Кіріспе. Тау жыныстарының физикасының мақсаты мен есептері
Жыныстардың пластикалық және реологиялық қасиеттері
жүктеу/скачать 281,03 Kb.
|
Лекции каз ФГП
| Жыныстардың пластикалық және реологиялық қасиеттері
Жыныстарға серпімділік шегінен асатын күшпен әсер ету қайтымсыз пластикалық деформацияны тудырады, яғни күш пен жыныс деформациясы шамасының арасындағы пропорционалдық жоғалады. Деформациясының өсу жылдамдығы күштер өскенде ғана емес, тұрақты немесе азайған күштермен әсер еткенде де ұлғаятыны байқалады. Жыныстардағы пластикалық деформация түйір ішіндегі және түйір аралық сырғанаулардан туындайды (атомдардың кристалдық тор ішінде бірінен біріне сырғанауы, түйірлердің күш әсерінен белгілі бір жарықшақпен және белгілі бір бағытта жылжуы). Түйір ішіндегі сырғанауда негізгі қызметті атқаратын дислокациалар - кристалл бөлігінің екіншісіне салыстырмалы немесе артық атомның жазықтық бойымен өтетін бұрмалау сызығына салыстырмалы жылжуы. Бірақ түйір шекарасынан немесе жазықтығынан шыққан дислокация одан әрі қарай пластикалық деформацияға қатыспайды. Түйір ішінде дислокация тығыздығы азайып пластикалық деформация өшеді. Сол үшін де жыныста деформацияны сақтап тұру үшін кернеуді өсіріп отыру керек. Пластикалық деформация дененің тұтастығын бұзбай өтеді. Бірақ жыныста қарастырылатын пластикалық, шынайы пластикалық түсінігіне дәл сәйкес келмейді, себебі нақтырақ айтсақ, жыныста қалдық деформация тудыратын бір қатар құбылыстарды (қысу, майыстыру, блоктардың өзара қозғалысы және т.б.), бұзу құбылыстарына (квазипластикалық) жатқызу керек. Егер пластикалық деформация аймағындағы кернеу мен салыстырмалы деформация арасындағы байланысты E1=f()≠const коэффициенті арқылы берсек, онда E1 деформацияның қиынды модулі деп аталатын және E≥E1≥0 аралығында болады. Деформацияның шекті қиынды модулі - пластикалық зонадағы (жыныстың бұзылу моментіне дейін) кернеудің өсуінің толық плистикалық деформацияға қатынасы: (8.9) пластикалықгың модулі деп аталады (3.9 сурет). Идеал пластикалық дене үшін ЕПЛ. Егер графиктің соңғы нүктесін (үлгінің бұзылуы) координат басымен түзу сызық арқылы қосса, онда пайда болған α1 бұрыштың тангенсі толық деформация модулі Едеф деп аталады. Ол максимал (бұзушы) кернеудің σқысу толық салыстырмалы деформацияға қатынасына б (8.10) Тау-кен жыныстарының пластикалылығы олардың минералдық құрамына байланысты. Жыныста кварцтың қатты түйірлерінің болуы, дала шпатының пластикалылығын кемітеді. Көмірдің пластикалық қасиеті, оның құрамындағы көміртегінің мөлшерінен байланысты екендігі байқалады. Аз метаморфты көмірден антрацит өткенге дейін оның пластикалығы 30 есе азаяды. Жыныстың пластикалығының өсуі, оның серпімділік модулінің кемуімен қатар жүреді. Ал Пуассон коэффициенті жыныстың пластикалық өсуімен бірге өсіп отырады. Күштің жынысқа ұзақ уақыт әсері оның кернеулі-деформациясының күйін өзгертеді. Егер жыныс бөлшектерінің еркін қозғалуы мүмкін болса, онда оның үздіксіз деформациялануы байқалады. Сыртқы күштердің әсері тоқтамаса да, жыныста деформация шамасы шектеулі болса, кернеудің төмендеуі байқалады. Тау-кен жыныстарындағы күштің әсерімен деформация мен кернеудің уақыт бойынша өзгеруі оның реологиялық қасиеттері арқылы беріледі. Деформацияланған уақыт бойынша [әрдайым] өсуі жыныстың сырғығыштығы (крип) деп аталады. Сырғыштық құбылыс дегеніміз - бұл да тау-кен жыныстарының пластикалық деформациялануы, тек белгілі бір уақыт аралағында болады. Сырғығыштың серпімділік шегінен аспайтын күштердің әсерінен де бола беруі мүмкін. Сырғығыштық қисығы деформацияның үш негізгі сатысына сәйкес келетін үш бөліктен тұрады (3.10 сурет): І - жыныстың тұрақсыз сырғығыштығы; ІІ- тұрақты күш кезінде пластикалық ағынның тұрақтанған күйі; ІІІ - деформация жылдамдығының өсуі және жыныстың бұзылу сәті. Жыныстардың деформациялану жылдамдығы серпімді Е және П шастикалық деформациялану жылдамдықтарының қосындысы болады (8.11) Е =σ/E болса, ал пластикалық ағынның жылдамдығы dn·3/dt түсірілген шамасына тура пропорционал болады (8.12) мұндағы η- тұтқырлық коэффициенті η=Εt0; t0- тұрақты, бастапқы теңдеуіміз мынадай түрге келеді (8.13) (3.35) тендеуі сырғығышштық теңдеуі деп аталады. Егер dσ/dt=0, яғни кернеу уақыт бойынша өзгеріске ұшырамаса, онда (8.14) Онда, бұл жағдайда жыныстың кернеуге байланысты, белгілі бір жылдамдық бойынша үдзіксіз деформациялануы болады. Бұл жағдайда σ байланысты белгілі-бір жылдамдықпен жыныстар деформациялана- ды. Теориясы бойынша, егер уақыт і бойы әсер ететін кернеу уақыт моментінде τ түсірілсе, онда деформациясы уақыт моментінде σ(τ) және айырмасына байланысты (t-τ). Бұдан шығатыны, (2.29) теңдеуіндегі екінші мүше келесі түрде жазылады: (8.15) L(t-τ) функциясы сырғығыштың ядросы деп аталады, жыныстардың түріне байланысты (8.16) мұндағы σ>0 және α>0 - сырғығыштық шамалары. Жыныстар үшін α≈0,7; δ≈(2÷5)·10-3 Сырғығыштың ядросының экспоненциалды түрі де болады (8.17) мұндағы a және b - сырғығыштықтың кейбір шамалары. Сырғығыштың саздарға, аргиллиттерге, сазды тақтатастарға тән. Кривой Рог жыныстары (кварцсерициттік тақтатас, гидрогематиттік мүйізтас, арказды құмтас) бастапқы, бір сәттегі серпілуі деформацияның 20-35%-ын құрайтын сырғығыштыққа ие, және де деформацияның көбі күш түсірілудің 1,5 - 2 сөткесінде болады (3.11 сурет). Сырғығыштық күштің түсірілу бағытына байланысты, сырғу деформациясы εп шамасының көбірегі қабатқа перпендикуляр күш түсірілген де байқалады және де εп εп11 қатынасы 1,5-ге дейін жетеді (3.11, б суретін караңыз). Бұл бағытта серпімді деформациясының да үлкен екені белгілі. Егер (2.28) теңдеуінде dεdt=0 деп алсақ, яғни үлгідегі уақыт бойынша өзгермейтін деформация, онда теңдеудің шешуі келесідей болады (8.18) яғни кернеудің уақыт бойынша төмендеуі байқалуы тиіс. Сырғығыштыққа кері мұндай құбылыс - жыныстың тұрақты деформациялануы кезінде кернеудің төмендеуі кернеу релаксациясы деп аталады. Релаксация дегеніміз пластикалық деформацияның өсуіне пропорционал келмейтін кернеу кезіндегі сырғығыштық. Сырғығыштың және релаксация-реологиялық процестің екі түрде көрінуі. Бастапқы сәтте пайда болған релаксация кезінде серпімді деформация біртіндеп пластикалық деформацияға өтеді. Нәтижесінде күш әсерін тоқтатқан да үлгі өзінің бастапқы қалпына келмейді, тіпті бастапқы кернеу жыныстың серпімділік шегінен аспаса да. Көп жағдайда σ және t арасындағы байланыс экспоненциалды сипатта болатыны анықталған. (8.19) мұндағы σ0 - үлгідегі бастапқы кернеу; τ0 - релаксация периоды, жыныстағы кернеу е азайатын уақыт. Көптеген тау-кен жыныстарының релаксация периоды өте үлкен. Мысалы, тасты грунттарда 100-1000 жыл, әйнекте - 100 жыл болса, суда τ0≈10-11 с. Сондықтан күш түсіру уақыты аз кезде, жыныстың реологиялық R (%) қасиеттерін сипаттау үшін жыныста белгілі бір t уақыт ретінде (апта, ай және т.б.) кернеудің төмендеуінің салыстырмалы көрсеткішін жиі пайдаланады. (8.20) жүктеу/скачать 281,03 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|