загрузка...

Изменения деформационных параметров образцов при росте осевой нагрузки в условиях постоянного всестороннего сжатия

  Горные породы, расположенные на глубинах до нескольких десятков километров, находятся под действием двух факторов: первый всестороннее давление, обусловленное весом вышележащих пород, и второй — тектонические напряжения, характер которых определяется геодинамическим режимом развития регионов. Достаточно хорошо изучены статические характеристики образцов, полученные в условиях, моделирующих пластовые [Физи- ческие свойства..., 1964; 1971; 1976; 1984; 1988; Исследования..., 1977; Бакиев, Томашевская, Воларович, Бакиев Мелис, 1983; Мар- морштейн, 1985], но практически не исследованы их изменения во времени.
Результаты исследований, приведенные в первой и второй главах, показывают, что можно принять региональные тектонические напряжения и, естественно, всестороннее сжатие, постоянно действующими (мало изменяющимися во времени). Исходя из этого, были проведены эксперименты по длительному одноосному сжатию различных образцов горных пород в условиях постоянного квази- всестороннего давления.
Испытаниям были подвергнуты сухие и насыщенные влагой образцы, а также цельные и раздробленные образцы одной и той же широко распространенной горной породы — известняка. Это позволило провести физическое моделирование процессов деформирования как ненарушенных массивов горных пород, так и зон повышенной трещиноватости (разломов).
На первом этапе — этапе роста нагрузки, все образцы сжимались возрастающей одноосной нагрузкой до напряжений порядка 100 МПа, отвечающих условиям залегания пород на глубине несколько километров. В последующем, на этапе длительного действия постоянной нагрузки, образец подвергался в течение нескольких месяцев воздействию постоянного квазивсестороннего сжатия
Для проведения длительных испытаний была использована камера высокого давления установки УМГПМ [Жуков, Каррыев, Сердюков, Емельянов, 1992]. Камера имеет жесткий корпус, и ква-

зивсестороннее давление в ней обусловливается как воздействием на образец пуансона, передающего усилие, создаваемое прессом, так и воздействием реакции корпуса камеры на боковое расширение образца. Имевшаяся в образцах поровая жидкость постоянно находилась под давлением, которое измерялось манометром и могло регулироваться вентилем и подключенным к камере насосом.
Для расчета деформации измеряли перемещение пуансона, передающего нагрузку на образец от пресса. В сочетании с модернизированным прессом П-250, создающим длительно действующую нагрузку, камера квазивсестороннего сжатия позволяла проводить испытания образцов не только при растущем нагружении, но и при практически не меняющейся нагрузке, т.е. исследовать возникающие в них деформационные процессы параметрической природы.
Уже на этапе увеличения нагрузки видно, что процесс деформирования образцов протекает не идентично. Наличие влаги в образцах приводит к большей величине их деформирования по сравнению с сухими образцами (рис. 5.2) при одинаковой приложенной нагрузке.
Объясняется это тем, что присутствующая в образце влага действует как «смазка» и облегчает скольжение как отдельных
alt="" />
Рис. 5.2. Зависимость деформации различных образцов от напряжения при
росте нагрузки в условиях квазивсестороннего сжатия



фрагментов относительно друг друга в раздробленных образцах, так и перемещение берегов уже имеющихся и вновь возникающих трещин в цельных образцах. Также существенна роль влаги в качестве агрессивного фактора, способствующего возникновению «коррозии под напряжением» [Стеклов, 1990].
Несколько неожиданным представляется тот факт, что раздробленные образцы испытывают меньшую деформацию, чем цельные образцы. Казалось бы, что наличие большого числа составляющих фрагментов должно способствовать более легкому перемещению их относительно друг друга. Но, вероятно, исходно плотная упаковка этих фрагментов значительно затрудняет их дальнейшее перемещение в процессе увеличения сжатия раздробленного образца.
Следует отметить и явную нелинейность диаграммы «напряжение — деформация» при данных испытаниях у всех образцов, кроме сухого цельного образца, даже при относительно небольших нагрузках (см. рис. 5.2).
Анализируя временной ход деформации образцов во время этапа длительного приложения нагрузки, можно выделить в нем две стадии. Первая стадия — это стадия интенсивного деформирования [Баклашов, 1988], при которой скорость ползучести убывает (рис. 5.3). Продолжительность этой стадии от 2 до 6—7 сут. Деформация образца при этом достигает величины от 0,07 до 20 % в зависимости от типа образца.
Вторая стадия — стадия медленного деформирования или стадия установившейся ползучести. Продолжается она (рис. 5.4) вплоть до прекращения испытаний или до перехода в стадию неус- тановившейся ползучести, во время которой наблюдается интенсификация процесса разрушения [Жуков, Кузьмин, 2003а; 20036].
Процесс деформирования на обоих стадиях действия длительной нагрузки сильно зависит от состояния образцов. Скорость ползучести значительно увеличивается при насыщении образца водой.
Характер протекания процесса деформирования говорит о преобладающей роли в формировании этого процесса механизма «коррозии под напряжением». Процесс подготовки разрушения образца при этом состоит из периода зарождения трещин (это стадия установившейся ползучести), который определяется временем роста трещин до критического размера, после чего начинается лавинообразное механическое разрушение.





Анализ табл. 5.1 показывает, что влага в образце существенно изменяет характер его деформирования в сторону увеличения скорости ползучести. Скорость деформирования возрастает более чем на порядок у раздробленного образца и почти в три раза у цельного образца. Применяя полученные результаты к натурным условиям земных недр, можно предположить, что произойдет резкое повышение ползучести и интенсивное деформирование зон тектонических нарушений при насыщении их водой в условиях длительно действующих квазистатических тектонических напряжении.

Параметры стадии установившейся ползучести


экспе
римента

Состояние
образца

Влажность

Деформация,
%

Длительность,
сут

Скорость
ползучести,
КР'/сут

21

Цельный

Сухой

0,52

108

48

13

Раздробленный

Сgt;хой

0,06

106

5

17

Цельный

Влажный

0,042

30

140

12

Раздробленный

Влажный

1,40

76

200

Выявленная экспериментальным путем низкая скорость деформирования раздробленного сухого образца может проявиться в природных условиях как слабое деформирование зоны магистрального разрыва по сравнению с окружающими его горными породами, в случае отсутствия в нем влаги. При насыщении зоны разрыва влагой характер деформирования будет резко изменяться. Произойдет активное деформирование зоны магистрального разрыва и менее интенсивное деформирование окружающей среды. Поэтому можно сделать вывод о существенной роли флюидодинамики в формировании современной геодинамической активности разлом- ных зон. 
<< | >>
Источник: Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер.. 2012

Еще по теме Изменения деформационных параметров образцов при росте осевой нагрузки в условиях постоянного всестороннего сжатия:

  1. 5. Изменение условий трудового договора в связи с изменением организационных или технологических условий труда
  2. 4. ПОСТОЯННЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА ГОСУДАРСТВ ПРИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОРГАНИЗАЦИЯХ
  3. Гарантии при переводе на другую постоянную нижеоплачиваемую работу
  4. 3.1. Постоянные разницы и постоянные налоговые обязательства, их признание и отражение в бухгалтерском учете
  5. § 2. ГИПОТЕЗЫ СЖАТИЯ (КОНТРАКЦИОННЫЕ)
  6. Нормы нагрузки судебных приставов
  7. § 16. Изменение существенных условий трудового договора
  8. 1. Изменение условий трудового договора
  9. Изменение существенных условий трудового договора
  10. Изменение существенных условий трудового договора
  11. Изменение определенных сторонами условий трудового договора
  12. Условия, позволяющие ссылаться на коренное изменение обстоятельств
  13. ГЛАВА 19. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ РАБОТНИКА И ИЗМЕНЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДОВОГО ДОГОВОРА
  14. 3.5.7. Обучение на основе графических методов сжатия информации
  15. Как добиться результата в условиях изменений
  16. ВСЕСТОРОННИЙ И КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД
  17. Изменение объекта налогообложения при УСНО
  18. 3.7. Согласование условий аудита при повторяющемся аудите
  19. § 8. Оплата при отклонении от установленных условий труда