Головна

Анізотропія меж міцності при розтягуванні гірських порід Донбасу

  1. III теорія міцності
  2. IV теорія міцності
  3. анізотропія кристалів
  4. Бетон як матеріал для жбк - міцність бетону при стисненні, розтягненні, зрізі і смятии
  5. Бівачне спорядження в гірських походах 1-2 к.с. Правила роботи з примусом і газовим пальником.
  6. Квиток №11. Головні типи метаморфічних порід.
 порода  Межа міцності на розтяг
 вздовж шарів, МПа  перпендикулярно верствам, МПа
 АргіллітАлевролітПесчанік  2,92,93,5  0,91,11,8

У шаруватих гірських породах спостерігаються різні значення модулів пружності паралельно верствам і перпендикулярно їм: уздовж шарів модуль пружності більше, ніж перпендикулярно до них, що зумовлено більшою деформуємість порід перпендикулярно верствам через підвищену сжимаемости більш м'яких шарів.

Для анізотропних порід характерно розходження швидкостей проходження пружних хвиль уздовж шарів і поперек ім.

Анізотропія теплопровідності при бурінні шаруватих гірських порід плавленням або термомеханическим способом буріння буде приводити до того, що нагрів породи активніше відбувається в напрямку шарів, що вплине на процеси формування стовбура свердловини [21].

Таким чином, з точки зору фізичного об'єкта, гірська порода - неоднорідна (Гетерогенна - від грец. heterogenes - Різнорідний) система, що складається з різних за фізичними властивостями, хімічним складом і агрегатному стані частин (фаз), які взаємодіють один з одним по поверхнях розділу, при подоланні яких різко змінюється одне або кілька властивостей (склад, щільність, пружність, теплопровідність, електрична проникність і т . Д.).

Частини або фази, що входять до складу тієї чи іншої гірської породи, можна розділити на мономінеральні кристали, пов'язані між собою іншим мінералом або декількома мінералами. При цьому механічні властивості кристалів і мінералів, з них складаються і що входять до складу породи, часто різко різні. Характеристики міцності і деформаційні характеристики гірської породи в залежності від виду навантаження визначаються характеристиками входять в породу компонент і міцністю зв'язків між ними.

Між компонентами гірської породи діють наступні сили [8]:

- Сили зв'язку хімічної природи (сили електричного взаємодії між атомами - іонні і ковалентні зв'язку);

- Молекулярні;

- Електростатичні;

- Капілярні;

- Магнітні.

1. Іонна і ковалентний зв'язки в породі обумовлені електричним взаємодією між атомами.

При утворенні іонної сили електрони від атома з меншою електро-негативний заряд переходять до атома з більшою електро-негативний заряд з утворенням двох протилежно заряджених іонів, між якими виникає зв'язок за рахунок кулонівського тяжіння [8].

Ковалентні зв'язки між різними атомами виникають в тому випадку, якщо відбувається усуспільнення електрона різними атомами.

Сили хімічної природи найзначніші і досягають 200-1200 Дж / моль, але радіус їх дії малий, тобто роблячи значний початковий опір при розриві кристала, ці сили діють «над в'язко», припиняючи опір при деякому взаємне видаленні елементарних частинок (появі тріщини).

2. молекулярні сили, Характерні для осадових порід (органічних включень в осадочную породу), навпаки, не будучи значними (0,4-12 Дж / моль), є дальнодействующими - діють на відстані кілька тисяч ангстрем.

Саме тому осадові і деякі інші породи, не відрізняючись високою міцністю, викликають певні проблеми при руйнуванні внаслідок пластичності і в'язкості, обумовлені силами молекулярної взаємодії і, роблячи значний опір силам руйнування, яке може не припинятися і при порушенні суцільності.

3. електростатичні сили виникають внаслідок появи на поверхні мінералів (наприклад, при утворенні тріщини) електричних зарядів, взаємодіючих між собою за законом Ш. Кулона.

4. капілярні сили викликаються капілярним тиском, Яке виникає на межі поділу рідкої і газоподібної середовищ в породі і залежить від кривизни поверхні рідини.

Форма поверхні рідини біля твердого тіла визначається кривизною поверхні і характером змочування.

Кривизна поверхні може бути позитивною (опукла - стягують зусилля) і негативною (увігнута - відразливі зусилля).

