Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
В общем же случае, как уже указывалось раньше, выделение определенной точки предела текучести (упругости) производится несколько искусственно путем выбора определенной величины остаточной деформации, например 0,01, 0,2% и т. д.
Пластическая деформация металлических монокристаллов обусловлена только наибольшими касательными напряжениями, т. е. описывается третьей теорией прочности (Шмидт и Боас, 1938). Однако в отношении к поликристаллическим материалам, т. е. таким, с которыми геологу преимущественно приходится иметь дело, результаты экспериментов не совпадают с теоретическими вычислениями.
Например, при растяжении брусков углеродистой стали наибольшее касательное напряжение т8, приводящее к разрушению, которое, как известно, должно быть равно' половине наибольшего нормального напряжения а 6, в действительности, при опытах, оказалось значительно большим.
Сорт стали
's
1
2
"-а
0,12% С........
22
11
14
0,35% С........
31
15,5
19
0,66% С........
42
21
26
Поэтому многие исследователи рассматривают третью теорию как неверную или в лучшем случае приближенную, что привело к разработке четвертой энергетической теории прочности. Сущность четвертой теории сводится к тому, что критерием, определяющим переход
У -> Я, является не напряжение, а энергия упругой деформации1.
Однако еще М. Рош и А. Эйхингер (1929) указали, что четвертая теория прочности может быть трактована как одна из разновидностей третьей теории. На той же точке зрения стоит Я- Б. Фридман (1943),. который указывает, что непосредственно из формулы, дающей зависимость энергии изменения формы от главных напряжений
А* = ЧеЬ~ <а1 ~ °a>2 + - а*)2 + - °8>а'
видно, что эта энергия связана с разностями главных напряжений, т. е. опять-таки с максимальными касательными напряжениями:
(O1-O2), (O1-O3) и (O8-O3).
Очевидно, что и дальнейшее развитие пластической деформации после перехода за предел текучести обусловлено касательными напряжениями. Поэтому в первом приближении Я. Б. Фридман принимает для перехода У-»- Я третью теорию прочности.
Показав применимость третьей теории прочности для перехода У->Я, Я. Б. Фридман делает очень интересный (в том числе для геологов) вывод, который состоит в следующем. Пластичные материалы лучше противостоят отрыву (растягивающим напряжениям) и разрушаются касательными напряжениями. При испытаниях обычными способами у пластичных веществ большей частью даже не удается определить величину предельных напряжений отрыва, потому что раньше происходит их разрушение путем скалывания (Фридман, 1946, стр. 5; Беляев, 1950, стр. 732).
Наоборот, хрупкие материалы значительно легче разрушаются растягивающими напряжениями и хорошо противостоят касательным напряжениям.
На этом основании впервые в науку о физико-механических свойствах материалов вводится понятие вязкой прочности, которая есть не что иное, как сопротивление срезу и хрупкой прочности — сопротивление отрыву (Фридман, 1943, стр. 42). Обе прочности для одного и того же материала имеют обычно совершенно различную величину.
Трещины, генетически связанные с упругой и пластической деформацией. Из установленного факта, что пластичные вещества разрушаются путем скалывания, следует вывод, что многие системы трещин скола, наблюдаемые в горных породах, есть результат пластической деформации. Однако имеем ли мы основание относить все трещины скалывания, наблюдаемые в горных породах, к проявлениям пластических деформаций и рассматривать все трещины отрыва как результат упругих деформаций? Нам представляется, -что такой вывод был бы неправильным.
Несмотря на большой интерес выводов Я- Б. Фридмана, повиди-мому, они справедливы только для определенных условий, в которых происходит деформация материалов, обладающих определенными физико-механическими свойствами (экспериментальный материал, на котором основаны выводы этого исследователя, характеризует поведение веществ, в том числе металлов, в обычных лабораторных условиях).
1 Для получения наилучшей сходимости с результатами опытов Губер (цитируется no Н. M Беляеву, 1938) предложил учитывать не полную энергию деформации, а разность между полной энергией и энергией изменения объема (так называемую энергию изменения формы).
4*
51
Определение границ применимости теории Я- Б. Фридмана в геологии — предмет будущих исследований.
По Н. М. Беляеву (1951, стр. 777—779), в одних случаях возможен хрупкий отрыв — без пластических деформаций, в других — вязкий отрыв, сопровождающийся значительными пластическими деформациями. Некоторые материалы разрушаются от среза при сравнительно небольших деформациях (5—15%), т. е. имеет место «хрупкий срез» или скалывание.
Лабораторные исследования каменных материалов на разрушение путем сжатия также показывают, что у большинства горных пород в условиях зажима (когда между передающим усилие поршнем и образцом нет смазки или свинцовой прокладки), т. е. в условиях обычных и в природной обстановке, разрушение происходит без существенных пластических деформаций, т. е. путем хрупкого среза (скалывания). Возможно, в данных случаях трещины скалывания часто представляют результат раздробления агрегатов зерен породообразующих минералов (Гинзбург и Розанов, 1951, стр. 139 и 141).
