Пластични и реологични свойства на скалите
Скалите, както и други материали, се деформират по различни начини при моментално и дългосрочно прилагане на товар, в резултат на което се появяват различните им свойства.
Пластмасов - явлението на нарастване на деформациите с леко нарастване на напрежението над границата на еластичност, без да се нарушава непрекъснатостта на скалата.
Пластичната деформация в скалите се причинява от вътрешно- и междузърнести приплъзване. Вътрешнозърнестият приплъзване се причинява от дислокации - измествания на една част от кристала спрямо друга.
Параметрите, характеризиращи пластичните свойства на скалата, трябва да включват модул на пластичност (Epl., Pa), което е съотношението на нарастването на напреженията в пластмасовата зона преди разрушаването на скалата към общата пластична деформация
. (5.3)
Параметри и могат да бъдат определени от графиката, показана на фигура 5.5.
Фигура 5.4 - Графика за изчисляване на модула на пластичност на проба от скала.
На графиката tga1 равен на модула на еластичност Е.; tga2 - модулът на тотални деформации преди разрушаване Едеф; tga3 - модул на пластичност Epl; tga4 - модулът за разпадане М носещата способност на скалата, която характеризира степента на крехкост на процеса на разрушаване на скалата (следователно тя се нарича още модул на крехкост).
Величината на модула на пластичност може да се използва за сравняване на относителната пластичност на скалите. Обикновено с увеличаване на крайната якост на едноосното компресиране коефициентът на пластичност намалява.
Пластичността зависи от минералния състав на скалите. Наличието на твърди кварцови зърна и полеви шпат в скалата намалява нейната пластичност. Пластичността на въглищата зависи от съдържанието на въглерод в тях.
Модулът на еластичност на по-пластичните скали обикновено е по-нисък от този на по-малко пластичните скали. С увеличаване на броя на пластичността на глините, тяхната свиваемост и водоустойчивост се увеличават.
Пластичността на скалите се увеличава с повишаване на температурата и всестранно налягане. Скалите, които се държат като чупливи при нормални условия, при повишено налягане и температури, придобиват изразени пластични свойства. Температурата ускорява (засилва) процеса на пластичния поток. Пластмасовите деформации при високи всестранни налягания се обясняват с факта, че при тези условия по-лесно могат да се появят вътрезърнести движения и измествания, които не водят до прекъсване и до появата на фрактури, т.е. до деструктивни деформации.
Реологична свойства на скалите - свойства, които характеризират изменението на деформациите и напреженията в скалите при продължително излагане на натоварвания.
Реологичните процеси в скалите обикновено се описват с помощта на конвенционално разграничени реологични явления: пълзене и релаксация на стреса.
Фигура 5.5 показва естеството на проявление на пълзене (а) и релаксация (б) в скалите във времето t.
Фигура 5.5 - Криви, характеризиращи проявата на пълзене и отпускане в твърди частици.
Пълзи - явлението на постепенно нарастване на скалните деформации във времето при постоянно напрежение, което не надвишава границата на еластичност.
Скоростта на развитие на пълзящи деформации, базирана на теорията за наследствеността, често се описва със следното уравнение
, (5.4)
където sτ - напрежения в скалата в момента на времето τ;
t е друг, по-голям от τ момент от времето;
α и δ - коефициенти на пълзене на ядрото за тази порода. Те са параметрите на това скално свойство; за скали α »0,7 и δ = (245) 10 -3 .
Релаксация на стреса - явлението на постепенно намаляване на напреженията в скалата с нейната постоянна деформация.
Релаксацията може да бъде представена по следния начин. Ако проба от скала е притисната между две равнини и се създадат условия, при които ε = const, тогава налягането върху равнината от страната на пробата в началния момент ще бъде равно на σ и с течение на времето ще намалее, като се стреми към определена стойност.
Уравненията на кривата на релаксация обикновено се дават в следната форма