	Частицы породы чередуются с другими частицами, образуя слои и напластования.

Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. С точки зрения геомеханики важнейшими являются следующие текстуры:

массивная - частицы горной породы плотно прилегают друг к другу, ориентированы произвольно;

пористая — частицы породы прилегают друг к другу неплотно, между ними имеется множество микропусгот (пор);

Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость П„ горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью П_и. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Я", Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости Кц.

Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002—0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм).

Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор V к полному объему породы К

Пористость горных пород изменяется в широких пределах —■ от долей процента до 90 % и более. Принято различать породы с лористостью низкой (менее 5%\ пониженной (5—10%), средней (10—15%), повышенной (15—20%) и высокой (более 20 %).

слоистая—частицы пород чередуются, образуя слои и напластования,

Породы упорядоченной текстуры обладают обычно анизотропностью свойств, т. е. существенным различием их показателей в различных направлениях, в частности, по направлениям слоистости, сланцеватости, плойчатости от одноименных показателей в иных направлениях.

Свойства горных пород неупорядоченной текстуры (например, массивно-кристаллических) оказываются сходными во всех направлениях. Такие породы при решении задач геомеханики можно рассматривать как квдзиизотроппые тела.

Для многих осадочных и метаморфических пород с точки зрения пространственных закономерностей изменения их механических свойств существенное значение имеют слоистость, полосчатость и пластовая отдельность.

Слоистость и прлрсчатость связаны со сменой минералогического или вещественного состава, причем эта смена может быть резкой или же постепенной.

Пластовая отдельность — это плоскости, по которым одни пласты или слои отделяются от других. При этом сцепление пород по плоскостям пластовой отдельности обычно значительно ниже, чем сцепление внутри пластов или слоев пород. Особенно велика эта разница для слоистых метаморфических пород, которым свойственно расслаивание массивов. В процессах метаморфизма это расслаивание сопровождалось межслоевыми подвижками, которые обусловили дополнительное снижение сцепления и угла трения по поверхностям раздела слоев.

Число физических свойств горных пород, проявляющихся в их взаимодействии с другими объектами и явлениями материального мира, может быть сколь угодно велико. В качестве основного признака классификации физических свойств пород наиболее целесообразно принять внешние поля или воздействия, во взаимодействии с которыми проявляются те или иные свойства. На основе этого признака можно выделить следующие классы физических свойств горных пород: плотностные, механические, горнотехнологические, тепловые, электромагнитные, радиационные.

Для решения задач геомеханики необходимы, в первую очередь, плотностные, механические и горнотехнологические свойства, но вместе с тем могут представлять интерес и некоторые другие свойства, показатели которых достаточно чётко отражают состояние пород или отчетливо коррелируют с напряжениями в породном массиве и потому могут быть использованы для оценки напряженного состояния пород и массивов.

Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. К ним относят удельный у₀ и объемный у вес пород, их удельную массу ро и плотность (объемную массу) р,

Удельный «ее—это вес единицы объема твердой фазы породы, значения удельного веса горных пород в зависимости от удельного веса породообразующих минералов колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см³.

Объемным весом называют отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами:

Объемный вес — это наиболее часто используемая плотностная характеристика горных пород, которая зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.

Удельная масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы.

Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы).

Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы, пемзы).

Механические свойства характеризуют поведение горных пород в различных механических силовых полях. Их подразделяют на ряд групп:

прочностные, характеризующие предельное сопротивление пород различного рода нагрузкам;

деформационные, характеризующие деформируемость пород под нагрузками;

акустические, характеризующие условия передачи породами упругих колебаний;

реологические, характеризующие деформирование пород во времени при заданных условиях нагружения;

Прочностные, свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения.

Предел прочности при одноосном сжатии [Ос*] или, короче, прочность на сжатие пород характеризует значение напряжения, которое выдерживает образец до разрушения при одноосном сжатии. Это наиболее широко определяемая характеристика прочности пород. Её наивысшие значения для горных пород достигают 5000 кгс/см^г (наиболее прочные

базальты, кварциты), минимальные значения измеряются десятками и даже единицами килограмм-сил на квадратный сантиметр (мергель, гипс, каменная соль в водонасыщенном состоянии). Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность.

Прочность на растяжение [а_р| горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности обрушений пород и разрушения горных выработок.

Отношение [(Ор/а^] весьма показательно для сравнительной характеристики различных пород и колеблется в пределах 1/5—1/80, чаще же всего в пределах 1/15—1/40. Верхний предел 1/5 соответствует глинистым породам, нижний — наиболее хрупким породам (гранитам, песчаникам и др.).

Прочность на срез (сдвиг) может быть охарактеризована двумя функционально связанными параметрами: сцеплением и углом внутреннего трения породы. Эту функциональную связь выражают уравнением Кулона—Мора:

х„ - а„ (₈Ф + [Ч], (2.1)

где а_п —нормальное напряжение при срезе; (ф—угол внутреннего трения; [хо]—сцепление.

Сцепление [х₀] характеризует предельное сопротивление срезу по площадке, на которой отсутствует нормальное давление, т. е. нет сопротивления срезающим усилиям за счет внутреннего трения. Угол внутреннего трения <�р или коэффициент внутреннего₁ трения (§<�р характеризует интенсивность роста срезающих напряжений с возрастанием нормальных напряжений, т. е. представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями касательных а\„ и нормальных аЬ_а напряжений при срезе:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 35

	Инструкция по выполнению работы Экзаменационная работа по литературе состоит из 3 частей. На ее выполнение дается 4 часа (240 минут). Рекомендуем так распределить...		Республики Бурятия Комитет по образованию Администрации г. Улан-Удэ мбоу российская гимназия №59 Количество часов: 140 часов (4 часа в неделю) – 5-8 классы, 102 часа (3 часа в неделю) – 9 класс
	2. Теории поведения человека в организации (4 часа) 46 Тема Коммуникативное... Рабочая программа составлена на основании типовой программы гос впо и авторских разработок		Рабочая программа по английскому языку для 10-11классов 3 часа неделю (102 часа) Биболетовой М. З., Трубаневой Н. Н. к Умк «EnjoyEnglish» для учащихся 2-11 классов общеобразовательных учреждений (Обнинск: Титул,...
	Конспект классного часа в 11 классе Тема классного часа: «егэ- это не страшно!» Активизация сильных сторон личности старшеклассника и формирование адекватного мнения о егэ		«Толкование права» Блок 1: Работа с информацией (текстом). Практическое занятие 1 (4 часа) Практическое занятие 1 (4 часа): Критический анализ текста: поиск аргументов изложенной позиции и формулирование контраргументов
	Календарно-тематическое планирование 10 класс Количество часов: 3... Авторская программа М. З. Биболетовой, Н. Н. Трубаневой по английскому языку для 2-11 кл общеобразовательных учреждений. Обнинск:...		Памятка туриста по Греции В аэропорт вам необходимо приехать заранее: в Домодедово за 3 часа, в Шереметьево за 2 часа. Там Вас будет ждать представитель с...
	В аэропорту Регистрация на рейс начинается за два с половиной часа, а заканчивается за сорок минут до указанного в билете времени (время в авиабилетах...		В аэропорту Регистрация на рейс начинается за два с половиной часа, а заканчивается за сорок минут до указанного в билете времени (время в авиабилетах...
	Приказ №111 от «30» 08. 2017 года Календарно-тематическое планирование... Календарно-тематическое планирование Spotlight 7, 3 часа в неделю, 102 часа в год		Конспект классного часа в 9, 11 классах Тема классного часа: «егэ это не страшно!» Цель занятия: активизация сильных сторон личности старшеклассников, формирование адекватного мнения о гиа, снижению стресса в экзаменационный...
	Рабочая программа по русскому языку в 8 классе Количество часов: 3 часа в неделю (102 часа) Программа разработана в соответствии с примерной программой на основе авторской программы по русскому языку для 5-9 классов. Авторы:...		Рабочая программа имеет Рф отводит 102 часа для обязательного изучения ия на этапе начального общего образования (во 5-9 классах по 3 часа в неделю). При...
	Рабочая программа учебного предмета «Технология» На изучение этого предмета отводится 118 часов на весь уровень обучения. В 1 классе отводится 33 часа (1 час в неделю при 33 недельной...		Программа раздел I. Введение в дисциплину «Правовая статистика» Тема... Общая теория статистики и отдельные отрасли статистики: экономическая — промышленности, сельского хозяйства, строительства транспорта,...

1. Введение. 4 часа

Похожие: