Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Хрупким является вещество, у которого точки предела пропорциональности и разрушения расположены очень близко. Весьма хрупкий материал разрушается почти немедленно после достижения предела пропорциональности.
Пластичным является вещество, способное длительно существенно изменять свою форму под действием внешних сил, без разрушения и не возвращающееся сколько-нибудь заметно к первоначальной форме после снятия внешних сил. Чем пластичнее материал, тем дальше отстоит его точка разрушения от точки предела пропорциональности.
Вязкость (или внутреннее трение)—свойство веществ оказывать сопротивление перемещению одной части тела (объема) относительно другой. Это свойство у газов, жидкостей и некоторых высоко пластичных твердых тел 1 количественно характеризуется коэффициентом вязкости у] (или просто вязкостью). Величина, обратная вязкости
9 = —, называется текучестью [2].
Ползучесть (крип) — способность тела деформироваться непрерывно (медленно увеличивать свою пластическую деформацию) после того, как внешние силы превысили некоторый минимум и остались постоянными. Таким образом, ползучесть представляет частный случай пластической деформации — пластическую деформацию при постоянном напряжении.
Жесткость — способность вещества сопротивляться образованию деформаций. Иначе — способность материала упруго сопротивляться изменениям формы (сдвигу) под действием внешних сил. Чем меньше деформация от заданных сил, тем больше жесткость.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД И ПРИНЦИП ПОДОБИЯ
Существующие в учении о сопротивлении материалов характеристики физико-механических свойств горных пород мало пригодны для выводов о действительном поведении горных пород в природных условиях, при деформациях земной коры тектоническими силами, поскольку в них не учитываются способ и скорость деформации (время), температура и всестороннее сжатие, а также влияние растворов и паров. Еще менее пригодны обычные материалы для экспериментального воспроизведения деформаций, происходящих в земной коре, по этим же причинам, а также потому, что размеры моделей резко отличаются от размеров природных тектонических структур, и время процессов деформации в природе и в модели сильно отличается.
Для того чтобы анализировать природные деформации путем сравнения их с деформациями, полученными экспериментально, нужно: а) найти закономерности подобия, позволяющие сравнивать дефор-
1 Такие твердые тела называются вязкими жидкостями. Они медленно, практически беспредельно уступают усилию, хотя бы малому (до известной минимальной величины, которая соответствует основной прочности всякого материала). Вязкой жидкостью является, например, вар.
мации при разных условиях, б) количественно выразить свойства упругости, хрупкости и пластичности, без чего невозможно использовать принцип подобия.
Условия подобия при моделировании тектонических процессов в последнее время критически рассмотрены Е. Н. Люстихом (1949), исходящим из основного положения, что в процессах деформации горных пород, главную роль играют вязкие, а не упругие свойства.
Из общей теории подобия известно, что
I=XJi2; а = р-^л; т] = ат,
(где А — масштаб моделирования для длин, т — для времени, р — для плотностей, а — для напряжений, у — для ускорения силы тяжести и ri — для вязкостей.
Для возможности моделирования складчатых деформаций в условиях лаборатории Е. Н. Люстих предлагает ряд упрощений и ограничений.
Если не прибегать к центрифугированию модели, Y = L Поскольку различия плотностей в модели и в природе незначительны по сравнению с различиями при моделировании других величин, в первом приближении P = L Учитывая также, что при ничтожных ускорениях и больших вяз-костях участвующих в складчатых процессах пород можно пренебречь инерционными явлениями и задать Хит независимо друг от друга, получим:
а = л; о = л3 = л2а, где ер — масштаб моделирования для сил, и
Tj = AT = ЗТ.
Расчет, основанный на этой формуле, произведенный М. К. Губбер-том (1937) показывает, что для воспроизведения складчатости горных пород в модели при комнатной температуре следует брать в качестве материала вещество с вязкостью парафина, вазелина, сырой нефти или еще менее вязкий материал.
Таким образом, всякие эксперименты, преследующие цель воспроизвести природные деформации, должны производиться с материалами такого качества, чтобы в соответствии с критерием подобия были компенсированы малые размеры модели, небольшая длительность опыта и другие различия между условиями, существующими в природе и при эксперименте [3].
АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ОДНОРОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД
ДЕЙСТВИЕ ВНЕШНИХ СИЛ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛА
Рассмотрим способы, при помощи которых можно определить величину и направление сил упругости (напряжений), возникающих в теле и стремящихся уравновесить действие внешних сил. Строго говоря, наш анализ применим только к упругим однородным деформациям. Но, так как в природе нет в чистом виде упругих, пластических и разрывных деформаций и последние два вида деформаций всегда происходят через упругую деформацию, наши выводы в определенной мере применимы при анализе деформаций смешанного типа.
