1. Введение. 4 часа

Скачать 5.07 Mb.

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

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Реферат

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

Л„

Цф = (2.2)

Значение сцепления горных пород меняется в пределах от десятых долей (глины, мергели, слабо сцементированные песчаники и др.) до сотен килограмм-сил на квадратный

сантиметр (прочные песчаники и массивно-кристаллические породы), угол внутреннего трения—от 10—15 для некоторых глин до 35—60° для прочных массивно-кристаллических и

метаморфических пород (граниты, сиениты, кварциты и др.),

* К деформационным свойствам в первую очередь, относятся упругие свойства горных пород которые характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном

состоянии (модулем продольной упругости или иначе модулем Юнга), модулем сдвига С, модулем объемной упругости А" и коэффициентом поперечных деформаций V (коэффициентом

Пуассона).

Модуль упругости Е представляет собой отношение нормального напряжения а„ к относительной линейной деформации образца Ъ\ = Л1/1 в направлении действия приложенной нагрузки.

Модуль сдвига (! — отношение касательного напряжения т к относительному сдвигу у, который именуют иногда угловой деформацией.

Модуль объемной упругости К, или модуль всестороннего сжатия, равен отношению равномерного всестороннего напряжения к относительному упругому изменению объема образца.

Коэффициент поперечных деформаций у, или коэффициент Пуассона, является мерой пропорциональности между относительными деформациями в направлении, перпендикулярном к вектору приложенной нагрузки и параллельном ему.

Модули упругости различных пород изменяются в пределах (1-кЗ)-10⁴—(1-КЗ}-10⁶ кгс/см². Наиболее низкие модули упругости имеют пористые туфы, слабые глинистые сланцы, галит, гнейсы, филлиты. Наиболее высоки модули упругости базальтов, диабазов, пироксенитов, дунитов, монтичеллита. С ростом плотности пород модули их упругости, как правило, возрастают. Модули упругости слоистых пород в направлении слоистости выше, чем перпендикулярно к слоистости.

Коэффициенты поперечных деформаций V горных пород теоретически могут изменяться в пределах от 0 до 0,5. Для большинства пород они колеблются в интервале значений от 0,15 до 0,35. Минимальные значения V имеют некоторые биотитовые и известковые сланцы, опал, филлиты, гнейсы (0,01—0,08), максимальные - некоторые дуниты, амфиболиты (0,40— 0,46).

За пределом упругости происходит пластическое деформирование с образованием необратимых остаточных деформаций. Для характеристики этого процесса применяют более общий показатель — модуль деформации, представляющий собой отношение приращений напряжений к соответствующему приращению вызываемых ими деформаций. Пластические свойства могут быть также охарактеризованы коэффициентом пластичности, для вычисления которого предложено несколько подходов. Один из них, получивший широкое признание, заключается в определении коэффициента пластичности как отношения полной деформации до предела прочности материала к чисто упругой деформации, т. е. до предела упругости.

Альтернативным показателем по отношению к коэффициенту пластичности является коэффициент хрупкости К^, отражающий способность горных пород разрушаться без проявления необратимых (остаточных) деформаций. Он может быть приближенно охарактеризован, как уже упоминалось, соотношением |о_р] 4°сж] или по отношению величины работы, затраченной на деформирование породы до предела упругости к величине общей работы на разрушение.

Значения К^, для различных пород изменяются в весьма широких пределах: например, для известняка и мрамора, К^ = 0,06—0,07, а для ийолит-уртита К.^, - 0,54. Проявление хрупкости горных пород существенно зависит от режима приложения нагрузок. Динамические, ударные нагрузки приводят породы к хрупкому разрушению, тогда как длительное приложение даже сравнительно небольших нагрузок может вызывать пластические деформации.

Акустические свойства определяют условия распространения в горных породах упругих колебаний. Они характеризуются скоростью распространения упругих волн V и коэффициентом затухания а

Среди различного вида упругих колебаний в твердых телах наибольший интерес представляют продольные, поперечные и поверхностные (релеевские) волны В продольных волнах направление колебаний частиц породы совпадает с направлением распространения волны; в поперечных - направление колебаний частиц перпендикулярно к направлению распространения волны. Поверхностные волны — это колебания поверхности среды (поверхности образца горной породы).

Скорости распространения упругих волн определяются плотностью, характеризующей смещаемую массу, и показателями упругости среды, связывающими возвращающие силы со смещениями колеблющихся частиц.

Произведение плотности породы на скорость соответствующей волны называют акустическим сопротивлением или акустической жесткостью, оно характеризует влияние свойств среды на интенсивность (частоту) колебаний в этой среде, которая, кроме того, определяется еще параметрами возбудителя колебаний.

Поскольку горные породы не являются идеально упругими твердыми телами, в них происходит ослабление возбуждаемых упругих волн вследствие поглощения энергии колебаний в среде из-за трения, теплопроводности и других эффектов. Это ослабление, или затухание, подчиняется экспоненциальному закону.

Скорость продольных упругих волн является наиболее употребительной характеристикой. Ее значения для различных изверженных пород варьирует, как правило, в пределах 3,5— 7,0 км/с, но иногда достигает 8,5 км/с В осадочных породах она обычно ниже, составляет 1,5—4,5 км/с, и лишь в плотных известняках достигает б—7 км/с. В неконсолидированных осадочных и рыхлых обломочных толщах она еще ниже (0,1— 2,0 км/с).

С ростом сжимающих нагрузок скорости упругих волн в горных породах, как правило, возрастают.

Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации) Ползучесть и релаксация также как и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными. Но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений.

Весьма характерной чертой реологических процессов, в частности ползучести, является зависимость деформации, наблюдаемой в данный момент времени, от характера всего процесса нагружения материала, или, другими словами, от всей предыдущей истории его деформирования. Это свойство реальных материалов называют наследственностью.

Особенностью большинства горных пород, как показывают эксперименты, является практически линейная зависимость между приращениями деформаций и приращениями напряжений в любой момент времени, т, е. проявление линейной ползучести. Это позволяет применять для описания деформирования горных пород во времени теорию

деформирования линейных наследственных сред. При этом полная деформация в любой момент времени слагается из двух составляющих: упругой деформации в момент приложения нагрузки и собственно деформации ползучести.

Прочность и упругость пород при длительном воздействии достаточно больших нагрузок понижаются, асимптотически приближаясь к некоторым предельным значениям — пределу длительной прочности о„ и предельному модулю длительной упругости Е„. Для большинства пород о» = (0,7—О,8)[о_еж3, Е_ж = (0,65- 0,95) Е

Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют определённый интерес горнотехнологические свойства, которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому отражают не только свойства, но и состояние пород.

Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав, показатель дробимое™, показатель взрываемости и др.). В соответствии с этим остановимся лишь на тех из них, которые находят наиболее широкое применение в геомеханике.

К их числу прежде всего следует отнести комплексный показатель свойств пород — коэффициент крепости, Х^, введенный проф. М. М. Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (^ = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (Г^, = 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента крепости — от 0,3 до 20.

Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр, представляющий собой отношение объема У_р породы после ее разрыхления при обрушении или добычи к объему У_м в массиве, т, е. до разрыхления.

Наименьшую разрыхдяемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы (Кр * 1,15—1,20), наибольшую-—хрупкие скальные породы (К_р = 1,30—1,40).

С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения К_р — 1,01—1,15.

Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент трения & который в отличие от коэффициента внутреннего трения 1§р характеризует условие перемещения отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах, зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород, шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11—0,36, При больших давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на соприкасающихся поверхностях.

2-2. Структурные особенности массивов горных пород.

В литосфере выделяют два вида (или два различных порядка) структурных элементов - глубинные и коровые тектонические структуры.

В пределах этих структур в зависимости от размеров выделяются различные порядки неоднородностей.

