Лако-красочные материалы — производство

Упругое поведение является наиболее характерной реакци­ей вещества Земли на механические воздействия в широком интервале напряжений, температур и длительности действия сил. Высокая упругость пород коры и мантии при сжатии и сдвиге в динамическом режиме проявляется в распространении сейсмических волн, а при более длительных нагрузках—в чандлеровских колебаниях полюсов и земных приливах. Упру­гие свойства твердых тел полностью описываются набором независимых упругих констант, число которых определяется степенью анизотропии и для изотропных кристаллов или агре­гатов равно двум.

Константы важнейших породообразующих минералов хоро­шо известны. Гидратация минералов, сопровождающаяся вхож­дением воды в кристаллическую решетку, приводит к измене­нию их упругих констант (обычно в сторону меньшей жестко­сти). Однако для геологии наибольший интерес представляют не свойства отдельных зерен, а эффективные константы агрега­тов, определяемые не только константами компонентов кри­сталлического скелета, но также размером и распределением лор, трещин и других нарушений сплошности. Среди экспери­ментальных методов определения упругих параметров пород особое значение имеет измерение скоростей продольных (Up) и поперечных (us) волн, связанных с модулем сдвига ц и моду­лем объемного сжатия К простыми соотношениями:

K=p(Vp2_ 4_Uj2)> (51)

Где p — плотность.

Так получена фактически вся информация об упругих свойствах вещества Земли в природных условиях, имеющая первостепенное значение, в частности, для сейсмологии.

Многочисленные лабораторные данные о влиянии свобод­ной воды на упругие свойства горных пород (библиография приводится, например, в ([243]) получены почти исключительно в экспериментах на образцах с определенной, обычно высокой, пористостью в сухом и водонасыщенном состоянии. Лишь в отдельных работах изучались эффекты, связанные с появлени­ем водных включений в сплошном материале [244, 245]. Зна­чения упругих констант влажных пород, как правило, лежат между значениями, характеризующими сухой скелет (fxs, Ks) И компактный поликристалл (fxc, Кс)• Во многих случаях моду­ли насыщенного пористого агрегата могут быть рассчитаны по уравнениям Гассмана [246]:

. „ „ *s+Q _ Kc(Kc-Ks)

^ ^ Q=* Т(Кс — Кш) ‘ (5-2>

Где т — пористость; Кш — модуль объемного сжатия воды.

Одцако чаще всего влияние водонасыщения на упругие константы и особенно на их зависимость от всестороннего дав­ления представляет собой гораздо более сложную картину и, по-видимому, определяется геометрией порового пространства [247]. Соотношения между напряжениями Р и деформациями Є Водонасыщенных упругих тел, согласно теории Био [243, 248], имеют вид

Рі}-РЬч Р Pbij

2[і + ЗК ЗН ‘

Где ^=’/3(^11+^22+^33); б;/ — символ Кронекера; р — давление поровой жидкости; 1/Я=1/К— 1/Кс

Эти соотношения могут быть записаны в виде обычного за­кона Гука для изотропного упругого твердого тела, в котором роль компонентов напряжений играют компоненты «эффектив­ного напряжения», определяемого как Р^—<хр§ц. Эксперимен­тальные данные для разнообразных горных пород, деформируе­мых как упруго, так и необратимо, во многих случаях соответ­ствуют условию а.= 1, известному как правило Терцаги, которое было предложено первоначально для грунтов и затем распрост­ранено на горные породы. Это правило равносильно утвержде­нию, что поровая жидкость не влияет на касательные компо­ненты напряжений и уменьшает нормальные компоненты на величину р.

Однако правило Терцаги соблюдается далеко не всегда. Условиями, ограничивающими его применимость, являются [249]: достаточная проницаемость твердого агрегата, необходи­мая для «дренажного» режима деформирования, при котором поровое давление постоянно; высокая пористость, обеспечиваю­щая равномерное давление жидкости на весь твердый скелет; отсутствие физико-Іхимических взаимодействий между жидкой и твердой фазами, т. е. чисто механическое влияние жидкости на каркас. В случае малопроницаемых пород важную роль играют также скорость деформирования [250] и геометрия по — рового пространства![247]. Несоблюдение правила Терцаги формально выражается отклонением коэффициента а от 1 в большую или меньшую сторону. Так, для малопроницаемых кристаллических пород глубоких частей Земли можно принять А = т. Несмотря на это, закономерности, справедливые при а=1, очень часто обсуждаются как универсальные, без необхо­димых оговорок, что приводит к широко распространенной переоценке роли порового давления при упругой и неупру­гой деформации пород в Земле. Корректное приложение теории упругости к водосодержащим пористым средам возможно лишь при наличии точных сведений об их дисперсной структуре, прежде всего о геометрии и распределении жидких включений. Для этого необходимо учитывать физико-химические особен­ности каждой конкретной гетерофазной системы.