Руйнування гірських порід.

Якщо напруга в деформованих гірських породах досягає межі міцності, породи починають руйнуватися. Для різних гірських порід межа міцності коливається в широких межах; якщо руйнування наступає одразу за пружною деформацією, то порода називається крихкою, якщо за пластичною деформацією – в’язкою.

М.В. Гзовський поділяє всі гірські породи на 4 категорії:

І категорія – породи з малою в’язкістю: глини, солі, гіпси, тонкошаруваті алевроліто-глинисті товщі.

ІІ категорія – тонкошаруваті вапняки, мергелі і піщано-глинисті товщі.

ІІІ категорія – слабошаруваті піщані, конгломератові і вулканогенні товщі.

ІV категорія – граніти, інші інтрузивні породи, гнейси і кристалічні сланці.

Розрізняють два види руйнування: відрив і сколювання.

Відрив або розрив відбувається під впливом сили, прикладеної перпендикулярно до поверхні відриву (рис. 6.2). Сколювання - це поділ тіла шляхом переміщення частин вздовж поверхні під впливом сили, дотичної до поверхні сколювання У випадку вигинання шару на зовнішній (опуклій) поверхні виникають розтягуючі зусилля, які приводять до утворення тріщин відриву, а на внутрішній поверхні (ввігнутій) виникають стискуючі зусилля, що, в свою чергу, приводить до утворення тріщин сколювання.

Розрізняють два види меж міцності: один для відриву, другий для сколювання. Руйнування при зростанні напруг відбувається по тому типу, для якого в даних умовах межа міцності нижче і досягається раніше.

Рисунок 6.2 - Схема крихкої руйнації при відриві (а) і сколюванні (б)

На характер руйнування впливають не тільки властивості матеріалу, але і зовнішні умови, від яких залежать ці властивості: температури, всебічний тиск, внутрішньопоровий тиск, швидкість деформацій.

Експериментальні і теоретичні дані фізичних умов деформації руйнування гірських порід і виникнення розривів можна узагальнити у вигляді наступних висновків:

1 У кожній породі можливий прояв двох типів руйнування – відриву і сколювання і відповідних їм двох міцностей – міцності на відрив і міцності на сколювання.

У гірських породах міцність на відрив як правило у 5-8 раз менше міцності на сколювання.

Головним фактором деформації є напруги, час і в’язкість порід. Деформація прямо пропорційна напрузі , часу її дії і обернено пропорційна в’язкості порід.

2 Величини напруг, які призводять до руйнування гірських порід, залежать від температури, тиску, циркулюючих і порових розчинів, складу парів і газів, тривалості деформації, а також від розмірів блоків порід, які піддаються деформації.

Із скороченням тривалості дії руйнуючих напруг, з ростом всебічного стискування і пониженням температури міцність порід збільшується.

3 Міцність порід може змінюватись в широких межах, в залежності від їх складу, структури, текстури, пористості, а також від особливостей історії їх формування.

4 Складний процес утворення тектонічних розривів розвивається у часі довго і нерівномірно, разом із пружною і пластичними деформаціями.

Поверхня розриву виникає не миттєво, а розвивається тривалий час, об’єднуючи дрібніші тріщини і порушення суцільності порід. Цей процес можна розділити на три етапи. Перший етап полягає у закладанні численних дрібних розривів, які розростаючись об’єднуються у тектонічні зони. На другому етапі починається швидка руйнація порід у проміжках між раніше утвореними дрібними розривами. В результаті формується крупний, складно побудований розрив. Якщо масштаби його значні, то розвантаження напруженого стану може проявитися в землетрусі. На третьому етапі розростання крупного розриву поступово уповільнюється.