Глубинными тектоническими структурами первого порядка являются континенты и океанические области коры. Глубинные структуры второго порядка - это подвижные геосинклинальные пояса и относительно устойчивые платформы. Структуры этих двух порядков, имеющие линейные размеры, исчисляемые тысячами километров, называют планетарными или глобальными.

Коровые тектонические структуры, в отличие от глубинных, менее развиты на глубину и, как правило, не выходят из пределов земной коры. Они образуют складчато-разрывные деформации различных порядков, имеющие линейные размеры по простиранию максимально до десятков, иногда нескольких сотен километров.

Особое значение в тектоническом строении и развитии земной коры принадлежит глубинным разломам, представляющим собой первичные элементы строения земной коры. Наиболее крупные и древние разломы проникают в глубину до подошвы земной коры и ниже, в верхнюю мантию. Сетью пересекающихся глубинных разломов земная кора расчленена на глыбы или их еще называют липтсферными плитами.

Каждая литосферная плита разломами более высоких порядков - коровыми разрывами - расчленена, в свою очередь, на блоки. В пределах плит и блоков развиты плавные и щгакативные деформации соответствующих порядков - складчатость и волновые изгибы. Таким образом, в целом земная кора имеет глыбово-волновое или, другими словами, блочное строение.

Глубинные разломы и разрывы земной коры являются теми естественными швами, по которым на протяжении всей геологической истории Земли непрерывно происходили тектонические движения.

Тектонические структуры в земной коре более высоких - третьего и четвертого - порядков называют региональными. Именно с этими структурными неоднородностями связаны месторождения полезных ископаемых, а, следовательно, и массивы горных пород, которые являются предметом исследований в геомеханике.

В результате расчленения поверхностями структурных неоднородностей региональных порядков массивы горных пород также, как и земная кора в целом, имеют ярко выраженную блочную структуру, причем размеры отдельных структурных блоков обычно существенно различаются между собой и определяются расстояниями между соседними поверхностями структурных неоднородностей. В свою очередь, степень распространения различных типов неоднородностей весьма различна. При этом необходимо отметить, что блочное строение характерно для любых массивов пород, однако для массивов пород, сложенных относительно слабыми осадочными породами оно выражается относительно слабее, чем для массивов прочных скальных пород.

Разработаны различные классификации структурных неоднородностей, одна из наиболее удачных предложена докт. физ.-мат. наук М.В. Рацем, который выделил несколько различных порядков структурных неоднородностей.

К неоднородностям нулевого порядка М.В. Рац отнес крупные тектонические разрывы, связанные с региональными полями тектонических напряжений, разбивающие массивы пород на блоки с линейными размерами свыше 10 км, это по своей сути региональные структурные неоднородности земной коры Ш - IV порядков.

Далее выделяются структурные неоднородности, относящиеся собственно к массиву пород в масштабах отдельных месторождений.

Неоднородности первого порядка обусловлены наличием в массиве различных по составу, структуре и текстуре пород, крупных геологических нарушений, тектонических разрывов и т. д. Эти неоднородности расчленяют массив на блоки размерами от сотен метров до километров.

Более мелкие блоки размерами от десятков сантиметров до десятков метров связаны с неоднородностями второго порядка.

К этому классу относят неоднородности структуры и состава пород в пределах одной пачки, слоя, а также естественную трещиноватость.

Трещинами называют разрывы в горных породах, перемещения по которым совершенно отсутствуют или очень незначительны.

По степени проявления различают следующие три группы трещин: открытые, закрытые и скрытые.

Открытые трещины имеют четко видимую полость, часто заполненную вторичными и гидротермальными минералами. Закрытые трещины характеризуются столь сближенными стенками, что хотя сам разрыв по ним хорошо прослеживается, полость по разрыву незаметна. Скрытые трещины, к которым, в частности, относится кливаж углей, визуально не видны, так как они очень тонки, но их можно обнаружить при разбивании или дроблении горных пород.

