Page 1

Раздел II. Грунтознание

ВЪПРОС ПОЛУСКАЛИТЕ

10.

ДЕФОРМАЦИОННИ

СВОЙСТВА

НА

СКАЛИТЕ

И

Механичните свойства на скалите характеризират тяхното поведение при различни външни товари и се проявяват като съпротивление на скалите на обемни изменения и разрушение. Деформационните свойства характеризират поведението на скалите при натоварване, непревишаващо критичното и следователно неводещо до разрушаване. 1.Видове деформации Под действие на външни и вътрешни сили скалите се деформират. Изменението в размерите на тялото под външно натоварване е деформация. По направление спрямо товара деформациите биват осови (надлъжни) - Δl, напречни – Δd, ъглови или обемни (фиг. 10.1.) Отношението на изменението на размерите на натовареното тяло към първоначалните размери се нарича относителна деформация. Относителните деформации в механиката, инженерната геология и земната механика се обозначават с гръцката буква ε – епсилон. Относителните деформации са безразмерни величини. ∆l l ∆d εd =ε = d

εl = ε =

(10.1) (10.2)

Фиг. 10.1. Типове деформации а – осова и напречна; б - ъглова

При снемане на товара телата (в случая скалите) могат частично или изцяло да възстановят първоначалния си обем и форма. В зависимост от това деформациите биват еластични – обратими или пластични – необратими.

63


Раздел II. Грунтознание

Ако едно тяло е идеално еластично, то развитието на деформациите в него при натоварване и след премахване на товара би се подчинявало на закона на Хук (фиг. 10.2), т.е. има линейна зависимост между напрежения и деформации: σ = E.ε или ε =

σ

(10.3) E където ε – относителна деформация; σ – нормално напрежение (отношение на натоварването към площта на прилагане); Е – модул на еластичност (модул на Юнг).

Фиг. 10.2. Развитие на деформациите при идеално еластично тяло по закона на Хук.

В действителност развитието на деформациите при прилагане и снемане на товар не е линейно (фиг. 10.3). При последователно натоварване и разтоварване се получава хистерезисна (с формата на примка) крива, т. е. част от деформациите са необратими (пластични).

Фиг. 10.3. Зависимост между натоварването (нормалното напрежение - σ) и деформациите (εП – пластични деформации, εе – еластични деформации); Е — модули на еластичните деформации; (Е0 — начален, Е1 и Е2 — от кривите на разтоварване, Е – обобщен модул на еластичните деформации - от наклона на правата); М — модули на общите деформации (М1 – от средния наклон на тангентата към общата крива на натоварване, М – от отношението Δ σ / Δ σ); Г — модул на остатъчните деформации. 64


Раздел II. Грунтознание

Установена е стадийност в развитие на деформациите в скални образци (фиг. 10.4):

Фиг. 10.4. Схематични криви на осово напрежение — осова деформация и осова деформация — напречна деформация с разграничаване на 6 участъка, типични по характер на пукнатинообразуване (по Hallbauer, Wagner, Cook)

участък I — затваряне на съществуващите в образеца пукнатини; участък II — почти еластично състояние на скалите; участък III — нарастване на съществуващите пукнатини на приплъзване и поява на първите микропукнатини главно в централната част на образеца; участък IV — бързо увеличаване плътността на микропукнатините с приближаване към границата на якостта или разрушаването на образеца; установено е, че при достигане границата на якостта в централната част на образеца се образува макропукнатина, която при продължаване на натоварването се приближава към единия или към двата края на образеца; участък V — образуване на макропукнатини и бързо понижаване на носещата способност на образеца, което се обяснява с разрушаване на скални мостове по пътя на развитие на макро-разделителна повърхнина; участък VI — плъзгане по макропукнатината с нарастващо разрушаване и раздробяване. Основните деформационни свойства на скалите и скалните масиви са еластичността, пластичността, вискозността и пълзенето. 2. Основни деформационни характеристики За характеризиране на деформационните свойства на скалите се използват модулът на линейните деформации (модулът на еластичността), модулът на общите деформации, коефициентът на напречните деформации (коефициент на Поасон - Poisson), модулът на обемните и ъгловите деформации и др. Модулът на линейните деформации (Модул на еластичност, модул на Юнг) – E характеризира обратимите деформации в скалите: E=

σ εЕ

(10.4)

Модулът на общите деформации – М или Ео или Ед - характеризира общата деформация, включваща обратимата (εе) и остатъчната (εп) деформация: M=

σ εE + εП

(10.5) 65


Раздел II. Грунтознание

Модулът на остатъчните деформации – Г - характеризира пластичните деформации, които се отчитат след снемане на товара до нула: Г=

σ εП

(10.6)

Напречното деформиране (перпендикулярно на направлението на натоварването) се характеризира чрез коефициента на напречните деформации (коефициент на Поасон) - ν :

ν=

ε ε

(10.7)

където ε - относителна напречна деформация; ε – относителна осова деформация. Максималната стойност на коефициента на Поасон е 0,5. В проектирането деформационните модули дават възможност за бързо установяване на връзка между напрежения и деформации, предизвикани от натоварване на земната основа. Знаейки деформационния модул на дадена скала и неговото изменение при различни натоварвания, може бързо да се пресметнат деформациите, съответно сляганията или преместванията на земната основа, които биха се получили вследствие натоварването от дадено съоръжение.

66

ДЕФОРМАЦИОННИ СВОЙСТВА НА СКАЛИТЕ И ПОЛУСКАЛИТЕ  
ДЕФОРМАЦИОННИ СВОЙСТВА НА СКАЛИТЕ И ПОЛУСКАЛИТЕ  
Advertisement