По алфавиту:

Указатель категорий Физика Методы определения свойств горных пород

Методы определения свойств горных пород

Тип работы: Реферат
Предмет: Физика
Язык документа: Русский
Год сдачи: 2008
Последнее скачивание: не скачивался

Описание.

В частности, для изучения плотностных характеристик целесообразно применять как первый, так и второй путь определения свойств многокомпонентных сред, поскольку им присущи свойства “аддитивности - независимости - равноправности”, т.е. все компоненты действуют равноправно и независимо друг от друга, а интегральная характеристика агрегата является средневзвешенным из характеристик каждой компоненты, в данном случае структурных блоков и структурных неоднородностей.

Выдержка из работы.

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ  ГОРНЫХ ПОРОД.

6.1. Общие положения.

      С учётом изложенных ранее представлений  о иерархично-блочной структуре  горных пород и массивов и принципиально  возможных двух путей определения  различных характеристик -интегрального и дифференциального рассмотрим более детально принципы определения отдельных свойств.

      В частности, для изучения плотностных характеристик целесообразно применять как первый, так и второй путь определения свойств многокомпонентных сред, поскольку им присущи свойства “аддитивности - независимости - равноправности”, т.е. все компоненты действуют равноправно и независимо друг от друга, а интегральная характеристика агрегата является средневзвешенным из характеристик каждой компоненты, в данном случае структурных блоков и структурных неоднородностей.

      Таким образом для определения интегральных плотностных характеристик массива, представленного различными петрографическими  разновидностями пород и различными типами структурных неоднородностей, в принципе достаточно определить эти  характеристики для каждой разновидности  пород и для каждого типа структурных  неоднородностей (раздельно или  в какой-либо совокупности), а затем  найти их средневзвешенное значение в зависимости от степени распространённости указанных компонент в массиве.

      Деформационные и, в частности, упругие характеристики горных пород, в отличие от плотностных, обусловливаются не только свойствами отдельных разновидностей пород, слагающих массив, но и свойствами их контактов, а потому и особенностями взаимного расположения слагающих компонент. Именно вследствие этого для деформационных показателей справедлива схема“аддитивности - взаимозависимости - равноправносги”. Аддитивность влияния неоднородностей в этом случае проявляется в суммарном вкладе каждой из компонент, при этом вполне очевидна и их равноправность. Вместе с тем, например, для упругих колебаний интегральная скорость прохождения упругих волн в многокомпонентной среде не является усредненным значением скоростей волн в отдельных компонентах.

      Вследствие  отмеченной особенности для определения  скоростей прохождения упругих  колебаний также целесообразен  первый путь получения информации о  физических характеристиках многокомпонентной  среды. Однако, в отличие от плотностных  характеристик, и именно из-за свойства “взаимозависимости” в сферу  экспериментов при этом необходимо вовлекать объемы массива, где обеспечивается представительность интересующих порядков структурных неоднородностей.

      Например, применительно к вопросам оценки устойчивости буровых скважин в  сферу экспериментов должны быть вовлечены структурные неоднородности IV - го порядка, и определение деформационных характеристик в этом случае возможно выполнять на образцах-цилиндрах  стандартных размеров - с диаметром 40-45 мм и высотой, равной 1-2 диаметрам.

      В то же время для решения задач  оценки устойчивости горных выработок  в экспериментах должны проявлять  себя структурные неоднородности более  низких порядков - до II включительно. Здесь  уже нельзя ограничиваться испытанием образцов, необходима постановка специальных  измерений непосредственно в  натурных условиях.

      В отличие от плотностных и деформационных характеристик прочностные свойства подчиняются схеме "избирательности-независимости", поскольку разрушение происходит в наиболее слабом звене и не зависит от прочности других структурных элементов. В соответствии с двухкомпонентной моделью строения массива скальных пород наиболее слабым звеном является "структурная неоднородность", причем в зависимости от масштаба рассматриваемых объектов разрушение будет определяться различными порядками структурных неоднородностей - от IV - го для буровых скважин до II - го включительно - для крупногабаритных подземных сооружений. Отсюда возникает задача применительно к каждому типу рассматриваемых сооружений определять прочностные характеристики тех структурных неоднородностей, которые в данном случае оказывают основное влияние на устойчивость объектов (т.е. эффективных структурных неоднородностей).

      Поскольку вид, размеры и свойства структурных  неоднородностей отдельных порядков резко отличаются друг от друга, применяют  различные методические подходы  для экспериментального определения  прочностных характеристик. В частности, для структурных неоднородностей IV - го порядка определения ведут  путем испытания образцов горных пород в виде цилиндров или  призм.

      К образцам предъявляются требования достаточной представительности и  однородности, с тем чтобы они  не включали структурных неоднородностей  других, более низких порядков. Последнее  требование обычно достигается путем  применения весьма небольших по размерам (стандартных) образцов, а также путем  статистического анализа получаемых результатов с отбраковкой резких выбросов в получаемых значениях  характеристик. При этом в силу принципа "избирательности" разрушение образцов происходит именно по структурным неоднородностям 1У порядка, и получаемые результаты можно уверенно относить к этому  типу.

      Для структурных неоднородностей III - го порядка представительными, как  правило, являются объемы с существенно  большими линейными размерами (50-100 см). В принципе и в этом случае испытания могут быть проведены  на образцах соответствующих больших  размеров, но это требует специального камнерезного и уникального силового оборудования. Вследствие этого при  изучении уже III, а тем более II порядка  структурных неоднородностей путь испытания образцов становится малоприемлемым и более целесообразно применять  метод непосредственного определения  прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей того или иного порядка. При этом для  правильного последующего применения полученных результатов необходимо знать геометрические характеристики и закономерности расположения в  пространстве отдельных структурных  неоднородносгей. Вследствие этого  их изучение целесообразно начинать с установления их геометрических параметров.

      Изучение  закономерностей пространственного  расположения структурных неоднородностей  должно сопровождаться изучением вида заполнения и характера контактирующих поверхностей структурных неоднородностей. Ведь именно от вида и состояния  минералов - заполнителей трещин или  других типов структурных неоднородностей, а также от степени шероховатости  и извилистости поверхностей контактов  зависят механические характеристики по поверхностям структурных неоднородностей.

      В отличие от геометрических параметров более сложную и существенно  менее разработанную задачу представляют собой методы определения прочностных  характеристик по поверхностям структурных  неоднородноcтей низких порядков. При этом, поскольку с физической точки зрения разрушение материалов вообще и горных пород, в частности, происходит либо под воздействием растягивающих напряжений в форме отрыва, либо вследствие касательных напряжений в форме сдвига (скола), наибольший интерес представляет определение пределов прочности при одноосном растяжении [sр], сцепления [t] и - углов внутреннего трения. В условиях, когда необходимо принимать во внимание взаимные подвижки отдельных структурных блоков, существенное значение приобретает характеристика - коэффициент трения (внешнего) породы о породу по контактам структурных неоднородностей.  

 

   

  Рис. 6.21. Геометрические параметры трещиноватости дистен-гранат-биоти-товых гнейсов  месторождения "Плотина".

а - диаграмма  трещиноватости; б - гистограммы распределения  расстояний между трещинами.

Системы трещин: I - меридиональная, II - северо-западная, III - субширотная, IV - широтная, V - наклонная, VI - пологая, грубо совпадающая со сланцеватостью гнейсов.

1-8 - число  трещин на единицу площади  диаграммы.  

6.4. Классификации горных  пород.

      При проектировании горных работ и строительстве  подземных сооружений необходим  комплекс сведений о различных свойствах  горных пород. Более того нужна определённая систематизация горных пород по свойствам  с тем, чтобы без проведения специальных  детальных исследований можно было априорно представлять основные особенности  поведения какого-либо конкретного  вида пород при заданных видах  воздействий и тем самым прогнозировать те или иные процессы в массиве  пород.

      Систематизация  пород по свойствам является по сути классификацией и это представляет собой весьма ответственную и, применительно  к таким сложным физическим средам как горные породы, чрезвычайно сложную  задачу. Ещё более сложную задачу представляет классификация массивов горных пород.

      Вообще  говоря, построение классификаций является методом и результатом изучения явлений, которые весьма многообразны вследствие большого числа факторов, их определяющих. При построении классификаций  весьма важно определить так называемый фактор классификации, т.е. тот признак, по которому производится систематизация изучаемого материала. В зависимости от выбора фактора классификации могут быть созданы различные классификации и тогда появляется возможность классифицировать сами классификации.

      В частности, применительно к горным породам, известны две группы классификаций.

      К первой группе относятся общие классификации, в которых породы разбиваются на классы в зависимости от комплекса факторов - происхождения, минерального состава, связности и строения:

      · Генетическая классификация - породы подразделяются на осадочные, изверженные и метаморфические.

      · Инженерно-геологические классификации, в которых породы подразделяются на рыхлые, связные и массивные.

