§ 4. Горные породы как объект механики

Горные породы — физические тела. В литосфере рни могут нахо­диться в зависимости от условий в твердом, жидком и промежуточ­ных состояниях.

Функции состояния тела, как известно, составляют: плотность, температура, внутренняя энергия, коэфициент теплопроводности и ве­личина напряжений под действием объемных и поверхностных сил (тензор напряжений). При исследованиях в механике горных пород часто оказывается достаточным ограничиваться давлением (тензор нап­ряжений), температурой и внутренней энергией.

Обычно приходится иметь дело с твердыми горными породами, т. е. с состоянием их, которое характеризуется, как и для всякого твердого тела, анизотропией свойств, упругостью формы и разрывом свойств при образовании этих тел из жидкого состояния.

Горные породы состоят из минеральных частиц (обломков, зерен,

кристаллов, неделимых), связанных между собою минеральным цемен-

i

том или давлением. Если связь между мяверальньИш частй&ашот* сутствует, то горная порода представляет механическое схоилёряё твердмх частиц или обломков (сыпучая порода).

Горные породы с цементом представляют собою связные теля. Связность их обязана сцеплению, т. е. действий сил молекулярно­го притяжения, обеспечивающих форму и целость образцов. Однако в строгом смысле горные породы в большинстве не являются сплошными телами, так как обычно включают поры и трещины.

Упругость формы определяет твердые горные породы как дефор­мируемые тела. При этом они являются неоднородными телами. Под действием одних и тех же напряжений горная порода во всех точ­ках обычно деформируется неодинаково. Это зависит от неоднород­ности минералогического состава породы и анизотропии свойств.

Анизотропия свойственна кристаллам.' Она заключается в том, что величины (константы), описывающие протекание в кристалле того или иного физического явления, представляются векториальными. Весьма немного горных пород принадлежит к аморфным телам (обси­диан, горный воск и др.)

Поскольку горные породы не являются в строгом смысле сплош­ными телами, постольку, казалось бы, нельзя применять к ним при теоретическом исследовании математических методов, основанных на теории непрерывных функций. Анизотропия и неоднородность также, строго говоря, исключают применение к горным породам классиче- t кой теории (упругости. Все это крайне ограничило бы средства ис­следования. Однако, если не преследовать целей большой точности и довольствоваться приближенными исследованиями, то и непрерывные функции, и теория упругости могут быть эф4 ективно использованы.

Действительно, горные породы в большинстве обладают незначи­тельной пористостью и без большой погрешности могут считаться сплошными телами. Дялее, ориентировка кристаллических компонен­тов в породе может быть самой разнообразной и в большинству слу­чаев такой, когда в образце все направления могут считаться равно- нравными, без выделения какого-либо одного или нескольких отлич­ных в отношении упругости и однородности направлений. Такие по­роды могут рассматриваться как квазиоднородные и квазизотропяые тела.

При экспериментальных исследованиях горные породы часто мо­гут быть рассматриваемы как одно- или многокомпонентные агрегаты или даже как грубодисперсные системы (минеральные дисперсо- иды).

Однокомпонентные минеральные агрегаты — простые горные поро­ды, многокомпонентные — сложные горные породы. Во всех случаях несущественные минеральные примеси, если количества их не пре­вышают определенной величины, обычно не принимаются во внимание.