Физико-механические свойства горных пород определяются следующими показателями: твердостью, плотностью, пористостью, удельным весом, влажностью, водопроницаемостью, набуханием, прочностью на сжатие и растяжение, углом внутреннего трения, сцеплением, модулем упругости и коэффициентом Пуассона, ползучестью и релаксацией напряжений, а также разрыхляемостью.

Твердость характеризует способность породы оказывать сопротивление проникновению другого тела.

Твердость измеряется разными способами: вдавливанием в образцы штампов различной формы, царапанием, сверлением, шлифованием, методом затухающих колебаний маятника и т. д.

Для определения твердости сложных неоднородных горных пород необходимо содержание каждого составляющего породу минерала (в процентах) умножить на соответствующую твердость по шкале Мооса, все произведения сложить и результат разделить на 100.

Плотность зависит от пористости пород и определяется по формуле:

плотность горных пород

где т - масса породы, г;

V - объем породы, м3.

Пористость - суммарный объем всех пустот в горной породе. Характеризуется отношением объема пор к объему твердых частиц в процентах:

alt

 

где V - полный объем образца;

V1 - объем за вычетом пор и пустот.

Объемный вес - вес единицы объема породы в естественном состоянии (объем вместе с порами) (г/см3)

alt
Удельный вес - вес единицы объема породы за вычетом пор и пустот (г/см3)
Удельный вес горных пород
Влажность - содержание в породе воды. Характеризуется коэффициентом влажности, равным отношению объема воды к объему пор,
Влажность горных пород

где W - влажность породы, численно равная объему воды, приходящейся на 1 г абсолютной сухой породы.

Песчанистые породы и пески в зависимости от коэффициента влажности разделяются на: сухие 0<Kw<0,3, влажные 0,3<Kw<0,8 и водонасыщенные 0,8<Kw<1,0.

Влагоемкость - способность пород вмещать в себя то или иное количество воды. Численно она выражается так же, как и влажность.

Различают наибольшую влагоемкость, когда все пустоты породы заполнены водой, и наименьшую, характеризующую способность породы удерживать некоторое количество воды силами молекулярного сцепления,

Водопроницаемость - способность породы пропускать сквозь себя воду. Для рыхлых и сыпучих пород она определяется по формуле

Водопроницаемость горных пород

где Q - количество воды, проходящее сквозь породу в единицу времени;

К - коэффициент фильтрации;

i - уклон поверхности воды;

F - площадь поперечного сечения породы, сквозь которую пропускается вода.

Глины после поглощения воды до 30% своего первоначального объема становятся водонепроницаемыми. Большинство метаморфических кристаллических сланцев и кристаллические осадочные породы (например, мрамор, кварцит), а также кристаллические изверженные породы воду не поглощают и не проводят ее.

Набухание пород - способность увеличивать свой объем при насыщении водой. Характеризуется коэффициентом набухания, который представляет собой отношение объема набухшей породы к ее первоначальному объему.

Механическая прочность горных пород характеризуется пределом их прочности при одноосном сжатии σсж и растяжении σр, углом внутреннего трения ρ и сцеплением k.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости E и коэффициентом Пуассона µ.

Разрыхляемость - увеличение объема породы при ее выемке из массива. Различают разрыхляемость первоначальную и остаточную, которые характеризуются соответственно коэффициентами Kразр и Кост.

Реологические свойства горных пород описываются кривыми ползучести, получаемыми при постоянной нагрузке, и кривыми релаксации напряжений, получаемыми при постоянной величине деформации.

Для шахтостроителей представляют интерес реологические параметры, характеризующие кривые ползучести, поскольку проявления горного давления в капитальных и подготовительных выработках обусловливаются действием на обнаженные породы постоянных нагрузок, вызванных весом вышележащей толщи.

По характеру поведения под постоянной нагрузкой, форме кривых ползучести и определяющих эти кривые параметрах горные: породы принято разделять на два класса. Первый класс составляют породы, рост деформаций которых прекращается после сравнительно короткого промежутка времени (песчаники, песчанистые и глинистые сланцы).

В аналитической форме кривые ползучести этих пород имеют вид:

кривые ползучести горных пород
Второй класс составляют породы, деформации которых растут во времени неограниченно (соли, глины и др.). В аналитической форме кривые ползучести пород второго класса имеют вид:

 

кривые ползучести горных пород

e - относительная деформация по происшествии времени (сутки);

t0 и s0 - время релаксации и соответствующая ему относительная деформация;

ti и ei - отрезок времени больший, чем t0, и соответствующая ему относительная деформация;

α и β - безразмерные реологические параметры;

σ и E - соответственно действующие напряжения и модуль упругости.




Теги: породы, объем. Просмотров: 1297
Другие новости по теме: