Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
д = ^.
где E — модуль упругости первого рода. Для случая сжатия гранита:
м 250 ООО
где о в кг/см2.
Различие физико-механических свойств горных пород при сжатии, растяжении и сдвиге представлено на табл. 1.
Таблица 1
Средняя прочность (предел прочности) горных пород в кг/см2
Временное сопротивление
Порода
на сжатие
на растяжение (отрыв)
на срез (скалывание)
Гранит ........
Мрамор........
Песчаник .......
Сланец ........
2500—3500 800—2800 800—1500 400—2000 500—1800 700
40—80 30—90 10—60 15—30 250
150—300 100—300 100—200 50—150 150—200
Как видно из табл.1, прочность горных пород на сжатие примерно в 30 раз больше прочности пород на растяжение и примерно в 10 раз больше прочности пород на срез.
Именно поэтому при растягивающих усилиях в горных породах развиваются только трещины отрыва и для образования последних нужны сравнительно небольшие напряжения, тогда как при сжимающихся усилиях образуются преимущественно трещины скалывания и в меньшей мере трещины отрыва.
Срез (скалывание, сдвиг) имеет широкое распространение при деформациях горных пород. Обращает на себя внимание несоответствие между напряжениями, необходимыми для разрушения горных пород путем сжатия и среза. Как будет показано ниже, при сжатии разрушение материала происходит по плоскостям скалывания, причем величина скалывающего напряжения на плоскостях, расположенных под углом в 45° по отношению к сжимающей силе, равна половине нормального напряжения в сечении,
перпендикулярном действующей силе. Иными словами, теоретически прочность материала на срез должна была быть в два раза меньше прочности его на сжатие. В действительности прочность пород на срез почти в десять раз меньше прочности пород на сжатие, что связано, очевидно, с более сложными условиями, в которых происходит деформация горных пород.
Изгиб. Различают поперечный и продольный изгибы. Поперечный изгиб вызывается силами, направленными перпендикулярно к длинной оси балки, т. е. к линии падения слоя. Продольный изгиб образуется сжимающими силами, действующими первоначально вдоль длинной оси балки (вдоль линии падения слоя). В природе, очевидно, широко распространены обе разновидности изгиба, часто в комбинации друг с другом.
Рис. II-9. Изгиб
а) упругий изгиб пласта; б) трещины отрыва на внешней стороне пласта в антиклинальной складке
Упругие напряжения изгиба создаются в теле внешними силами, стремящимися образовать арку. При этом будет возникать сжатие с одной стороны нейтральной поверхности, и растяжение с другой стороны (рис. Н-9 а). Так как прочность пород на растяжение и сжатие различна, скорее всего образуются трещины отрыва на внешней стороне арки изгибающегося пласта (рис. П-9 6).
Для объяснения того факта, что в природных условиях редко образуются единичные изгибы, и обычно складки встречаются целыми системами, М. Смолуховский
Рис. II-10. Упругий изгиб пластинки при равномерно распределенной нагрузке (по М. Смолуховскому)
(1909) экспериментально исследовал продольный изгиб плиты при равномернораспре-деленной нагрузке на эту плиту. Плита подвергалась боковому сжатию, которому противодействовала нагрузка. Оказывается, что при таких условиях образуется не одна арка, а система складок (рис. II-10). В пределах упругости изгиб плиты по форме 'Соответствует синусоиде, у которой размеры волн зависят от упругих свойстз материала, величины нагрузки и момента инерции поперечного сечения плиты. Амплитуда волн становится тем меньше, чем тоньше плита и чем меньше- упругость материала. Действительно, и в природных условиях маломощные пласты и пластичные породы образуют складки меньших размеров, а мощные пласты и малопластичные породы — более крупные складки.
Деформацией путем изгиба может быть объяснено происхождение некоторых частных складчатых структур горных пород. Однако следует учитывать ведущую роль пластических деформаций при складкообразовании, в связи с чем анализ напряжений и деформаций в этих случаях не может основываться только на явлениях упругого изгиба.
Кручение. Кручение представляет такое приложение сил, при котором последние образуют вращающие пары вокруг длинной оси деформируемой плиты (рис. H-Il а). Повидимому, в природных условиях на отдельных участках породы часто испытывают кручение; оно может проявляться и на больших площадях в связи с постумным или же эпейрогеническим короблением (дифференциальным поднятием и опусканием) крупных блоков пород (рис. 11-11 б).
На схеме сплошными стрелками показаны напряжения сжатия и растяжения, которые испытывает верхняя часть подвергнутой кручению плиты. Пунктирными стрелками показаны напряжения, возникающие на нижней части деформируемой плиты. Из схемы видно, что деформация посредством кручения является сложной, составной деформацией, которую можно разложить на простые элементарные деформации —- сжатия и растяжения. В результате в пластичных породах образуются складки, а если
/ Рис. II-11. Кручение
а) общая схема кручения; б) кручение в связи с действием неравномерных вертикально направленных тектонических сил