      · Классификации, в которых группы пород генетической классификации подразделяются по фактору состава и строения 

      Из  классификаций первой группы одной из самых значительных и широко применяемых на практике является геолого-генетическая классификация проф. И.В. Попова, которая в модифицированном виде была принята и в международных рамках как основа для подразделения реальных комплексов пород (выделение инженерно-геологических групп, формаций, геолого-генетических комплексов, петрографических типов, инженерно-геологических видов и подвидов).

      Хорошо  известна классификация акад. АН СССР Ф.П. Саваренского (1937), модифицированная позднее многими авторами. Её основное подразделение грунтов на скальные, полускальные, сыпучие, связные и  особые уже упоминалось нами. Эта  классификация широко использовалась в строительных стандартах (например, в СНиПах). Как уже говорилось, основным критерием этой классификации  является общий характер структурных  связей (кристаллизационные, ионно-электростатические, молекулярные, магнитные, электростатические и др.) в зависимости от условий  образования и последующего развития горных пород и от их состава.

      Основным  преимуществом указанных подходов является строгий учёт геологических  факторов, в частности, происхождения  пород, всей истории их развития, минералогического  состава и т.д. В то же время  главным недостатком является отсутствие каких-либо количественных данных, характеризующих  отдельные категории пород и  массивов.  

      Ко  второй группе относятся частные классификации, т.е. основанные на подразделении пород по какому-либо одному (но может быть и комплексному) показателю свойств или характеристике, Таких классификаций разработано очень много, назовём лишь некоторые, самые употребительные из них:

      · Классификация М.М. Протодьяконова по коэффициенту крепости горных пород.

      · Классификация по отдельным характеристикам свойств (пористости, объёмному весу, модулю упругости).

      · Классификация по технологическим параметрам (буримости, взрываемости, дробимости, устойчивости).  

      Из  классификаций второй группы в главе 4 уже упоминалась классификация проф. М.М. Протодьяконова по комплексному показателю - коэффициенту крепости ¦кр. Здесь лишь отметим, что эта классификация имеет существенные недостатки. Самый основной из них заключается в том, что породы здесь разделяются на классы вне зависимости от вида приложенных нагрузок и режимов нагружения.

      Наряду  с классификацией М.М. Протодьяконова широко применялись и другие многочисленные классификации, в том числе ведомственного характера, разработанные для решения  узких частных задач. Все они  относились, главным образом, к характеристике пород, и лишь в небольшой степени  характеризовали свойства массивов. В Приложении 2 сопоставлены различные  частные классификации, которые  используются в настоящее время  при проектировании и проведении горных работ.

      Вообще, сложность использования в геомеханике  всех выше-перечисленных классификаций  заключается в том, что одни из них (общие) не содержат в себе количественных показателей, а другие (частные) позволяют  решать только сугубо конкретные узкие  задачи. Следовательно, каждая отдельно взятая классификация не в состоянии  полностью удовлетворить все  требования геомеханики. Вообще попытки  охарактеризовать горные породы одним, пусть и комплексным, показателем  оказались не продуктивными. Что  касается массивов пород, то, тем более, подобный путь не приемлем.

      По-видимому более целесообразен другой путь, когда из общего числа практически  используемых показателей свойств  горных пород выделяется несколько  базовых, которые не зависят друг от друга, являются элементарными и  широко используются в расчётах и  уже на этой основе строится общая  классификация пород.

      Так член-корреспондент АН СССР В.В. Ржевский в качестве базовых предложил  использовать 12, не зависящих друг от друга показателей. При этом в  начале разделять породы качественно  на основные генетические группы, затем  на классы по минеральному составу  и структуре и только после  этого дополнять количественными  данными об основных физических свойствах.

      Позже эти подходы фактически были реализованы  в форме классификаций Н. Бартона  и др., З.Т. Бенявского для целей  подземного строительства, в которых  использовался принцип подсчёта баллов и отнесения горных пород  по получившейся сумме к той или  иной категории. Дальнейшим развитием  подобного подхода явилась классификация  профессора Н.С. Булычёва, созданная  для оценки пород по их устойчивости, где категорийность пород определяется по некоторому показателю, вычисляемому на основании ряда безразмерных коэффициентов, отражающих в баллах влияние различных  факторов.

      Классификациям, основанным на балльных подходах присущ основной недостаток - предположение  о независимости действия тех  факторов, которые оцениваются баллами. Это не всегда соответствует действительности и поэтому указанные классификации  приводят, главным образом, к качественным результатам. Преимуществом же данного  подхода является возможность учитывать  сколь угодно большое количество факторов, и таким образом, фактически это одни из первых успешных попыток  создания классификаций уже не пород, а массивов.  

...
Похожие работы:
© 2009-2018 Все права защищены — dipland.ru