Упругие свойства горных пород

Горные породы могут деформироваться в пределах упругости.

Упругость – свойство горной породы изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и полностью восстанавливать первоначальное состояние после устранения этих воздействий.

Упругие свойства горных пород проявляются только при кратковременном внешнем воздействии.

Для каждого вида приложенных нагрузок существует свой коэффициент пропорциональности между напряжениями и упругими деформациями: он является параметром породы, оценивающим ее упругие свойства.

К параметрам, характеризущим упругие свойства горных пород, следует относить:

– предел упругости , Па;

– модуль упругости (модуль Юнга) Е, Па;

– модуль сдвига G, Па;

– модуль всестороннего сжатия К, Па;

– коэффициент Пуассона n, ед.

В лабораторных условиях упругие параметры горной породы можно установить при нагружении образцов на гидравлических прессах. Для этого исследуемые образцы должны иметь соотношение высоты (h) к диаметру (d) – . Такое требование позволяет обеспечить равномерное одноосное напряженное состояние в средней части образца при его сжатии.

В начале испытаний, определяют предел прочности образца на одноосное сжатие (). Запись деформаций осуществляют с помощью проволочных тензометров, индуктивных датчиков часового типа и т.п. Обычно датчики располагают с 4-х сторон образца, а их показания усредняют. Испытания проводят в режиме многократного нагружения и разгрузки.

Рисунок 5.3 – Типичный график деформирования образца горной породы.

С помощью графика можно установить величины и , а по выражению

(5.2)

определить модуль упругости.

По относительным изменениям линейных размеров в направлениях перпендикулярном и параллельном приложению нагрузки на образец определяют коэффициент Пуассона.

Таким образом, определив экспериментально на образцах пород характеристики Е и n, можно расчетным путем определить значения остальных параметров.

Упругие свойства пород зависят от величины и рода прилагаемой нагрузки. С увеличением нагрузки при растяжении породы модуль упругости уменьшается, при сжатии – увеличивается. При сжатии порода уплотняется, увеличивается площадь контактов зерен, соответственно уменьшается способность породы к дальнейшей деформации и, следовательно, возрастает модуль упругости.

Коэффициенты поперечных деформаций ν горных пород теоретически могут изменяться в пределах от 0 до 0,5. Для большинства пород они колеблются в интервале значений от 0,14 до 0,35. Минимальные значения ν имеют некоторые биотитовые и известковые сланцы, опал, гнейсы (0,01-0,08), максимальные – некоторые дуниты, амфиболиты (0,4-0,46).

Для горных пород Донбасса значения коэффициента Пуассона находятся в следующих пределах: алевролит – 0,140,49; аргиллит – 0,0840,44; песчаник – 0,140,37; известняк – 0,1340,44

Поиск по сайту: