Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




09.07.2019


09.07.2019


08.07.2019


08.07.2019


04.07.2019


02.07.2019


29.05.2019


29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019





Яндекс.Метрика
         » » Природа прочности скальных и полускальных пород

Природа прочности скальных и полускальных пород

13.12.2017

Прочность скальных пород определяется в первую очередь прочностью кристаллов минералов, обломков кристаллов и пород, их слагающих, и прочностью связей между ними. Эти структурные связи в скальных породах кристаллизационно-конденсационные или цементационные и отличаются большой прочностью и устойчивостью. Поэтому деформации таких пород связаны, как правило, с хрупким разрывом — разрушением кристаллов минералов и реже — с хрупким разрывом структурных связей. Они часто происходят по ослабленным поверхностям и зонам, явно проявляющимся в породе или скрытым. Эти «дефекты» породы обусловлены несовершенством строения кристаллической решетки минералов, а также слоистостью и сланцеватостью пород, равномерным или неравномерным распределением в ней ориентированных кристаллов минералов (особенно имеющих пластинчатую форму), шлировых выделении, ксенолитов, следов флюидности, закрытых и открытых трещин и микротрещин. В осадочных сцементированных породах, кроме того, имеют значение состав цемента и характер цементации.

Разрушение породы вдоль всех этих «дефектов» облегчается, если они ориентированы по направлению действия касательных скалывающих напряжений или близком к нему и особенно, если ориентированы нормально к направлениям растягивающих (разрывающих) напряжений. Если «дефекты» породы ориентированы в направлениях, отличных от направлений касательных, растягивающих или сжимающих напряжений, направление деформаций в ней может получить некоторое отклонение от направления действия напряжений и произойдет по уже готовым поверхностям млн зонам ослабления.

Структурные связи внутри кристаллов минералов, слагающих породу, и между ними до определенного предела напряжений находятся в стабильном состоянии. При таком напряженном состоянии элементарные частицы в кристаллах минералов (атомы), а также кристаллы минералов или отдельные их части, слагающие породу, либо не изменяют свое пространственное положение, либо эти изменения практически не сказываются на изменениях формы сложения породы и ее объема. При напряжениях, превышающих этот предел, порода становится нестабильной, и под постоянной или возрастающей нагрузкой происходит резкое изменение пространственного расположения элементарных частиц в кристаллах минералов н отчасти кристаллов и их частей в породе вдоль определенных поверхностей или зон, происходит резкое нарушение сплошности породы, причем она необратимо деформируется — разрушается.

Для различных типов скальных пород предельные напряжения, при которых происходит их разрушение, различны, в соответствии с чем они имеют и различную прочность.

Важно заметить, что скальные породы и слагающие их минералы, а в осадочных прочно сцементированных породах их цемент являются прочными и хрупкими и ведут себя почти как совершенно упругие материалы только в обычных условиях, т. е. в условиях атмосферного давления и температуры приповерхностных горизонтов земной коры. На больших глубинах под действием значительной и длительно действующей нагрузки и при высоких температурах они изменяют свои свойства, пластически деформируются, подвергаются частичной или полной перекристаллизации.

Прочность полускальных горных пород, так же как и скальных, определяется прочностью кристаллов минералов, их обломков. обломков пород, слагающих осадочные породы, и прочностью структурных связей, действующих между ними. Деформации этих пород сопряжены с разрывом как кристаллов минералов и обломков пород, так и главным образом структурных связей. В полускальных породах прочность структурных связен обычно меньше прочности слагающих их кристаллов минералов пли обломков пород. Это существенно сказывается на прочности породы в целом и определяет характер ее разрушения и деформаций.

При деформации полускальных пород поверхности разрыва, как правило, приспосабливаются к уже готовым относительно ослабленным разделам в породе, расположенным в основном в направлении действия сил скалывания или растяжения. Такими ослабленными разделами являются в первую очередь границы между отдельными частицами породы, между которыми действуют структурные связи. В этом случае разрыв в породе не проникает внутрь этих частиц (кристаллов минералов, их обломков, обломков пород) и последние не деформируются. Происходит как бы межзерновое разрушение породы.

Важнейшее значение при этом имеет также тот факт, что многие типы полускальных пород являются глинистыми, имеют повышенное содержание пелитового вещества, которое может быть основной породообразующей массой, цементом или примесью. При таком составе породы, естественно, имеют пониженную прочность, которая изменяется с изменением их влажности. Наконец, большое влияние на прочность полускальных пород оказывают также различные природные явные или скрытые «дефекты» в их строении, обусловливающие уменьшение прочности структурных связей и существование поверхностен и зон ослабления, анизотропии свойств и т. д. (выветрелость, слоистость, сланцеватость, неоднородность состава, структуры и текстуры, открытые, закрытые и скрытые трещины и микротрещины и т. д.).

При изучении природы прочности полускальных пород следует обращать внимание также на следующий факт. Эти породы обладают относительно прочными кристаллизационно-конденсационными и цементационными связями, наряду с которыми во многих разностях названных пород действуют молекулярные связи между слагающими их частицами. Частицы иногда бывают покрыты пленками адсорбированной воды или в той или иной степени гидратированными коллоидами. Наличие на контактах между частицами таких сольватных прослойков не экранирует полностью силы молекулярного взаимодействия между частицами, но оказывает определенное пластифицирующее действие. Поэтому такие породы можно считать представителями полутвердых тел. Они обладают некоторой жесткостью, но склонны к вязкопластическим деформациям.

Из приведенного следует, что физическая природа прочности скальных и полускальных пород определяется в первую очередь их вещественным составом и характером структурных связей. Чем выше суммарная анергия кристаллической решетки минералов, чем выше прочность структурных связей в породе и чем меньше в ней различных «дефектов», тем выше ее сопротивление разрушению.