Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
будет превзойден предел прочности пород, возникнут системы трещин скалывания в отрыва.
Образованные при кручении складки и трещины всегда возможно представить происшедшими в связи с простым сжатием или растяжением. В связи с этим деформацию путем кручения, повидимому широко распространенную, практически трудно устанавливать.
Рис. II-12. Системы трещин в стеклянной пластинке, подвергнутой кручению. Видны также трещины на противоположной стороне пластинки
(по А. Добре)
Успешно выделять деформации кручения можно только по характерным системам трещин и других структур. А. Добре (1879) пытался экспериментально установить особенности комплексов структур, получаемых при кручении. Подвергая кручению стеклянную пластинку, он получал ряды трещин, часто расходящиеся, но в общем ориентированные приблизительно под углом 45° к оси кручения (рис. 11-12). На одной стороне пластинки они направлены в одну сторону, на другой—в противоположную.
ВРЕМЯ
Время, в течение которого осуществляется деформация, является вторым важнейшим фактором, от которого зависят физико-механические свойства пород. Упругость метериала повышается и его хрупкость увели-
читается при (возрастании скорости деформации. Если бы существовали абсолютно упругие тела, деформация их в пределах упругости была бы независима от продолжительности приложения внешней силы. В действительности же статическое равновесие достигается в интервале некоторого времени и поэтому сопротивление тела деформации есть функция скорости приращения действующей силы. Чем выше эта скорость, тем выше предел упругости одного и .того же материала. Вещества, которые принято считать весьма пластичными, например, вар, обладающий свойствами вязкой жидкости, а также влажные глины деформируются как упругие, хрупкие материалы с образованием трещин, если на них действует быстро возрастающая сила (удар). Наоборот, хрупкие вещества деформируются пластически, если внешние силы и вызванное ими напряженное состояние материала продолжаются длительное время (Кузнецов В. Д., 1949).
Длительность (время) приложения тектонических сил играет важнейшую роль во всех геологических процессах в связи с явлениями релаксации. Путем релаксации относительно хрупкие породы (граниты, грубо-наслоенные лавы, толстослоистые известняки и т. п.) в течение ^больших промежутков геологического времени деформируются как пластичные материалы.
Следующие опыты деформации гипса, произведенные Д. Т. Григгсом, хорошо иллюстрируют зависимость свойств материалов от продолжительности действия сил. Опыты с гипсом производились в присутствии раствора, насыщенного CaSO.}, при температуре 24°.
Таблица 2
Сжимающая сила в кг/см2
Величина деформации до разрушения образца, в %
Продолжительность деформации до разрушения образца, в днях
Эквивалентная
вязкость (пуазы X Ю1в)
350
0,89
2,45
0,42
250
1,39
13,54
1,60
205
2,30
48
2,64
165
3,60
285
6,04
125
3,80
308
14,40
Из табл. 2 видно, что при большой скорости деформации гипс имеет свойства сравнительно хрупкого материала и разрушается до образования сколько-нибудь существенной пластической деформации (величина деформации до разрушения составляет около одного процента), но по мере уменьшения скорости деформации образец приобретает увеличивающуюся пластическую деформацию. Опыты показывают, что при длительном приложении силы пластические деформации могут быть вызваны напряжениями, которые при кратковременном действии сил далеко не достигают предела упругости. Происходят явления релаксации, описанные выше и имеющие громадное значение в деформациях горных пород в связи с длительностью многих тектонических процессов. При длительном приложении сил непрерывно идущий процесс релаксации приведет к суммированию ничтожно малых пластических деформаций с образованием значительных пластических деформаций. Этим объясняется, например, остаточное прогибание каменных брусьев в очень старых постройках, равно как и каменных намогильных плит, происходящее очень медленно, под действием их собственного веса.
Открытые недавно и объясненные релаксацией и ползучестью явления медленно протекающих пластических деформаций и разрушения
материала под действием напряжений, не достигающих предела упругости, выявили непригодность, особенно для геологов, понятий о пределах текучести и прочности, употребляемых в науке о сопротивлении материалов. Эти величины удовлетворяют условиям лабораторных опытов и кратковременных нагрузок, существующих в сооружениях, воздвигаемых человеком, но применение их к тектоническим процессам, длящимся многие десятки и сотни тысяч лет, может привести к неправильным выводам.
Необходимо, очевидно, ввести понятие об основной прочности материалов, соответствующей напряжению, при котором скорость пластической деформации равна нулю. Лабораторное определение этой критической величины затруднительно, поскольку требуются чрезвычайно длительные опыты, надежность которых невелика, потому что кроме фактора времени на основную прочность влияет также температура'.
