Построение полной диаграммы деформации при объемном напряжение сжатия для образца породы с упругими свойствами. Определение участков лавинного развития трещин. Слоистые горные породы, их геомеханический состав. Объемный и поверхностный масштабные эффекты.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: геомеханика

Исполнитель: Нестеров В.П.



Вопрос 1

Изобразите полную диаграмму деформации при объемном напряжение сжатия, для образца породы с упругими свойствами. В аксонометрической проекции изобразите анализируемые деформации для образца цилиндрической формы, используя рисунок выведите аналитическое выражение деформации.

Для характеристики деформационных свойств грунтов используются: модуль деформации E (модуль упругости Е_у и модуль общей деформации Е_общ), коэффициент поперечного расширения р., модуль сдвига G и модуль объемного сжатия К.

Показатели деформационных свойств в пределах справедливости закона Гука связаны определенными зависимостями, которые позволяют по двум любым показателям определять остальные.

Модуль упругости E_у равен отношению напряжения при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации.

Модуль общей деформации Е_общ равен отношению напряжения при одноосном сжатии к общей относительной деформации.

Очевидно, что Е_общ < E_у. Для линейно-деформируемых материалов модуль упругости равен модулю деформации и не зависит от напряжения, т. е. является величиной постоянной. Но для большинства горных пород модуль упругости и модуль общей деформации являются переменными показателями, зависящими от величины и продолжительности действия давления.

В зависимости от продолжительности давления на грунт различают: модуль динамической упругости Е_л, модуль статической упругости Eд и модуль общей деформации Е_общ. Между этими модулями существует такое соотношение:

E_д > E_у > Е_общ

Разница между статическим модулем упругости и модулем общей деформации зависит от вида породы и ее структуры: для скальных пород отношение E_у к Е_общ равно примерно 2, а для рыхлых глинистых пород может достигать нескольких порядков, так как их деформация происходит в результате существенного уплотнения грунта.

Влияние минералогического состава на упругие свойства скальных грунтов. К настоящему времени накоплено значительное количество данных по упругим константам основных породообразующих минералов. Значение модуля упругости различных минералов изменяется в широком пределе. Такие минералы, как корунд, пирит, гранаты, магнетит, гематит, жадеит, оливин, циркон, обладают высокими значениями модуля упругости, равными или превышающими упругость стали (2*105 кГ/см²). Затем идут минералы с высокой упругостью: диопсид, эпидот, авгит, роговая обманка, флюорит, апатит. Такие широко распространенные в осадочных дисперсных грунтах минералы; как кварц, полевые шпаты, слюды, кальцит, обладают средней упругостью. И наконец, есть минералы (серпентин, гипс и др.), обладающие низкой упругостью.

Влияние минералогического состава слагающих породу частиц на упругость можно установить лишь для образцов пород, обладающих незначительной пористостью (п<1%). При больших значениях пористости упругость пород определяется их структурно-текстурными особенностями (в основном пористостью, трещиноватостью и размером частиц).

У малопористых пород упругие параметры непосредственно зависят от упругих констант слагающих их минералов. Так, слюды дают понижение упругих констант пород, а темноцветные минералы и гранат - повышение. Поэтому особенно высокой упругостью обладают ультраосновные породы и эклогиты. Упругость плагиоклазов зависит от их состава: с повышением основности упругие константы плагиоклазов растут. В связи с этим лабродориты по своей упругости занимают среднее место между кислыми и основными породами. Особо высокой упругостью обладает жадеит -- минерал, типичный для особо плотных пород больших глубин. Этот и другие факты показывают, что упругость минералов и пород оказывается тем выше, чем при больших давлениях они образовались.

Высокими значениями модуля деформации, близкими по величине к модулю упругости основных минералов, обладают эклогиты, перидотиты, амфиболиты, пироксениты, габбро и диабазы, т. е. породы, принадлежащие к ультраосновным и основным интрузивам.

Влияние пористости и трещиноватости на модуль упругости и модуль общей деформации скальных пород. При рассмотрении изменения модуля упругости близких по минералогическому составу пород, но имеющих различную пористость, видно, что для каждой петрографической группы пород значения модуля упругости уменьшаются с ростом пористости. Для пород с высокой пористостью (n>10%) величина модуля упругости будет полностью определяться влиянием пористости.

Трещиноватость скальных пород является основным фактором, определяющим их деформируемость и прочность. Поверхность трещин в результате наличия макро- и микроскопических выступов и впадин обычно бугристая. Поэтому реальная площадь контакта двух блоков породы может быть в 100--100 000 раз меньше геометрической площади касания. Ввиду этого при возникновении сжимающих напряжений, нормальных к плоскости трещины, на выступах и прилегающих к ним зонах происходит концентрация напряжений, превышающих прочность материала выступа. В результате пластического деформирования или хрупкого разрушения выступов происходит сближение двух поверхностей. При этом увеличивается площадь реального контакта поверхностей и сопротивление деформированию.

Вопрос 2

Выделите на диаграмме участки лавинного развития трещин. Объясните процессы происходящие на соответсвующем участке деформации.

Для использования в практических целях материалов специальных исследований скальных оснований большое значение имеет их правильное обобщение на структурно-геологических картах, картах-срезах и моделях.

Структурно-геологические карты скальных оснований составляются для районов строительства в сложных геологических условиях на основе пластовых геологических карт масштаба 1:1000 и в отдельных случаях масштаба 1:500 .

На эти карты наносят простирания основных структурных элементов (оси складок, элементы залегания слоев, линии разломов, тектонические нарушения второго и последующих порядков и т.п.), на картах показывают также крупные трещины, пересекающие основные сооружения и требующие специальной заделки. В зависимости от генезиса трещин их показывают различными условными знаками. Соответствующими стрелками отмечают элементы залегания тектонических нарушений и трещин, а также направления происходивших по ним смещений.

На эту же карту наносят основные направления простираний всех других систем мелких трещин в виде круговых диаграмм в изолиниях, которые показывают на карте раздельно для различных структурно-геологических зон или геоструктурных блоков.

Карты трещиноватости составляют также с использованием показателей количественных характеристик трещин: частоты трещиноватости, коэффициента трещинной пустотности и пр. На этих картах выделяют в соответствии с геолого-структурными элементами участки, различные по интенсивности трещиноватости. Составленные таким образом карты районирования по степени трещиноватости могут быть полезны на предварительных стадиях исследований при выборе вариантов трассы, а также при оценке вариантов размещения сооружений.

Для расчетов устойчивости упорных массивов в примыканиях арочных мостов составляют специальные карты-срезы трещиноватости. На них, кроме направлений крупных доминирующих трещин, наносят простирания различных систем мелкой трещиноватости, выявленных с помощью круговых диаграмм в изолиниях. Направления крупных трещин и простирания систем мелкой трещиноватости учитывают в расчетах устойчивости мостов.



Рис. 2. Карта трещиноватости (по Т.В. Плотниковой):

- поперечные трещины;

- продольные трещины;

- полосы течения наклонные;

- полосы течения горизонтальные;

- наклон горизонтальной поверхности;

- вертикальный контакт;

- простирание вмещающих пород;

- жильные породы

Для получения более полного представления об инженерно-геологических условиях скального основания строится его модель, которая может быть плоской и пространственной. Плоская модель изображается на чертеже в виде разреза по оси сооружения. По содержанию она может быть геоструктурной, геомеханической, гидрогеологической. На геомеханическую модель, а также на геоструктурные элементы наносят зоны скального массива, характеризующиеся определенными показателями физико-механических свойств пород.

На основании плоской геомеханической модели строят пространственную модель из элементарных блоков, которая подвергается соответствующим испытаниям в лабораторных условиях.

При инженерно-геологическом изучении трещиноватости скальных и полускальных пород необходимо уделять большое внимание следующим основным вопросам:

пространственному расположению трещин, т.е. их ориентировке, с целью выяснения господствующих систем трещин, ориентировке поверхностей и зон ослабления и, следовательно, пространственной неоднородности и анизотропии пород на том или ином участке;

морфологии трещин и систем трещин для ус...