Хрупкие породы испытывают до разрушения очень небольшую пластическую деформацию. Пластичные породы испытывают до разрушения значительную пластическую деформацию (рис.25).

Рис. 25 Зависимость между напряжением и деформацией

Хрупкие породы разрушаются при достижении предельного напряжения. Они достигают в этой точке своей предельной деформации. Для хрупких пород дальнейшее увеличение нагрузки приводит к резкому уменьшению прочности. Пластичные породы могут выдерживать нагрузку даже после некоторого увеличения деформации. Разрушение пластичных пород не такое катастрофическое.

Как для хрупких, так и для пластичных пород характерно увеличение предела прочности и пластичности с увеличением бокового давления. Если боковое давление достаточно высоко, то все породы начинают вести себя как пластичные, а не как хрупкие.

Коэффициент Пуассона

Жидкости (такие как вода) подчиняются закону Паскаля - давление передается жидкостью одинаково во всех направлениях. Если столб воды создает в высоком резервуаре гидростатическое давление 100 фунт/дюйм, то давление, действующее в горизонтальном направлении на стенку резервуара, равно 100 фунт/дюйм (рис.26). Давление, действующее в вертикальном направлении, полностью передается во всех других направлениях. В твердых телах давление, действующее в вертикальном направлении, передается в других направлениях не полностью.

Рис. 26 Коэффициент Пуассона (нагрузка, которую передает порода в горизонтальном направлении, зависит от коэффициента Пуассона, чем больше коэффициент Пуассона, тем более деформируемой является порода).

Отношение горизонтального напряжения к вертикальному напряжению выражается через коэффициент Пуассона. Оно определяется по следующей формуле:

σ _h / σ _v = ν / (1 - ν)

где коэффициент Пуассона, обозначаемый греческой буквой ν (ню), имеет некоторое значение, меньшее чем 0,5.

Отношение горизонтальной деформации к вертикальной деформации также выражается через коэффициент Пуассона. Оно определяется по формуле:

ε _h / ε _v = ν

Коэффициент Пуассона для воды равен 0,5, т.е. давление, действующее в вертикальном направлении, полностью передается во всех других направлениях. Коэффициент Пуассона для горной породы можно определить, подсчитав отношение поперечной деформации к продольной деформации.

Для мягких, молодых глинистых пород характерны высокие значения коэффициента Пуассона, поэтому горизонтальные напряжения в естественных условиях залегания высоки. Крепкие и хрупкие породы (такие как древние доломиты) имеют меньший коэффициент Пуассона, поэтому в них меньшая часть вертикальной нагрузки передается в горизонтальном направлении (рис.27).

Рис. 27 Поведение под нагрузкой хрупких и пластичных пород

Иначе говоря, некоторые породы деформируемы в большей степени чем другие; и они имеют относительно больший коэффициент Пуассона. Более хрупкие породы имеют меньший коэффициент Пуассона; они меньше деформируются под нагрузкой.

Коэффициент Пуассона для твердых песчаников может составлять всего лишь 0,01. Для известняков этот показатель изменяется от 0,15 до 0.31.

Значения коэффициента Пуассона для глинистых пород изменяются от 0,17 до 0.28, а для глины могут быть как низкими - 0,17, так и высокими - 0,50 (для очень влажных глин).

Почему так важно знать коэффициент Пуассона для разбуриваемой породы? Потому что пластичные породы могут выдавливаться в скважину под весом вышележащих пород. Для проходки пород с высоким коэффициентом Пуассона потребуется более плотный буровой раствор, поскольку в этом случае нужно предотвратить выдавливание или обрушение породы в скважину.

При определении коэффициента Пуассона в лаборатории принимается, что боковое давление одинаково со всех сторон. Однако в земной коре это не так.