Напряженное состояние пород в условиях залегания
Информация - Геодезия и Геология
Другие материалы по предмету Геодезия и Геология
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
. Напряжения и деформации в упругой области деформирования
. Напряжения и деформации в пластической области деформирования
. Теория прочностей
. Сжимаемость пород
. Измерение природных напряжений в массиве пород
Заключение
Библиография
земная кора порода деформация сжимаемость
ВВЕДЕНИЕ
Породы, залегающие в недрах земли, находятся под влиянием горного давления, которое обусловливается весом пород, тектоническими силами, пластовым давлением и термическими напряжениями, возникающими под влиянием тепла земных недр.
Напряженное состояние горных пород в условиях естественного залегания имеет геологическую природу и связано с существованием глобального поля напряжений, обусловленного преимущественно современным сжатием Земли. Это поле напряжений неоднородно не только по природе сил, его вызывающих (гравитационные, тектонические, и др.), но и по ориентировке в пространстве его составляющих. Во многих случаях оно характеризуется значительной анизотропией горизонтальных сжимающих напряжений. Распределение избыточных горизонтальных напряжений в горных породах земной коры показывает, что они связаны преимущественно с областями активных новейших и современных тектонических движений.
Изучение напряженного состояния земной коры на всю ее глубину в целом и массивов горных пород имеет не только важное научное, но и практическое значение. Знание напряженного состояния массивов горных пород позволяет в несколько раз увеличить надежность подземных сооружений. Поскольку все тектонические процессы связаны с действующим в каждый момент времени полем напряжения в земной коре, знание этого поля в настоящее время и геологическом прошлом необходимо для понимания геологических явлений.
1. НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ В УПРУГОЙ ОБЛАСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Породы, залегающие в недрах земли, находятся под влиянием горного давления, которое обусловливается весом пород, тектоническими силами, пластовым давлением и термическими напряжениями, возникающими под влиянием тепла земных недр.
Рисунок 1.1 - Компоненты напряжений, действующие в элементе породы
В результате воздействия на породу комплекса упомянутых сил элемент (кубик) породы, выделенный из массива, может находиться в общем случае в условиях сложного напряженного состояния, характеризующегося тем, что результирующие векторы напряжений, действующих на грани, не являются перпендикулярными к его граням. Разлагая эти результирующие векторы по направлению ортогональных осей, можно представить, что на каждой плоскости кубика будут действовать (рисунок 1.1) по три компоненты напряжений - одна нормальная ?, направленная перпендикулярно к грани кубика, и две касательные ?, действующие касательно к поверхности грани кубика
Учитывая, что выделенный элементарный кубик находится в равновесии, касательные напряжения, направленные противоположно друг другу в одной плоскости, должны быть равны, так как суммарный момент действующих на кубик сил равен нулю,
Компоненты напряжений зависят от ориентации выделенного элементарного объема породы в пространстве. Его можно ориентировать таким образом, что касательные напряжения будут равными 0. Тогда грани куба образуют главные площадки, соответствующие нормальные напряжения, называемые главными нормальными напряжениями, обозначаются ?1, ?2. ?3, причем
.(1.1)
Сумма нормальных напряжений, действующих по трем взаимно перпендикулярным направлениям, есть величина постоянная
(1.2)
- среднее нормальное напряжение (гидростатическое давление в точке).
По аналогии с главными нормальными напряжениями рассматриваются и главные касательные напряжения, которые действуют на площадках, соответственно делящих пополам угол между двумя главными напряжениями и проходящих через третье главное напряжение. Величина их может быть определена по формулам
(1.3)
На направлениях главных напряжений, как на осях координат, построим элементарный октаэдр (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Октаэдрические напряжения
Нормальные напряжения, действующие на гранях октаэдра, равны
,(1.4)
а величина касательных напряжений на гранях октаэдра
,
или через главные нормальные напряжения
.(1.5)
В общем случае
.(1.6)
Величину, пропорциональную касательным октаэдрическим напряжениям и равную
называют интенсивностью касательных напряжений. Подстановкой значения ?окт из выражения (1.6) при одноосном напряженном состоянии (например, растяжении) получим
Таким образом, напряженное состояние в точке может быть охарактеризовано двумя компонентами ?0 и ?окт или ?0 и ?i.
Нормальные и касательные напряжения, действующие на элемент породы, вызывают соответствующие деформации его граней. Нормальные составляющие напряжений вызывают деформации сжатия элемента или растяжения ?x, ?y и ?z, а касательные напряжения - деформации сдвига граней ?ху, ?yz, ?xz (деформация сдвига обычно измеряется углами сдвига, так как из-за малости их величины ). Суммарная деформация граней, ?ху, ?yz и ?xz - величина, на которую уменьшается прямой угол между соответствующими гранями в результате сдвига. Ка?/p>