Деформаційні властивості гірських порід

Гірські породи чинять різний опір деформації. Цей опір називається міцність. Найбільшу міцність мають гірські породи при стисканні, найменшу – при розтягнення. Міцність деяких гірських порід, а також модуль Юнга[21] та коефіцієнт Пуассона при нормальній температурі та тиску 1 амтосфера (1,___ МПа) наведені у табл. 1.

Таблиця 1

Фізико-механічні властивості гірських порід (за матеріалами В.М.Крейтера (1956) та В.В.Білоусова (1971))

Важливою характеристикою гірських порід є в’язкість η, тому що з її врахуванням визначається пластичної деформації . В’язкість відображає процес внутрішнього тертя, тобто спроможність тіла чинити опір при переміщенні одних часток тіла відносно інших. В’язкість виражається у пуазах (СИ). Чим більше в’язкість, тим більший опір чинить тіло пластичній деформації. У тіл різного складу в’язкість дуже різна: у води вона складає 0,01 пуаза, у вологої глини 1000 пуаз, а у гірських порід досягає 10²⁴ пуаз. Пластичні матеріали і породи здатні витримувати значну пластичну деформацію без руйнації. У крихких тілах зразу за пружною деформацією або після незначної пластичної деформації відбувається руйнація. Для пластичних тіл між межею пружності та межею міцності знаходиться дуже широкий інтервал значень, тоді як для крихких тіл ці обидві межі співпадають або майже співпадають.

При різних типаж деформації (розтягнення, стискання, зсув) у гірських породах виникають два типа тріщин – сколювання та відриву. Утворення перших пов’язане з максимальним дотичним напруженням, а других – з максимальними розтягуючими напруженнями. Таким чином, кожна гірська порода має дві межа міцності: один для сколювання інший для відриву. Руйнація порід при збільшенні напружень відбувається по тому типу, для якого при даних умовах межа міцності нижче і, відповідно, може бути досягнутий раніше. В табл. 2 наведені деякі дані про короткотривалу міцність зразків гірських порід (Гзовський, 1960).

Таблиця 2

Міцність сухих зразків гірських порід при атмосферному тиску та кімнатній температурі, кгс/см²

Деформаційні властивості гірських порід залежать від величини всебічного тиску, температури, наявності середовищ, що насичують та швидкості деформації. Відомості з цього питання знаходяться у книзі «Деформационные свойства горнах пород …» (1968). Зі збільшенням величини всебічного стискання міцність всіх гірських порід збільшується, тим більше чим менше розмір зерен гірської породи (табл. 3, 4). Збільшення всебічного тиску збільшує в’язкість та міцність порід, особливо на відрив. Час, або швидкість деформації відіграє дуже важливу роль. Під час миттєвої деформації (вибухи) навіть пластичні тіла поводять себе як крихкі. Тривала деформація сприяє тому, що породи які є відносно крихкими, поводять себе як пластичні матеріали. Збільшення температури загалом приводить до зниження в’язкості гірських порід і, відповідно, до збільшення їх властивостей до пластичної деформації. Підвищення температури призводить також до зниження міцності гірських порід на сколювання. Зі зниженням температури в’язкість та міцність порід на сколювання збільшуються. Наявність в породі рідини та водяних парів приводить до зменшення міцності цієї породи.

Таблиця 3

Залежність модуля пружності від величини всебічного стискання (за М.П.Воларовичем)

Таблиця 4

Міцність на сколювання деяких гірських порід при різному всебічному тиску (за Дж.Хендіну)

Характер прояву деформацій гірської породи залежить від умов деформацій, від сукупності та взаємного сполучення всіх факторів (глибини залягання гірської породи, часу або швидкості деформації, температури, наявності в породі розчинів).

Сумісна дія температури та всебічного тиску приводить до того, що з деякої глибини гірські породи руйнуються переважно шляхом в’язкого сколювання, тоді ж як поблизу до поверхні може бути проявлений і відрив.

Тривалість геологічного часу сприяє розвитку пластичних деформацій і більш кращому утворенню сколових порушень у порівнянні з тріщинами відриву, що виникають під час крихких деформацій.

При дослідженні рудних родовищ необхідно мати на увазі, що в межах багатьох з них проявилися процеси гідротермального змінення порід (скарнування, грейзенізації, пропілітизації, березитизації, обкварцювання та ін.). В зв’язку з цим фізико-механічні властивості порід (пористість та показники міцності) зазнають значних змін, а це в свою чергу впливає на майбутню локалізацію зруденіння.