Деформационные свойства скальных грунтов.

Скальные грунты относятся к группе твердых. Минеральные частицы скальных грунтов сцементированы между собой веществом, которое заполняет пустоты между частицами и образует твердое тело. Прочность скальных грунтов зависит от минералогического состава частиц, их твердости и растворимости, степени заполнения пор цементирующим веществом и прочности вещества. Показатели механической прочности скальных грунтов колеблются в больших пределах — от марки камня 1000 и более (граниты, базальты, песчаники и др. с однородной мелкозернистой структурой и кремнистой цементацией) до марки камня 50 и менее (ракушечник, туф и др.). Скальные грунты практически не сжимаемы под влиянием давления на них веса сооружения.

Деформационные свойства скальных пород разделяют на упругие, пластические и реологические. Вообще твердым горным породам присущи: 1. Упруго-линейные деформации, следующие почти мгновенно за приложением нагрузки и носящие обратимый характер. 2. Нелинейно-упругие деформации, особенностью которых является криволинейная зависимость между напряжением и деформацией. Кривая медленной разгрузки следует за кривой нагрузки в обратной последовательности и возвращается в точку О. Это называется последействием (прямым — при загрузке и обратил _при разгрузке). Особенностью упругого последействия является его зависимость не только от величины нагрузки, но и от длительности их действия. 3. Пластические деформации, происходящие длительное время за приложением нагрузки и носящие необратимый характер (остаточные деформации). Пластические деформации зависят от продолжительности действия, величины и скорости возрастания напряжений. Упругая часть деформаций связана с объемными деформациями (сжатием, растяжением) кристаллических решеток минералов. Природа неупругих деформаций значительно сложнее. Они связаны с так называемой девиаторной частью напряжений, т. е. напряжениями, изменяющими форму - тела. Неупругие (пластические) деформации поликристаллических тел в основном являются результатом следующих процессов: 1) сдвиговых деформаций минеральных зерен — явлений трансляции (внутрикристаллического скольжения), двойникования, изгиба, пластинообразования и некоторых других; 2) диффузионных процессов, имеющих место при наличии «вакантных» (т. е. не занятых атомами) мест в узлах кристаллических решеток минералов и других дефектов и происходящих в форме переноса вещества (атомов, ионов) путем последовательного замещения «вакантных» мест в направлении деформирующей силы; 3) пограничных процессов — явлений относительного перемещения зерен и блоков по плоскостям спайности, полигонизации (дробление зерен), рекристаллизации и некоторых других. Если напряжение, вызывающее пластические деформации, по своей величине не превышает предельного значения (предела прочности) и остается постоянным, скорость пластического течения во времени падает, т. е. наблюдается упрочнение породы в процессе пластической деформации. Оно происходит вследствие роста удельной площади истинных контактов минеральных зерен в процессе полигонизации и уплотнения. По мере упорядочения структуры при пластическом течении, развитии микротрещин и т. д. сопротивление породы к сдвигу постепенно ослабевает. Данное явление, имеющее место при напряжениях, превышающих предел прочности, называется раз-Упрочнением в процессе пластической деформации. Развитие Деформаций во времени в этом случае приводит в конечном счете к разрушению породы. Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации). Ползучесть и релаксация также как и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными, но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений.