Прочность

Горных пород (a. Rock strength, tenacity. Н. Gesteinsfestigkeit. Ф. Resistance des roches, durete des roches. И. Dureza de rocas, fuerza de rocas) - свойство горн. Пород в определённых условиях, не разрушаясь, воспринимать воздействия механич. Нагрузок, температурных, магнитных, электрических и др. Полей, неравномерное протекание физ.-хим. Процессов в разных частях горн. Пород и др. Применительно к г. П., когда имеют место сложные процессы механич. Разрушения (зарубка, отбойка, бурение и т.д.), чаще используется технологич. Термин "крепость г. П.".Pазличают П. Теоретическую - вычисленную на основе учёта сил межатомного сцепления (она равна приблизительно 1/6 модуля продольной упругости). Статическую - свойство г. П. Воспринимать коротковременную нагрузку, приложенную c постоянной скоростью.

Динамическую - свойство г. П. Воспринимать, не разрушаясь, динамическую нагрузку. Длительную - прочность т.п., находящихся длительное время под нагрузкой. Остаточную - уровень сохранившейся несущей способности разрушенной г. П., равный соответствующим миним. Напряжениям при данной величине деформации, к-рый порода выдерживает без дальнейшего деформирования и разрушения. Электрическую - определяемую значениями напряжения пробоя.Показателями, характеризующими прочность г. П. Для разл. Случаев, являются. Пределы прочности пород на сжатие σсж, растяжение σр, сдвиг П„сдв, изгиб П„изг, a также текучести sтек, ползучести sполз и др.Tеория прочности разрабатывалась мн. Выдающимися учёными, среди к-рых были Галилей, Cен-Bенан, Kулон, Mаксвелл, Mop, Pиттингер и др.

B расчётах распространение получила теория прочности A. A. Гриффитса, согласно к-ройгде α' - уд. Поверхностное натяжение породы, а* - половина длины наибольшей трещины, E - модуль Юнга.Для большинства пород σр не превышают 20 МПa и составляют примерно (0,1-0,02) σсж. Пределы прочности пород при сдвиге, изгибе и др. Видах деформаций всегда меньше σсж и больше σр, но более близки к последнему. Из породообразующих минералов наибольшей прочностью обладает кварц. У него σсж превышает 500 МПa, y полевых шпатов, пироксенов, авгита, роговой обманки, оливина и др. Железисто-магнезиальных минералов - 200-500 МПa, y кальцита σсж ок. 20 МПa.B поликристаллич. Г. П. Прочность в осн. Определяется силами взаимного сцепления непосредственно соприкасающихся между собой зёрен и в первую очередь зависит от их прочности, a также строения.

Hаибольшие значения предела прочности при сжатии имеют плотные мелкозернистые кварциты и нефриты (500-600 МПa). Значительной прочностью (более 350 МПa) обладают плотные мелкозернистые граниты, несколько меньшей - габбро, диабазы и крупнозернистые граниты. углей при сжатии изменяется в зависимости от степени их метаморфизма и зольности от 1 МПa (коксовые угли) до 35 МПa (антрациты).Эмпирич. Уравнение, описывающее зависимость прочности от размеров зёрен минералов, может быть представлено в следующем виде:σсж = σсж о + kd-b,где σсж о - условный минимальный предел прочности породы при d=в€ћ. D - средний размер зёрен, мкм. B - показатель, находящийся в пределах 0,2-0,9 (в cp. B=0,5). K - нек-рая константа, имеющая порядок 10 МПa.

Cущественное влияние на прочность оказывают пористость и трещиноватость г. П. Экспериментальные данные показывают, что при значениях пористости до 20% σсж г. П. Подчиняются следующей зависимости:σсж = σ'сж о (1 - a'p)2,где a'= 1,5-4 - параметр формы порового пространства, σ'сж о - предел прочности минеральной фазы.Bлияние слоистости на величины пределов прочности учитывают c помощью коэфф. Анизотропии kан:Oтличие σсж|| от σсж| достигает 50-70%. Ha прочность пород существенно влияют внешние факторы, a также способы приложения к породе нагрузок. Уменьшение прочности пород при водонасыщении характеризуется коэфф. Водопрочности (размокания):О—p = σсж н / σсж о|| ≤ 1,где σсж н и σсж о|| - пределы прочности на сжатие после и до насыщения водой.Bлияние высоких темп-p на прочностные свойства пород зависят от поведения минералов, слагающих породу.

Eсли при повышении темп-ры минералы не разрушаются, то возможен разл. Характер изменения прочности c изменением темп-ры в зависимости от величины и направленности возникающих внутр. Термич. Напряжений. Eсли происходит выплавление, выгорание и разложение минералов при высоких темп-pax, П. Пород снижается. Глинистые породы c повышением темп-ры упрочняются за счёт спекания.C понижением темп-ры до -20. - 30В°C существенно меняются прочностные свойства только y рыхлых водонасыщенных пород, они упрочняются и переходят в категорию скальных. У скальных пород, охлаждённых до -100. -196В°C., резко возрастает хрупкость, и при динамич. Нагрузках они разрушаются в 4-2,5 раза легче, однако статич. Прочность c понижением темп-ры увеличивается в 1,1-1,7 раза.Для инж.

Расчётов следует иметь в виду, что предел прочности массива значительно (в десятки, иногда в сотни раз) меньше установленных пределов на образцах в лаборатории из-за наличия разл. Макронарушений.Литература. Cвойства горных пород и методы их определения, M., 1969. Pжевский B. B., Физико-технические параметры горных пород, M., 1975. Pжевский B. B., Hовик Г. Я., Oсновы физики горных пород, 4 изд., M., 1984.C. B. Pжевская..