Естественные трещины обычно образуют в массиве системы или ряды. Трещины одной системы имеют параллельные или близкие к параллельным направления, но не могут пересекаться друг с другом. Часто встречаются две или три системы трещин, пересекающихся друг с другом под углами, близкими к прямым. При этом изменение в ориентировке одной из систем сопровождается соответствующим изменением другой. Такие взаимосвязанные системы трещин называются сопряженными системами.

Обычно в массиве горных пород можно выделить не менее трех систем трещиноватости. В ряде случаев число систем достигает пяти-шести и более.

Детальный анализ развития трещиноватости массивов горных пород различных месторождений показывает, что по линейным размерам трещин и величинам сцепления пород на их контактах выделяются три группы трещиноватости: крупноблоковая, мелкоблоковая и микротрещиноватость. Последняя группа принадлежит к неоднородностям следующих, более высоких (третьего и четвертого) порядков.

Трещины крупноблоковой трещиноватости имеют протяженность, исчисляемую десятками и даже сотнями метров. Протяженность отдельных трещин мелкоблоковой трещиноватости исчисляется метрами и дециметрами. Микротрещины образуют структурные блоки с сантиметровыми размерами.

Различные массивы пород в разной степени расчленены трещинами. Среднее число параллельных трещин (отклонение элементов залегания ±10° от среднего по азимуту и по углу падения), приходящееся на единицу длины / (в направлении, перпендикулярном к трещинам), часто называют густотой или плотностью трещин. Это же число п = 1// называют также линейным модулем трещиноватости соответствующей системы трещин. Линейный модуль является критерием сравнительной оценки степени выраженности в массиве трещин той или иной системы.

Сравнительная оценка развития общей трещиноватости различных массивов или разных участков некоторого массива может быть выражена объемным модулем трещиноватости \У, представляющим собой безразмерное отношение единичного объема массива 1 м³ к среднему объему V структурного блока.

Другим критерием для сравнительной оценки трещиноватости массивов горных пород может явиться акустический показатель трещиноватости А, определяемый как отношение скоростей упругих колебаний в монолитном образце породы и в трещиноватом массиве. В зависимости от степени развития трещиноватости массивов этот показатель может принимать значения от 0,9 - 1,0 для практически монолитных нетрещиноватых пород до 0,0 - 0,1 для весьма трещиноватых мелкоблочных пород.

К неоднородностям третьего порядка, кроме уже упоминавшейся микротрещиноватости, относятся также контакты между отдельными минеральными образованиями, зернами и кристаллами. При этом размеры блоков, образуемых неоднородностями данного типа, варьируют в пределах от единиц до десятков сантиметров.

Наконец, поскольку горные породы в большинстве своём представляют многокомпонентные поликристаллические агрегаты, выделяют четвертый порядок неоднородностей, связанный со структурными нарушениями межкристаллических областей, а также с дефектами структуры в решетках породообразующих минералов. Размеры структурных элементов в этом случае колеблются от долей миллиметра до нескольких сантиметров.

Всё изложенное позволяет говорить об общих закономерностях структуры, характерных для верхней мантии и земной коры, и проявляющихся в едином иерархически -блочном строении, которое можно проследить от планетарных структур типа континентов до микроструктур на уровне кристаллов и отдельных минеральных зёрен. Это чрезвычайно важное заключение позволяет с единых позиций рассматривать вопросы поведения и состояния различных объёмов столь необычной физической среды, которой является земная кора и слагающие её массивы горных пород.

При этом необходимо подчеркнуть, что у всех выделяемых порядков структурных неоднородностей в пределах, по крайней мере, одного массива горных пород, как правило, наблюдается довольно четкое соответствие в пространственной ориентации. Кроме того, экспериментальные исследования показывают, что между геометрическими и механическими характеристиками структурных неоднородностей массива также существует определенная связь: крупным, но более редким поверхностям неоднородностей соответствуют, как правило, более низкие значения прочностных характеристик.

Изложенное позволяет представить схему строения массива горных пород с учетом структурных неоднородностей различных порядков в виде некоторой пространственной конструкции, состоящей из плотно прилегающих друг к другу блоков с различной степенью связи между ними (рис. 2.1).

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: