ДЕФОРМАЦИОННИ СВОЙСТВА НА СКАЛИТЕ И ПОЛУСКАЛИТЕ

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