Геомеханика
Геомеха́ника — раздел геологии, изучающий механическое состояние земной коры и идущие в ней под воздействием естественных физических причин процессы.
Важнейшей целью геомеханики является предсказание развития процессов напряженно-деформационного состояния земной коры в целом и, в частности, её твёрдой, жидкой и газообразной фаз. Поэтому предметом изучения являются закономерности эволюции свойств горных пород под воздействием таких факторов, как остывание и нагревание земной коры, притяжение Земли и других небесных тел, центробежные силы, обусловленные вращением планеты. То есть, факторов приводящих к процессам изменения напряжений, деформирования, перемещения, разрушения и упрочнения участков земной коры[2].
Методы геомеханических исследований основываются на использовании данных математики, физики твердого тела, теории упругости и пластичности, реологии, геологических и горных наук и применяются для решения конкретных задач, которые ставятся перед геомеханикой при недропользовании.
Массив горных пород и его состояние.
Трещиноватость и слоистость массива горных пород.
Пределы прочности горных пород
Прочность – это способность пород сопротивляться разрушению под действием нагрузок. Критические значения напряжений, при которых происходит разрушение породы, называют пределом прочности. Различают пределы прочности пород на одноосное сжати, растяжение, изгиб, сдвиг (срез). При бурении глубоких скважин разрушение горных пород на забое происходит в условиях всестороннего сжатия, поэтому рассматривается также понятие «предел прочности при всестороннем сжатии».
Определение предела прочности при одноосном сжатии
Производится на образцах цилиндрической (керн) или призматической формы.
1 – образец породы; 2 – плиты пресса; 3 – стол гидропресса
Образец породы 1 размещается на столе 3 гидропресса, нагружается давильной плитой 2 до разрушения.
В опыте фиксируется максимальная нагрузка Рmax, соответствующая моменту разрушения образца породы. Предел прочности на одноосное сжатие σсж рассчитывается как отношение разрушающей нагрузки Рmax к площади поперечного сечения образца F
Закон Гука для горных пород.
Полная диаграмма деформирования горных пород.
Ползучесть горных пород.
Релаксация напряжений в горных породах.
Распространение упругих волн в горных породах.
Отражение и преломление упругих волн в горных породах.
Упругая модель горного массива.
Упруго-пластическая модель горного массива.
Пластическая модель горного массива.
Напряженное состояние нетронутого массива по Диннику.
Напряженное состояние нетронутого массива по Гейму.
Тектонические напряжения в массивах горных пород.
Формирование зон разгрузки вокруг горных выработок.
Формирование зон опорного давления вокруг горных выработок.
Электрометрический метод.
Микросейсмический метод.
Сейсмический метод.
Геомеханика
Геомеха́ника — раздел геологии, изучающий механическое состояние земной коры и идущие в ней под воздействием естественных физических причин процессы.
Важнейшей целью геомеханики является предсказание развития процессов напряженно-деформационного состояния земной коры в целом и, в частности, её твёрдой, жидкой и газообразной фаз. Поэтому предметом изучения являются закономерности эволюции свойств горных пород под воздействием таких факторов, как остывание и нагревание земной коры, притяжение Земли и других небесных тел, центробежные силы, обусловленные вращением планеты. То есть, факторов приводящих к процессам изменения напряжений, деформирования, перемещения, разрушения и упрочнения участков земной коры[2].
Методы геомеханических исследований основываются на использовании данных математики, физики твердого тела, теории упругости и пластичности, реологии, геологических и горных наук и применяются для решения конкретных задач, которые ставятся перед геомеханикой при недропользовании.
Плотностные свойства горных пород
Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их в свою очередь можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный g0 и объемный g вес пород, к структурным — их удельную массу r0 , плотность (объемную массу) r, общую П и открытую пористость П0 , коэффициент пористости Кп .
Удельный вес—это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е.
g 0 = GT /VT (1)
где GT и VT —вес и объем твердой фазы образца.
Значения удельного веса горных пород в зависимости от удельного веса породообразующих минералов колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см3 .
Объемным весом называют отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами:
g = G/V, (2)
где G —вес агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами.
Объемный вес — это наиболее часто используемая плотностная характеристика горных пород, которая зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.
Удельная масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы:
r 0 = mT /VT , (3)
где mT и VT — масса и объем твердой фазы образца.
Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е.
r = m/V, (4)
где m—масса всех агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами.
Удельная масса и плотность породы могут быть выражены через ее удельный и объемный вес:
r 0 = g0 /g; (5)
r = g/g, (6)
где g—ускорение свободного падения.
В отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле.[4]
Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы, пемзы).
Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость По горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи . Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Пэ . Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости КП .
Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002—0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм).
Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V:
П = (v / V)100%. (7)
Пористость горных пород изменяется в широких пределах — от долей процента до 90 % и более. Принято различать породы с пористостью низкой (менее 5%), пониженной (5—10%), средней (10—15%), повышенной (15—20%) и высокой (более 20 %).
Дата: 2019-03-05, просмотров: 224.