Величина капілярного тиску р?, Створюваного поверхневий натяг рідини ?ж на викривленій поверхні (меніску) рідини в капілярі (за законом П.Лапласа):

 , (1.2)

де r - Радіус кривизни поверхні рідини.

5. магнітні сили виникають в породі, що містить ферромагнетики. Вплив цих сил на міцність гірських порід незначно.

Перераховані вище сили визначають міцність адгезійного з'єднання різнорідних мінералів в структурі породи і когезійну міцність однорідних мінералів.

адгезія (Лат. adhaesio - Прилипання) - злипання, зумовлене міжмолекулярним взаємодією, різнорідних твердих або рідких тіл (фаз), що стикаються своїми поверхнями.

когезия (Лат. cohaesus - Пов'язаний, зчеплений) - межмолекулярное або міжатомна тяжіння між однорідними частинками твердого тіла або рідини, що веде до об'єднання цих частинок в єдине тіло.

Розрив адгезійних і когезійних зв'язків визначає міцність гірської породи.

При цьому адгезійні зв'язку менш міцні, а кордони мінералів є дефектами породи, поряд з тріщинами, що впливають на міцність гірської породи в першу чергу, адже процес руйнування твердого тіла подібний до руйнування ланцюга, ланки якої становлять елементи обсягу. Відомо, що міцність ланцюга визначається міцністю найбільш слабкого її ланки, так і міцність тіла повністю залежить від самого дефектного елемента, що займає елементарний об'єм.

Когезійні зв'язку в мінеральних зернах і кристалах порушуються при подальшому руйнуванні породи з утворенням менших фракцій, а також при повторному подрібненні.

мерзлі породи відносяться до пружно-в'язкопластичні твердих тіл, які включають поряд з мінералами і поровим простором, заповненим тим чи іншим газом або водою різної мінералізації, лід. Наявність замерзлої води, її кількість і температура значно впливає на міцність і енергоємність руйнування гірських порід. При промерзанні породи формується особлива мерзла текстура, яка може бути масивної, шаруватої або сітчастою. Для скельних гірських порід характерно заповнення льодом тріщин.

Твердомерзлих породи характеризуються практичної нестислива і крихким руйнуванням.

 Пластично-мерзлі породи мають грузлими властивостями і здатні стискатися під навантаженням.

Мерзлі породи можуть бути і сипучими, якщо це великоуламкові породи, що знаходяться в стані незначній вологості.

Ступінь спаяності міні-ральних частинок льодом оцінюється об'ємної льодистістю, тобто вмістом в породі замерзлої води. Льдистость, температура і характер прикладання навантажень визначають здатність мерзлої породи руйнуватися як крихке або пластичне тіло.

Основний процес, що формує властивості мерзлої породи, -теплообмен з навколишнім простором. Наприклад, нагрівання породи в процесі руйнування і продувки підігрітим стисненим повітрям при бурінні, призводить до танення льоду і підвищення в'язкості породи в поверхневому шарі.

Особливе значення на процеси руйнування мерзлих порід надає пористість. Чим менше пористість породи, тим менший вплив надає промерзання на її міцності, тим ближче ці характеристики до аналогічних показників для немерзлих породи при тій же вологості.

На рис. 1.3 [32] наведені графічні залежності руйнівних напружень сколювання мерзлих порід в залежності від температури і вологості. Як випливає з цих даних, найбільші значення руйнівних напружень досягаються при вологості 15-20% і ростуть з пониженням температури порід. Наприклад, зниження температури від нуля градусів до -10? С, призводить до підвищення напруги руйнування більш ніж в 3 рази.

 



Структура породи - особливості будови гірських порід, пов'язані з розмірами і формою мінералів. | Деформацією називається відносне зміщення частинок матеріального тіла (породи), при якому не порушується суцільність тіла.

ПРИ ПРОВЕДЕННІ геологорозвідувальних робіт | Вступ | Загальні відомості про гірські породи | при деформації | Паспорт міцності за даними визначення меж міцності при об'ємному стисненні, одноосьовому розтягуванні і стисненні. | Величини сили зчеплення і кута внутрішнього тертя ряду гірських порід | Їх руйнування при бурінні | Теоретична міцність твердих тіл | Теорія руйнування твердих тіл А. Гриффитса | Зниження міцності твердих тіл фізико-хімічними методами |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати