Principalele proprietăți ale deformarea rocilor sunt două - reversibilitatea și ireversibilitatea. Este important să se facă distincția între elastic (reversibil), plastic (ireversibil fără discontinuități) și friabil (ireversibil cu discontinuități) deformare.
Stâncile aflate sub influența încărcăturilor suferă deformări care, după îndepărtarea încărcăturilor, fie dispar complet, fie rămân. În primul caz deformările sunt numite elastice, în al doilea caz - plastic. Distingem elasticitatea, plasticul, deformarea vâscoasă și deformarea compresiei totale. Cu compresie totala sub influenta presiunii izotropice, volumul corpului scade, densitatea creste, dar forma ramane neschimbata. Atunci când presiunea totală este îndepărtată, corpul elastic revine la starea inițială.
Conform legii lui Hooke deformarea relativă a corpului elastic la întindere sau compresiune proporțională la £ σ normale de stres, iar relativa y deformare la forfecare este proporțională cu tensiunea de forfecare τ.
unde E este modulul elastic al materialului sub presiune; G modul de elasticitate a materialului sub forfecare.
Valoarea modulului de elasticitate al rocilor depinde de compoziția mineralogică, structura și textura rocilor, tipul de sarcină, umiditate și alți factori. Indicatori ai proprietăților elastice ale rocilor rezulta indicii corespunzători ai mineralelor constitutive. De exemplu, minerale calcit modul de elasticitate la compresiune este egal cu 8,2 x 10 4 MPa și stâncă izvestnyaka.- (1,3-3,5) x 10 4 MPa, marmura - (3,0-5,0) x 10 4 MPa.
Împreună cu deformările de întindere sau compresiune în roci, deformarea forței de forfecare și a compresiei totale. Valorile modulelor corespunzătoare sunt determinate din următoarele expresii:
unde η este coeficientul Poisson, care corelează deformările de-a lungul direcțiilor reciproc perpendiculare cauzate de o singură forță. Pentru majoritatea rocilor, coeficientul η este în intervalul 0.20-0.35. Tulpinile transversale care apar în timpul compresiei sunt tractate, astfel încât raportul Poisson caracterizează fenomenul de întindere într-un corp comprimabil. Cantitatea β inversă la modulul de volum al compresibilității B se numește coeficientul de compresibilitate al materialului: β = 1 / В.
Principalele proprietăți de deformare ale rocilor - este elasticitatea și plasticitatea. Cele mai multe dintre roci atunci când limita elastică nu este distrusă și se transformă în etape de deformare plastică. Distrugerea acestor rase precedate de o deformare plastică mare. Ca măsură a rocilor ductilitate folosind raportul dintre activitatea totală de deformare și distrugere a eșantionului în matriță la deformarea elastică a eșantionului.
Unele roci sunt predispuse la creep, care se manifestă într-o creștere constantă a deformării la o sarcină constantă. Stâncile, care sub acțiunea forțelor externe sunt distruse fără deformări plastice vizibile, sunt numite roci fragile.
Modulul de elasticitate a rocilor care sunt sub compresie hidrostatic, semnificativ mai mare decât cea stabilită la presiunea atmosferică. De exemplu, granitului modulul de 5 stres eficace MPa variază (0.7-2.5) x 10 4 MPa, și la o presiune de 60 MPa - în intervalul (0,3-1,0) x 10 5 MPa.
Valoarea medie a raportului dintre modulul de deformare al masivului de piatră depozitat și modulul de elasticitate a rocii este de 0,67. Modulul de elasticitate este determinat atunci când masivul sau eșantionul este descărcat. Modulul de deformare, dimpotrivă, sub sarcină. Pentru plăci, modulul de elasticitate este legat de rezistența la compresiune prin următoarea relație: E = 45,5 σ ss MPa.
Cu o presiune a porilor egală cu presiunea laterală, parametrii de deformare și rezistență devin echivalenți compresiei uniaxiale simple.
Influența presiunii porilor p asupra caracteristicilor de deformare ale calcarului
Atunci când se evaluează munca barajului și a rocilor, este necesar să se ia în considerare factorul de timp. Stâncile diferă de mediile elastice clasice prin faptul că posedă proprietăți reologice, adică capacitatea de a se deforma în timp sub acțiunea unei sarcini constante (creep) sau de a reduce stresul sub deformare constantă (relaxare). În plus, aceștia pot reduce rezistența în cazul acțiunii de încărcare pe termen lung (rezistență pe termen lung).
Parametrii elasticității rocilor E, η și vâscozității μ pot diferi semnificativ, pe măsură ce adâncimea stratului unui strat crește. Ordinea valorilor tipice ale acestor parametri poate fi, de exemplu, evaluată prin următoarele figuri:
- Cretacic și Jurassic
E = 2,8 · 10 4 MPa; η = 0,30; μ = 10 23 Pa · s;
E = 9,10 4 MPa; n = 0,25; μ = 10 22 Pa · s;
- strat inferior de plastic
E = 4,5 x 10 4 MPa; η = 0,40; μ = 10 21 Pa · s.
Elasticitatea E și G. Viscozitatea n și plasticitatea sunt principalele elemente constitutive ale reologiei corpurilor reale, inclusiv roci. Modelele reologice ale corpurilor reale pot fi obținute prin conectarea elementelor elastice, vâscoase și plastice între ele în paralel sau în serie. Atunci când elementele sunt conectate în paralel, încărcările percepute de fiecare element sunt adăugate, în timp ce viteza de alungire a fiecărui element este aceeași. Dacă elementele sunt conectate în serie, atunci sunt adăugate ratele de alungire ale ambelor elemente și fiecare dintre ele este supusă aceleiași încărcări.
Modele reologice ale corpurilor complexe
1 - fluidul viscoelastic Maxwell; 2 - Solid vâscoelastic Voigt-Kelvin; 3 - Fluid viscoelastic Bingham
Pentru o deformare inițială constantă, tensiunea din corpul vâscoelastic Maxwell scade treptat în timp. Intervalul de timp, egal cu raportul tpe = μ / G, se numește "timpul de relaxare". Aceasta determină perioada de timp în care tensiunea inițială din material scade cu un factor de e (până la 37% din valoarea inițială). Practic, toate materialele sunt supuse relaxării. De exemplu, timpul de relaxare a apei este de o mie de secundă, paharul este sute de ani, pietrele sunt mii și milioane de ani.
Corpul lui Voigt-Kelvin se comportă ca un corp solid, deoarece deformarea lui este finită. Valoarea lui tpas = μ / G este timpul de întârziere. La perioade foarte lungi de întârziere, deformarea se aseamănă cu un debit lent, deci acest fenomen este numit prima etapă a fluajului.
Teoria distribuției liniar-ereditare permite utilizarea unor module variabile de elasticitate, forfecare și raportul lui Poisson. De exemplu, modulul de elasticitate variabil în funcție de timp Et este determinat prin funcția de fluaj f, care pentru fiecare material este determinată din experimente.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: