Лекции по дисциплине «физика горных пород» навоий 2017 Жиянов А. Б. Курс лекции по дисциплине «Физика горных пород»

Download 0,71 Mb. bet 6/29 Sana 23.02.2022 Hajmi 0,71 Mb. #166166 Turi Лекции

Bog'liq
2 5206260421639537367

Bu sahifa navigatsiya:

• 2.2. Влияние минерального состава и строения пород на их свойства
• (продолжение)

Группа свойств	Подгруппа свойств	Физические параметры
Обозначение
Плотностные	-	Плотность, объемная масса Удельный вес Пористость (общая, эффективная) Коэффициент пористости	ρ0, ρ γ0 Р, Рэф кп
Механические	Упругие	Модуль Юнга Коэффициент Пуассона Модуль сдвига Модуль всестороннего сжатия Модуль одностороннего сжатия Предел упругости	Е ν G K M σE
	Пластические	Коэффициент пластичности Модуль деформации	kпл Едеф
	Прочностные	Предел прочности при сжатии Предел прочности при растяжении Предел прочности при сдвиге Сцепление Угол внутреннего трения	σсж σр τсдв С φ
	Реологические	Параметры ползучести Период релаксации Длительная прочность Предел длительной прочности	αп, δ t0 σдл σω
Тепловые	Проводимость	Коэффициент теплопроводности Температуропроводность	λ а
	Поглощение	Удельная теплоемкость	с
	Воздействие	Температура и теплота плавления Коэффициенты теплового расши­рения Температура фазовых превраще­ний	Тпл,Qпл α, γт Тф
Электри­ческие	Проводимость	Удельное электрическое сопро­тивление Удельная электрическая проводи­мость	ρэ σэ
	Поглощение	Относительная диэлектрическая проницаемость Тангенс угла диэлектрических по­терь	εr tgδ
	Воздействие	Пробивная напряженность (элек­трическая прочность)	Еэ.п

К базовым отнесено 12 элементарных, исходных и незави­симых физических параметров, позволяющих вычислять макси­мальное количество других параметров пород.

Базовые физические параметры служат общим фундамен­том для изучения всех пород. Поэтому их определение является обязательным.


2.2. Влияние минерального состава и строения пород на их свойства
Можно предположить, что содержание в породе какого-либо минерала, обладающего, например, повышенными значениями изучаемой характеристики, в общем случае будет предопреде­лять величину этой характеристики для горной породы в целом.
В действительности такая простая закономерность имеет место для структурно-нечувствительных скалярных парамет­ров, где физический параметр породы X может быть представ­лен как арифметическое средневзвешенное показателей Хч ми­нералов и всех других фаз породы (газов, жидкостей, при­месей).
X (2.1)
1 = 1
где У,-относительное объемное содержание минералов, сла­гающих породу, а также пор, жидкостей, примесей и т. д.
По формуле (2.1) с достаточной достоверностью можно рас­считать, например, плотность и удельную теплоемкость пород.
Если порода сложена из минералов, параметры которых мало различаются, то разное их содержание практически не влияет на изменение ее свойств. Наоборот, если параметры од­ного из минералов существенно отличаются от параметров про­чих минералов, то его содержание в породе будет заметно влиять на свойства породы в целом. Это позволяет сгруппи­ровать минералы по близким параметрам и рассматривать за­висимость свойств не от каждого из этих минералов, а от со­вокупности близких по свойствам минералов.
В конечном счете можно привести минеральный состав по­лиминеральной породы к некоему условному минеральному составу, например, представить практически любую породу как двухкомпонентную.
Величина тензорных физико-технических параметров пород однозначно минеральным составом не определяется. В этом случае существенное значение имеют показатели строения по­род- размеры, форма, взаимная ориентация минеральных зе­рен и пор.
Зависимость свойств пород от размеров зерен обуслов­лена тем, что с изменением размеров меняется площадь кон­тактов между зернами на единицу объема породы. В то же время свойства контактов отличаются от свойств внутризерен- ного вещества.
Форма и взаимная ориентация минеральных зерен, как ука­зывалось, приводит к анизотропии горных пород и, следова­тельно, зависимости свойств пород от направления приложения поля.

Рис. 2.1. Степень и направление изменения физических параметров породы параллельно Хм и перпендикулярно X . к слоистости, с увеличением пори­стости Хр, размера зерен Ха и при переходе к массиву Хмс относительно изотропного эталонного образца Х0

На тензорные параметры пород наиболее существенное влияние оказывают основной минерал (либо преобладающий количественно, либо слагающий каркас - матрицу породы) и минерал, имеющий свойства, резко отличающиеся от основного, и выступающий в качестве включения в матрицу породы. Как и в случае скалярных параметров, матрицей или включением может считаться не один, а группа однотипных минералов.

Если горная порода сложена из слоев с различными физи­ческими характеристиками X,-, относительное объемное содер­жание которых г,-, то вдоль слоистости тензорный параметр породы теоретически рассчитывают по той же формуле арифметического средневзвешенного (2.1), как и скалярные параметры.
Перпендикулярно к слоистости тензорную характеристику породы вычисляют по уравнению гармонического средневзвешенного
= Е У.ХГ1. (2.2)
1=1
Для статистической смеси минералов наибольшее прибли­жение к экспериментальным данным имеет формула лога­рифмического средневзвешенного
1=1
По формулам (2.1) - (2.3) с большой достоверностью мо­гут быть рассчитаны параметры упругости, характеристики теплопроводности, электропроводности и др.
Сухая пористая порода состоит из минерального скелета и газов, заполняющих поры. Газы являются очень плохими проводниками механических напряжений, тепла и электриче­ства, в связи с чем в породах энергия передается лишь через минеральный скелет. В то же время с увеличением пористости, особенно крупной и открытой, увеличивается число каналов, по которым может перемещаться вещество, например жидко­сти и газы.
Поэтому величина большинства тензорных параметров по­роды, за исключением гидравлических и газодинамических, с увеличением пористости уменьшается.
Простейшая связь между таким тензорным параметром X и пористостью Р (здесь и далее, если это не оговорено, в до­лях единицы) может быть выражена квадратичной зависи­мостью
X =Х0(1 - Р)2, (2.4)
где Х0 - параметр породы при Р = 0.
Представление о том, насколько существенно меняются фи­зические параметры пород от внутренних факторов (состава и строения пород), дают приведенные на рис. 2.1 номограммы. На этих номограммах физическая характеристика породы Хд, определенная для эталонного строения (равномерная статисти­ческая смесь минералов), принята за единицу. В зависимости от строения и состава характеристики по сравнению с эталонной либо уменьшаются (стрелки направлены вниз), либо возра­стают (стрелки направлены вверх).
Изучение и аналитическое представление закономерностей изменения физических параметров пород от их состава и строе­ния дают возможность предрассчитать основные свойства раз­личных пород без их экспериментального определения.

Лекция №3

Тема: ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОРОД И ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ (продолжение)

План лекции:

1. 
   Физические процессы в горных породах.
   
2. 
   Экспериментальное определение физико-технических параметров пород
   
3. 
   Воздействие внешних полей на свойства горных пород
   

Download 0,71 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham: