Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим последовательно все эти особенности деформации горных пород с тем, чтобы охарактеризовать главные вопросы, подлежащие разработке путем создания специальной теории деформации горных пород.
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
В настоящее время существует несколько гипотез о разрушении твердых тел, которые именуются теориями прочности. Наиболее распространены из них следующие: I теория — наибольших нормальных напряжений Галилея и Ренкина; II теория — наибольших деформаций (удлинений) Мариотта и Сен-Венана; III теория —наибольших касательных напряжений Кулона; IV теория — наибольшей потенциальной энергии упругого изменения формы Мазеса — Генки; теория Мора, теория Бельтрами и теория Менаже.
Наиболее старой является теория разрушения материала нормальными растягивающими напряжениями. Горные породы, в тех условиях, когда они деформируются как хрупкие материалы, при растяжении разрушаются по поверхностям, перпендикулярным направлению сил растягивающих образцы.
Разрушение твердых материалов трещинами отрыва при отсутствии внешних растягивающих сил, направленных нормально к этим трещинам, может удовлетворительно анализироваться только при помощи теории наибольших удлинений.
Теория наибольших касательных напряжений рассматривает разрушение твердых материалов как результат скалывания (среза) и т. д. (табл. Ill, 1).
Ученые, предложившие эти теории, как указывает Н. Н. Давиден-ков (Предисловие к кн. Фридмана, 1943, стр. 3), предоставляя физикам решать вопрос о молекулярном механизме разрушения кристаллической решетки, пытались исследовать все !случаи нарушения прочности с точки зрения некоторой единой теории.
Представления, вытекающие из старых теорий, каждое в отдельности, в частных случаях справедливы. Однако каждая из старых теорий признавала только одну из форм разрушения, ограничивая, таким образом, возможность изучения комплексных явлений разрушения .твердых тел.
Н. Н. Давиденков, Я. Б. Фридман и ряд других исследователей, повидимому, первые предприняли попытки синтеза существующих теорий. Но чтобы объединить их, необходимо было сначала разделить характерные типы разрушения, выяснить частное в свойствах каждого типа разрушения, а затем уже общее, присущее всем типам. В определенных условиях и при определенных способах деформации применимы одни теории, в других случаях для анализа деформаций нужно привлекать другие теории разрушения.
Н. Н. Давиденков (1936) впервые указал на двойственный характер разрушения металлов и в связи с этим на существование у них одновременно двух различных как по величине, так и по своей физической природе сопротивлений разрушению. Я- Б. Фридман предложил существенно новые представления, сделавшие возможным определенный синтез теорий прочности: 1) уточнил, что два различных сопротивления разрушению представляют сопротивление отрыву и сопротивление срезу; 2) отнес все вязкие разрушения на долю касательных напряжений, даже если они наступают при растяжении; 3) указал на применимость гипотезы наибольших удлинений для хрупких разрушений и вообще разрушений от нормальных напряжений, т. е. разрушений отрыва. Объединенная теория прочности впервые опубликована Я- Б. Фридманом в 1941 г.
Механизм образования трещин отрыва
Одним из наиболее сложных вопросов деформации горных пород является объяснение способов образования трещин отрыва. В настоящее время могут рассматриваться три главных способа.
Первый способ образования трещин отрыва наиболее прост и вытекает из теории разрушения материала нормальными растягивающими напряжениями. Осевая растягивающая сила, приложенная к бруску горной породы, вызывает образование трещин отрыва, ориентированных перпендикулярно к направлению действия силы.
Второй способ образования трещин отрыва. Синтез I и II теорий прочности. При анализе трещинообразова-ния наиболее трудно объяснимо образование трещин отрыва, параллельных плоскостям AC или ВС, в координатах трех главных осей деформаций, при линейном сжатии хрупких тел, а также в аналогичных условиях, при пластических деформациях.
В данном случае происходят поперечные деформации, т. е. изменение размеров в направлении, поперечном к действующей силе, без приложения соответствующих поперечных сил. Важно, 'что эти поперечные деформации проявляются не только в упругой области (пуассонова деформация), но и приводят к образованию трещин отрыва, продольных по отношению к внешним сжимающим силам.
Причину образования продольных трещин пытались найти в существовании внутренних неоднородностей вещества, действующих как надрезы и потому вызывающих поперечные напряжения (гипотеза A. Me-наже). Но эта гипотеза применима только к частным случаям и не имеет общего значения, потому что она не объясняет, почему неоднородность материала сказывается примерно одинаково в совершенно различных
природных телах. Кроме того, поперечные деформации проявляются и в упругой области (пуассонова деформация), а здесь гипотеза А. Менаже бессильна.
В. Л. Кирличев (1900) предложил схему шарнирного ромба для объяснений сущности явлений, выражаемых коэффициентом Пуассона. Позднее геолог В. Шмидт (1932) и А. Рейто (1927) объяснили образование продольных трещин, наблюдаемое при сжатии горных пород, схемой удлинения второй диаганали сжимаемого ромба, составленного четырьмя атомами. При этом силы, вызывающие растяжение в поперечном направлении, действительно не могут быть выявлены обычным методом сечений.
