Структуры рудных полей и месторождений - Старостин В.И.
ISBN 5-211-04522-Х
Скачать (прямая ссылка):
Твердость по методу отскока определяется на пришлифованной поверхности образца, от которой отскакивает падающий на нее с некоторой высоты алмазный боек небольшого веса. Высота отскока бойка фиксируется по шкале прибора и служит мерой динамической твердости образца. Этот метод дает надежные результаты только для очень мелкозернистых пород, в которых под
боек одновременно попадает группа из нескольких минеральных зерен.
Для оценки пластичности пород используется метод повторных микроударов — при многократных ударах бойка в одну точку происходит контактовое уплотнение породы, неодинаковое для пород с различными упруго-пластичными свойствами. При использовании этого метода на каждом из образцов выбирают по 10 точек, в каждую из которых наносят по 7—8 ударов бойком. Полученные данные о твердости статистически обрабатываются и используются для расчета коэффициента уплотнения по формуле
где КуПЛ — коэффициент уплотнения, Тн — начальная твердость породы (определяется при первом ударе бойка), Tn — предельная твердость породы.
Значительно шире распространены статические методы определения твердости вдавливанием. В используемых для этой цели приборах чаще всего производится вдавливание стального шарика в плоскую поверхность образца по методу, предложенному Бриннелем. Испытуемая поверхность располагается нормально по отношению к оси шпинделя (направлению вдавливания). На шарик подается заданная нагрузка, которая выдерживается в течение некоторого времени (10, 30, 60 с в зависимости от твердости образца и выбранной нагрузки), которая затем снимается (рис. 13.2).
Диаметр получившегося на поверхности образца отпечатка шарика измеряется с помощью специального микроскопа и вычисляется площадь поверхности отпечатка:
где D — диаметр шарика, мм; h — высота сегмента (глубина вдавливания), мм.
С учетом зависимости величины h от диаметров шарика и его отпечатка площадь отпечатка d (мм) рассчитывается как
Число твердости по Бриннелю (HB) определяется по формуле:
H'
F = я ж D X h,
где р — приложенная нагрузка, МПа.
Рис. 13.2. Определение твердости вдав- /,
ливанием сферы: D — диаметр шарика, d — диаметр отпечатка, h — высота сегмента для расчета твердости (по Бриннелю)
Так же как и при динамическом вдавливании, этот метод позволяет оценить пластичность горных пород способом повторных вдавливаний. Эффект контактового упрочнения породы оценивается по постепенному повышению абсолютных величин твердости.
13.4. УПРУГОСТЬ
Упругость — это свойство тела восстанавливать свою форму, измененную внешними силами, после снятия этих сил. Упругость обусловливается внутренними силами (силами упругости), развивающимися в теле. Практически все тела в той или иной степени обладают этим свойством, однако близкими к идеально упругим оказываются лишь некоторые магматические и малопористые и плотные осадочные породы, а также большинство минералов. Экспериментально доказана зависимость упругих свойств пород от их минерального состава, структуры и текстуры, пористости, напряжений, температуры и времени.
Для характеристики упругих свойств горных пород наиболее часто используют модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона и коэффициент всестороннего сжатия (см. гл, 4).
Упругие свойства пород и минералов определяются статическими и динамическими методами. В первом случае из образцов горных пород вырезаются призмы стандартного размера, которые подвергаются деформированию при заданных условиях (напряжениях). Возникающие удлинения или укорочения образцов измеряются и соотносятся с вызвавшими их напряжениями.
Динамические методы основаны на возбуждении в образцах горной породы волновых колебаний и измерении скорости прохождения упругих волн, которые зависят от модулей и коэффициентов упругости. Существует специальная аппаратура и методики измерения скоростей распространения в образце продольных волн сжатия (Vp), поперечных волн сдвига (V8) и поверхностных волн Рэлея (VR).
В изотропных породах связь между скоростями распространения волн и упругими характеристиками описывается формулами:
G = Vs2xVo6; Е = 2С(1 + ц);
К - Е СЖ "3(1-2,)-
Упругие свойства горных пород, слагающих любое месторождение, как правило, оказываются весьма контрастными. Так, на месторождении Хандиза наиболее высокие значения модулей Юнга и сдвига наблюдаются у известняков и кремнистых известняков (E = 8,02 • 104 МПа, G = 3,29 • 104 МПа), несколько ниже они у песчаников, доломитов и микрокварцитов (E = 7,69 • 104 МПа, G = 2,73 • 104 МПа), а наиболее низкие параметры (на 30% ниже) свойственны туфам и туфобрекчиям кислого состава (G = 2,29 х х Ю4 МПа).
Породы, различающиеся по своим упругим характеристикам, по-разному участвуют в процессах структурообразования и реагируют на внешнее деформирующее воздействие. При определенных тектонических напряжениях неоднородность упругих свойств пород приводит к развитию послойных срывов на границах сред (например, глинистых сланцев с низкой и песчаников с высокой упругостью), различиям в интенсивности развивающейся в них трещиноватости и т.д.
