ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1744
Скачиваний: 2
О
ЦЕНКА
ПРОЧНОСТИ
НЕОДНОРОДНЫХ
СРЕД
С
ДЕФЕКТНОЙ
СТРУКТУРОЙ
75
лами
;
этим
они
отличаются
от
трещин
прирожденных
(
естественных
).
Поверх
-
ности
тектонических
трещин
обычно
покрыты
бороздами
скольжения
,
так
как
очень
часто
они
являются
плоскостями
смещения
пород
.
Создавая
дополнительные
плоскости
ослабления
,
тектонические
трещины
при
значительном
их
развитии
вызывают
аварийные
обрушения
кровли
в
рабо
-
чем
пространстве
.
Тектоническая
трещиноватость
бывает
представлена
обычно
двумя
системами
трещин
,
наклоненных
в
разные
стороны
и
взаимноперпенди
-
кулярных
.
Направление
тектонических
трещин
совпадает
с
направлением
ос
-
новных
разрывных
нарушений
данного
района
.
Тектонические
явления
содей
-
ствуют
раскрытию
ранее
скрытых
естественных
трещин
.
При
тектонических
подвижках
может
происходить
сдвижение
блоков
друг
относительно
друга
.
Различают
тектонические
трещины
с
разрывом
сплошности
(
трещины
отрыва
,
трещины
скалывания
)
и
кливаж
.
Кливаж
в
породах
и
углях
(
от
французского
clivage
–
делимость
)
пред
-
ставляет
собой
особую
структурную
форму
породного
массива
.
Под
этим
тер
-
мином
понимают
способность
породы
или
угля
разделяться
по
плоскостям
,
не
-
совпадающим
с
первичной
текстурой
пород
(
для
осадочных
пород
не
совпа
-
дающим
со
слоистостью
).
Кливаж
является
разновидностью
трещиноватости
.
Он
проявляется
в
виде
параллельных
едва
заметных
плоскостей
ослабления
в
пласте
угля
,
а
также
во
вмещающих
породах
кровли
и
почвы
.
Кливаж
различными
исследователями
понимается
неодинаково
как
по
морфологическим
признакам
,
так
и
по
происхождению
,
что
обусловлено
боль
-
шим
разнообразием
классификации
этого
явления
.
Различают
кливаж
первич
-
ный
и
вторичный
.
Первичный
кливаж
в
горных
породах
возникает
под
влиянием
внутренних
причин
,
зависящих
от
вещества
самой
породы
,
от
внутреннего
сокращения
ее
объема
в
процессе
литификации
и
метаморфизма
.
В
осадочных
породах
пер
-
вичный
кливаж
выражается
обычно
в
образовании
двух
перпендикулярных
друг
другу
и
к
наслоению
систем
параллельных
трещин
.
Р
АЗДЕЛ
4
76
Вторичный
кливаж
является
результатом
деформации
горных
пород
под
влиянием
внешних
,
в
основном
тектонических
,
воздействий
.
Вследствие
раз
-
личной
направленности
возникающих
при
этом
напряжений
трещины
кливажа
располагаются
под
различными
углами
к
первичным
текстурным
элементам
породы
(
в
осадочных
породах
–
к
слоистости
).
Расстояние
между
соседними
плоскостями
кливажа
зависит
от
мощности
и
прочности
породных
слоев
,
и
со
-
ставляют
от
нескольких
миллиметров
до
нескольких
метров
(
обычно
10-30
см
).
Каждая
отдельная
трещина
характеризуется
длиной
,
шириной
,
извилисто
-
стью
стенок
,
а
также
положением
трещины
в
пространстве
,
которое
в
геологии
принято
обозначать
углом
падения
и
азимутом
направления
падения
.
Трещины
различаются
также
наличием
или
отсутствием
в
них
заполнителей
,
в
соответст
-
вии
с
чем
они
подразделяются
на
открытые
(
зияющие
)
и
заполненные
.
По
раскрытости
или
мощности
заполнения
выделяются
трещины
видимые
невооруженным
глазом
(
открытые
,
закрытые
и
«
волосные
»)
и
микротрещины
.
Ширина
открытых
трещин
или
мощность
их
заполнения
определяется
непо
-
средственными
замерами
,
ширину
закрытых
трещин
можно
считать
равной
0,8…0,5
мм
, «
волосных
» – 0,5…0,2
мм
.
Заполнитель
в
трещинах
может
быть
представлен
рыхлыми
отложениями
типа
песчано
-
глинистых
грунтов
либо
образованиями
,
отличающимися
от
по
-
род
массива
по
минералогическому
составу
,
но
сходными
с
ними
по
структуре
и
физическим
свойствам
.
Частота
трещин
зависит
от
мощности
и
состава
пласта
.
Например
,
чем
меньше
мощность
пластов
и
прочность
пород
,
тем
чаще
трещины
.
По
данным
многих
исследователей
[
148
]
,
в
карбонатных
породах
многих
районов
в
пластах
мощностью
от
0,5
до
2,0
м
эта
связь
прямолинейна
.
М
.
В
.
Рац
[
149
]
считает
ее
параболической
.
В
зависимости
от
того
,
как
трещины
ориентированы
,
различают
упорядо
-
ченную
(
одно
-,
двухсистемную
)
и
неупорядоченную
трещиноватость
.
Пересе
-
каясь
,
трещины
разбивают
породный
массив
с
некоторым
характерным
разме
-
ром
Н
на
отдельные
структурные
блоки
со
средним
размером
h
ср
.
.
Отношение
О
ЦЕНКА
ПРОЧНОСТИ
НЕОДНОРОДНЫХ
СРЕД
С
ДЕФЕКТНОЙ
СТРУКТУРОЙ
77
H/h
c
р
.
называется
интенсивностью
трещиноватости
.
Кроме
того
,
для
количест
-
венной
оценки
трещиноватости
используют
линейный
,
площадной
и
объемный
коэффициенты
интенсивности
трещиноватости
.
Они
представляют
собой
соот
-
ветственно
отношение
единицы
длины
,
площади
,
объема
к
среднему
расстоя
-
нию
между
соседними
трещинами
l
cp.
,
к
площади
S
cp
.
и
объему
структурного
блока
V
cp.
.
М
.
В
.
Рац
приводит
слова
известного
математика
Г
.
П
.
Покровского
,
еще
в
30-
е
годы
начавшего
развивать
статистическое
направление
в
механике
грунтов
и
указывавшего
,
что
«…
система
совершенно
устойчивая
с
точки
зрения
теории
идеально
однородных
тел
кажется
неустойчивой
с
точки
зрения
статистической
теории
неоднородного
тела
».
Согласно
принципам
статистической
механики
,
развиваемой
в
работах
Дж
.
Гиббса
[150],
микроструктура
массива
образуется
в
результате
сложных
физи
-
ко
-
химических
процессов
,
для
ранней
стадии
которых
характерно
равновесие
и
строгое
соблюдение
соотношений
между
компонентами
,
фазами
и
степенями
свободы
.
Однако
эти
равновесные
состояния
неодинаково
реализуются
в
каж
-
дой
точке
породной
среды
,
что
порождает
статистическую
совокупность
ее
свойств
и
признаков
.
Таким
образом
,
неоднородность
является
естественным
свойством
горных
пород
.
4.3.
Гипотезы
о
природе
масштабного
эффекта
Неоднородность
реальных
твердых
тел
,
в
том
числе
и
горных
пород
,
явля
-
ется
главной
причиной
того
,
что
по
отношению
к
ним
наблюдается
существен
-
ное
отклонение
от
закона
подобия
.
Это
невыполнение
является
следствием
геометрических
размеров
деформируемых
твердых
тел
,
и
в
связи
с
этим
,
при
-
чины
,
его
вызывающие
,
называют
масштабным
фактором
,
а
само
явление
-
масштабным
эффектом
.
Известен
масштабный
эффект
давно
.
Еще
в
1907
г
.
Дэниэлс
и
Мур
[151]
показали
,
что
с
увеличением
линейных
размеров
образцов
антрацита
прочность
Р
АЗДЕЛ
4
78
их
существенно
снижается
.
Первой
аналитической
работой
,
объясняющей
мас
-
штабный
эффект
,
имевший
место
в
опытах
со
стеклом
,
была
работа
А
.
Гриффитса
[152],
появившаяся
в
1921
г
.
Позднее
,
в
1933
г
.,
А
.
П
.
Александ
-
ров
и
С
.
Н
Журков
[85]
также
,
экспериментируя
подобно
А
.
Гриффитсу
со
стек
-
лянными
нитями
,
наиболее
полно
исследовали
зависимость
их
удельной
проч
-
ности
от
диаметра
.
Было
показано
,
что
с
увеличением
диаметра
средняя
проч
-
ность
нитей
уменьшается
с
одновременным
уменьшением
разброса
данных
.
Работами
А
.
Ф
.
Иоффе
и
его
учеников
[14]
было
установлена
интересная
и
важная
особенность
:
масштабный
эффект
существенно
проявляется
при
де
-
формировании
материалов
,
склонных
к
хрупкому
разрушению
,
и
значительно
менее
выражен
при
испытаниях
материалов
,
разрушающихся
вязко
.
Обширные
исследования
проявлений
масштабного
эффекта
по
отношению
к
металлам
были
выполнены
B.B.
Чечулиным
[141],
а
применительно
к
углям
–
С
.
Е
.
Чирковым
[153].
В
последней
работе
отмечается
,
что
все
исследователи
масштабного
эффекта
в
углях
приходят
к
единому
выводу
:
увеличение
разме
-
ров
испытуемых
образцов
приводит
к
существенному
снижению
их
прочности
.
Результаты
же
испытаний
горных
пород
и
некоторых
иных
материалов
,
выполненных
различными
авторами
на
геометрически
подобных
образцах
,
да
-
леко
не
столь
однозначны
.
По
итогам
их
можно
разделить
на
четыре
группы
:
–
с
увеличением
размеров
образцов
относительная
прочность
их
падает
[85, 154, 155
и
др
.];
–
с
увеличением
размеров
образцов
относительная
прочность
их
растет
[156-158];
–
с
увеличением
размеров
образцов
до
определенного
предела
относитель
-
ная
прочность
их
растет
,
а
затем
асимптотически
падает
до
некоторой
постоян
-
ной
величины
[159];
–
с
изменением
размеров
образцов
прочность
их
остается
постоянной
[160-
162].
Результаты
второй
группы
опытов
были
получены
при
испытаниях
образ
-
цов
каменной
соли
,
обладающей
существенной
вязкостью
.
Они
требуют
,
види
-
О
ЦЕНКА
ПРОЧНОСТИ
НЕОДНОРОДНЫХ
СРЕД
С
ДЕФЕКТНОЙ
СТРУКТУРОЙ
79
мо
,
особого
анализа
и
трактовки
.
Испытания
других
литологических
разностей
не
показали
однозначного
увеличения
относительной
прочности
с
увеличением
размеров
образцов
.
Результаты
опытов
,
отнесенные
к
четвертой
группе
,
немно
-
гочисленны
и
резко
отличаются
от
большинства
известных
аналогичных
иссле
-
дований
.
Анализируя
результаты
своих
опытов
и
известных
в
литературе
,
М
.
И
.
Койфман
в
1959
г
.
предложил
различать
масштабные
эффекты
первого
и
второго
рода
.
Масштабный
эффект
первого
рода
,
или
объемный
,
связан
со
структурной
неоднородностью
испытываемого
материала
,
наличием
случайно
распределен
-
ных
по
объему
дефектов
.
Масштабный
эффект
второго
рода
,
или
поверхностный
,
связан
с
качеством
обработки
поверхности
испытуемых
образцов
и
степенью
разрушения
(
дест
-
рукции
)
приповерхностного
слоя
.
Масштабный
эффект
первого
рода
М
.
И
.
Койфман
назвал
главным
[163].
Поверхностный
масштабный
эффект
существенно
сказывается
при
испытаниях
образцов
малых
размеров
.
В
зависимости
от
характера
поверхностных
дефек
-
тов
он
может
в
одних
случаях
усилить
главный
масштабный
эффект
,
а
в
других
–
уменьшить
.
При
переходе
же
от
образца
к
массиву
основным
является
глав
-
ный
масштабный
эффект
.
Интересная
классификация
проявлений
масштабного
эффекта
предложена
М
.
В
.
Рацем
[149, 164].
В
горных
породах
выделяются
неоднородности
четырех
порядков
в
зависимости
от
размеров
исследуемой
области
(
от
10
-6
до
10
6
см
).
Масштабный
эффект
проявляется
в
том
,
что
все
моменты
вероятностного
рас
-
пределения
конкретного
признака
изменяются
с
изменением
размеров
области
воздействия
.
В
соответствии
с
этим
выделяются
масштабные
эффекты
I, II
и
III
рода
,
которые
характеризуются
,
соответственно
,
распределениями
Вейбулла
,
логарифмически
нормальным
и
нормальным
.
Масштабный
эффект
I
рода
соот
-
ветствует
тому
,
который
имеет
место
при
испытаниях
породных
образцов
раз
-
ных
размеров
.