Упругость

УПРУГОСТЬ горных пород (а. rock elasticity; н. Gesteinselastizitat; ф. elasticite des roches; и. elasticidad de rocas, flexibilidad de rocas) — свойство горных пород восстанавливать исходную форму и размеры после снятия механической нагрузки. Полное восстановление возможно только в случае, если не превышен предел упругой деформации. Им называется минимальное напряжение, при котором начинаются необратимые пластические деформации. Упругость оценивается параметрами упругости — коэффициентом пропорциональности между напряжениями и соответствующими им упругими деформациями. Для случая изотропных горных пород связь между напряжениями и деформациями выражается системой уравнений, куда входят три параметра упругости: модуль Юнга (Е), модуль сдвига (G) и коэффициент Пуассона (n), связанные между собой уравнением G = Е/2(1-2n).

Если горная порода находится в условиях равномерного всестороннего сжатия, то связь между напряжениями и относительным изменением её объёма оценивается модулем объёмного сжатия К: К=Е/3(1-2n). Наиболее вероятные значения модуля Юнга для горных пород 104-3•105 МПа. Коэффициент Пуассона — величина безразмерная, характеризующая прямую пропорциональную зависимость между поперечными и продольными деформациями горных пород (0,15-0,45). При уменьшении содержания кварца наблюдается возрастание модулей упругости. В слоистых горных породах существенна анизотропия упругости: вдоль слоистости, например, модуль Юнга в 1,2-2 раза выше, чем поперёк слоистости. Увеличение пористости горных пород снижает упругость, она уменьшается также при повышении температуры и влажности горных пород, увеличивается с повышением горного давления.

Упругость определяют физическими методами: статическим (нагружением под прессом и измерением упругих деформаций образца горных пород) и динамическим (измерением скоростей распространения упругих колебаний в горных породах). Существуют экспрессные методы определения упругости, например, по высоте отскока от породы алмазного бойка или шарика (метод А. Ф. Шора), и др. Упругость предопределяет эффективность разрушения горных пород механическими, а также термическими и электрическими методами. Она предопределяет также величину напряжённого состояния массивов горных пород. Массивы, обладающие высокими значениями параметров упругости, как правило, более опасны по горным ударам. Поэтому параметры упругости используются в расчётах по разрушению горных пород и массивов.