Поведение твердых тел не подчиняется закону Паскаля. Напряжение, действующее в одном направлении, не обязательно равно напряжению, действующему в перпендикулярном направлении. Чтобы понять зависимость между напряжением и деформацией для твердых тел, нужно представить себе трехосное (объемное) напряженное состояние. Трехосное напряженное состояние элемента характеризуется тремя главными напряжениями (рис.28).

Термин главные напряжения означает, что одно из этих напряжений является максимальным напряжением, воспринимаемым элементом, а другое - минимальным. Третье (промежуточное) главное напряжение является ортогональным по отношению к максимальному и минимальному напряжениям.

Рис. 28 Трехосное напряженное состояние

Вертикальное напряжение от веса вышележащих пород обозначают буквой σ_v. Горизонтальные напряжения, обусловленные горизонтальной деформацией, обозначаются σ_H и σ_h. σ_H является наибольшим из двух горизонтальных напряжений, а σ_h является наименьшим. Эти напряжения часто называют наибольшим и наименьшим главными горизонтальными напряжениями. Все три главных напряжения взаимно ортогональны (рис. 28).

Если вес вышележащих пород является единственной силой, действующей на породу, то σ_H и σ_h будут равны по величине. Так редко бывает при естественном залегании горных пород.

Тектонические напряжения, обусловленные движениями земной коры, обычно действуют сильнее в одном направлении, чем в другом (рис.29).

Если вес вышележащих пород является единственной силой, действующей на породу, то σH и σh будут равны по величине. Так редко бывает при естественном залегании горных пород.

Тектонические напряжения, обусловленные движениями земной коры, обычно действуют сильнее в одном направлении, чем в другом (рис.29).

Рис. 29 Наибольшее и наименьшее главные напряжения (главные напряжения в элементе породы вызваны весом вышележащих пород и горизонтальными силами.; горизонтальные напряжения редко бывают равны. Различают наибольшие и наименьшие горизонтальные напряжения σ _H и σ _h .).

Компоненты напряжений

Главные напряжения в земной коре действуют в вертикальном и горизонтальном направлениях. Скважины не всегда являются строго вертикальными или горизонтальными. Больше всего нас интересуют напряжения, действующие параллельно или перпендикулярно траектории скважины (рис.30). Чтобы найти эти напряжения, нужно рассмотреть компоненты напряжений.

Рис.30 Напряжения на стенках скажины (напряжения на стенках скважины действуют параллельно и перпендикулярно траектории скважины).

Компонента напряжений - это та часть напряжений, которая действует в интересующем нас направлении (рис.31). Любое напряжение, действующее под некоторым углом к траектории нашей скважины, можно разложить на две компоненты напряжений, одна из которых направлена вдоль траектории, а другая - перпендикулярно к ней. Величину напряжений можно найти с использованием простых тригонометрических формул.

Рис.31 Компоненты напряжений на стенках скважины (напряжения на стенках скважины можно найти суммированием компонент вертикальных и горизонтальных напряжений).