Некоторые модели горных пород

НЕКОТОРЫЕ МОДЕЛИ ГОРНЫХ ПОРОД [c.55]

Для решения задачи предупреждения горных ударов важное значение имеет оценка деформационных свойств горных пород. Такая оценка возможна на основе общей модели горных пород как сплошной упругопластической среды. В таких средах при напряжениях, меньших некоторого напряжения а , как сжатие, так и разгрузки горных пород происходят упруго (рис. 56), а при а > Tj — примерно по закону [c.208]

Кроме математического моделирования сложной структуры порового пространства реальных горных пород достаточно широко развиты методы ее физического моделирования, направленные на установление механизма некоторых сложных явлений, происходящих в пористых средах. В связи с этим в книге уделяется определенное внимание экспериментальным исследованиям процессов массопереноса, упругой деформации и капиллярного вытеснения, выполненным на тех или иных физических структурных моделях горных пород. [c.6]

В настоящей главе рассматриваются важнейшие результаты математического и физического моделирования на некоторых простейших гранулярных структурных моделях горных пород. [c.7]

Система материальных точек, непрерывно заполняющая некоторую часть пространства, называется сплошной средой. Сплошная среда представляет собой модель реально существующих материалов, т.е. является определенной идеализацией, полезной для решения многих практических задач. Моделью сплошной среды пользуются для описания жидких тел (воды, нефти, нефтепродуктов и т.д.), твердых деформируемых тел (металлов, горных пород), а также газообразных веществ (воздуха, природного газа). Жидкость в гидромеханике рассматривается как сплошная среда, что очень удобно при использовании математического аппарата непрерывных функций. [c.5]

Идеализированная модель материала, принятая в механике сплошных сред, естественно, не отражает многих особенностей строения реальных тeJ . Поэтому результаты теоретических расчетов в большей или меньшей степени не совпадают с экспериментальными данными. Больш ие отклонения наблюдаются в том случае, когда для материала характерно наличие макродефектов — включений, пор и т. п,, приводящих к различию физических и механических свойств отдельных частиц. К таким материалам с несовершенной структурой прежде всего относятся большинство горных пород и бетонов, отдельные металлокерамические композиции и чугуны, некоторые термореактивные пластмассы и др. [c.134]

При исследовании действия взрыва в грунтах и горных породах широко использовалась модель идеальной несжимаемой жидкости (сам взрыв считался мгновенным). При этом распределение импульсов давления и скоростей в пространстве сразу после взрыва определяется из решения некоторой краевой задачи для уравнения Лапласа и может быть построено достаточно эффективно. Такой подход развивали М. А. Лаврентьев, а также О. Е. Власов (1945). Он имеет определенное физическое обоснование, так как давление в камере взрывания от взрыва обычных ВБ достигает десятков и сотен тысяч атмосфер, что намного превышает прочность горных пород. В рамках этого направления О. Е. Власов и С. А. Смирнов (1962) разработали теоретическую схему дробления горных пород взрывом сосредоточенных и удлиненных зарядов, нашли границы и объем зоны дробления, распределение крупности дробления, вероятностный гранулометрический состав раздробленной части горного массива, оценили продолжительность процесса дробления. При этом было существенно использовано введенное О. Е. Власовым представление о критической скорости разрушения. Согласно этому представлению размер кусков породы, образующихся вследствие взрыва, таков, что разность двух соседних кусков равна некоторой критической величине (своей для каждого материала). Эти расчеты позволили получить общее описание характера дробления породы при взрыве. Отметим, что проблема равномерного дробления (чтобы в результате взрыва не оставались куски породы, размер которых превышает некоторый предельный объем, допускаемый из технологических условий) чрезвычайно важна в горнодобывающей промышленности и решению ее было посвящено много экспериментальных и теоретических работ. [c.450]

Пористость в некоторых карбонатных породах обусловлена глазным образом изолированными полостями или пустотами, заполненными водой либо другими флюидами. Некоторые части мантии земли рассматриваются как частично расплавленные с изолированными скоплениями расплавленных пород, содержащихся в твердой матрице. Математическое описание упругого твердого тела, содержащего сферические или эллипсоидальные полости, является подходящей моделью для таких сред. Установлено, что при землетрясениях и обвалах горных пород напряжения вначале создают [c.81]

Горные породы - это тела с бесконечным многообразием реологических свойств, поэтому для описания их поведения могут быть использованы те или иные механические модели. При составлении модели нужно учитывать механические свойства минеральных агрегатов, составляющих породу, её структурные особенности, а также тип и характер цементирующего вещества. Горные породы и вязкоупругие жидкости могут быть представлены в виде некоторых комбинаций двух идеальных тел - вязкого (Ньютона N ) и упругого (Гука И ). Качественное описание реологического поведения подобных тел дают механические модели, в которых упругие свойства представлены пружиной, а вязкие -поршнем, движущемся в цилиндре, наполненном маслом (рис.8.4). [c.92]

Для тектонических трещин характерна прямолинейность и закономерное расположение в пространстве. Это можно отнести ко всем трещинам в горных породах, хотя для тектонических трещин отмеченные особенности наиболее характерны. Прямолинейность означает не только отсутствие существенных изгибов трещины, но и значительную ее протяженность. Длина трещины всегда на много порядков превышает ширину, или раскрытие. Причем величина раскрытия сохраняется в среднем постоянной на значительных отрезках или по всей длине трещины. Поэтому в некоторых инженерных задачах целесообразно рассмотрение гидравлики потока в одной или нескольких трещинах, а оценка потока подземных вод через массив возможна на основе анализа модели трещиноватости, отражающей закономерности строения сети трещин. [c.93]

Применение расчетно-экспериментального способа основано на теоретическом анализе некоторых модельных сред, в той или иной мере отражающих свойства горных пород, и последующей корректировке теоретических зависимостей в соответствии с результатами эксперимента. При этом в основе выбора соответствующей модели лежат общефизические представления о структуре и свойствах изучаемой среды, а при необходимости - и о характере их изменения в процессе производства стандартных испытаний. Теоретический расчет модели дает возможность установить, какие именно показатели состояния и свойств пород можно физически обоснованно определить по результатам сейсмоакустических измерений, а также какова структура искомых связей [12]. Экспериментальные данные привлекают ка заключительном этапе с целью получения окончательных расчетных соотношений путем корректировки теоретических зависимостей. В результате расчетные соотношения, полученные с помощью расчетно-экспериментального подхода, физически обоснованы и во многом универсальны, что позволяет (с некоторыми поправками) применять их при работе в различных условиях. [c.159]

Как уже указывалось, физическое моделирование на структурных гранулярных моделях неконсолидированных пористых сред может иметь две цели с одной стороны, подобные эксперименты должны определить границы применимости тех или иных структурных моделей реальных песчаных пород, с другой — физическое моделирование на гранулярных моделях может содействовать в установлении важных деталей механизмов некоторых процессов, происходящих в горных породах. [c.27]

Таким образом, показано, что прямые неодинаковые по сечению капилляры характеризуются значительными значениями извилистости. Отсюда вытекает, что под извилистостью действительно следует понимать некоторый параметр, связанный с увеличением гидродинамического сопротивления фильтрации в реальных пористых средах из-за сложности реальной структуры порового пространства. Однако если этот параметр можно определять какими-либо независимыми методами, то это должно значительно приблизить структурную капиллярную модель с переменной извилистостью к реальным сцементированным горным породам. [c.77]

Анализируя результаты исследований капиллярно-статистических моделей, можно сделать вывод, что они надежно устанавливают количественные связи между пористостью и кривой капиллярного давления, с одной стороны, и абсолютной и относительными фазовыми проницаемостями, фактором пористости и показателем сопротивления — с другой (см. рис. в.1). Что касается геометрии пор, то относительно нее сделаны лишь некоторые вероятностные предположения, общие для всех исследованных горных пород и не требующие специального определения. Это обстоятельство, несомненно, является значительным шагом вперед в развитии модельных представлений. Тем не менее, как и капиллярная модель с переменной извилистостью, для объяснения кривизны [c.91]

Итак, рассмотрим модель трещиноватой горной породы, представляющую собой некоторый непористый и непроницаемый материал, рассеченный системами трещин, каждая нз которых характеризуется определенными значениями густоты, раскрытия [c.135]

Трещинно-капиллярная модель анизотропных трещиноватых горных пород позволяет в некоторых случаях устанавливать связь между трещинными пористостью и проницаемостью. [c.151]

Структурные модели играют очень важную роль в понимании сложных механизмов некоторых явлений тепло- и массопереноса в горных породах. Так, сеточные модели позволили установить [c.235]

Первая расчетная модель представляет собой участок нефтенасыщенного пласта, горные породы кровли и подошвы, составляющие блок в виде призмы неограниченной длины (рис. 16.12) размеры по осям 2Ьх и 26у. Боковые поверхности образованы трещинами в горных породах. В этих тоещинах находятся забои некоторых или всех нагнетательных скважин. Предполагаем, что теплофизические свойства горных пород пласта, его кровли и подошвы одинаковы и являются постоянными. На боковых поверхностях блока поддерживается постоянная температура. Теплообмен между паром в трещине и блоком нефтенасыщенной породы осуществляется при ГУ III. [c.267]

Рассчитанные на модели колонки температуры рассола в межтрубном пространстве на отметках расчетных слоев устанавливаются в качестве постоянных во времени граничных условий в модели массива горных пород. По заданным граничным условиям производится расчет развития температурных полей в массиве горных пород в течение некоторого интервала времени определяемого максимально допустимым изменением уровня жидкости в первых узлах гидромодели. Эта величина, исходя из конкретных условий задачи и требований [c.399]

Если ударная волна сжатия имеет достаточно большую интенсивность, то разрушение (дробление) частицы происходит непосредственно на переднем фронте волны возмущения. В это м случае поверхность разрушения совпадает t фронтом ударной волны. Такую веяну будем называть волной дробления. Заметим, что для металлов и прочных горных пород ударные волны Вплоть до давлений порядка 10 кГ1см можно считать звуковыми. Если же интенсивность ударной волны недостаточно велика, ТО скорость распространения поверхности разрушения меньше скорости переднего фронта возмущения (ударной волны) и определяется дополнительным условием е). В этом случае вначале частица в 0-состоянии подвергается некоторому возмущению, находящемуся в упругой (или упруго-пластической) области затем начинается постепенное разрушение (т. е. развитие трещин), которое, наконец, достигает такого уровня,. что, если бы дальнейшее развитие трещин внезапно остановилось, то эту частицу все равно можно было бы отделить от тела ). Этот момент разделения рассматриваемого объема тела на несвязанные между собой части соответствует переходу из 0-СОСТОЯНИЯ в / -состояние. В дальнейшем продолжается дробление частицы, которое достигает тем большей степени, чем ближе она расположена к месту взрыва. Таким образом, поверхности разрушения в рассматриваемой модели придается геометрический смысл (как некоторой границы возможной полости в теле). Граница фактической полости реализуется как [c.454]

Это соотношение по структуре напоминает полученное в [11] соотношение, определяющее рост открытой магистральной трещины в пористой среде. В левую часть этих соотношений подобным образом входят задаваемые нагрузки, характерный размер дефекта (поры) и длина открытого участка трещины. Используя (12), можно произвести некоторые количественные оценки параметров рассмотренной модели. Если имеются данные о критической величине коэффищ1ента интенсивности напряжений, полученные в опытах по раскалыванию горной породы, то величину р можно оценить по данным испытаний горных пород на одноосное сжатие. Обозначим значение прочности горной породы на одноосное сжатие а р. Тогда из (11) следует р =2К с1па р. [c.163]

При подготовке монографии мы стремились сделать ее полезной как для специалистов, так и для заинтересованных представителей смежных профессий и студентов. Для полноты представления материала в первых двух главах кратко изложены сведения из механики сплошных сред в объеме, необходимом для обсуждения экспериментов, и обзор современных экспериментальных методов. В третьей и четвертой главах обсуждаются результаты экспериментальных исследований вязкоупруго-пластической деформации материалов различных классов в ударных волнах и расчетные модели неупругого деформирования. Сопротивление разрушению конденсированных сред в субмикросекундном диапазоне длительностей нагрузки изучается путем анализа откольных явлений при отражении импульса ударного сжатия от поверхности тела. Механизм и динамика откольного разрушения в конструкционных металлах и сплавах, пластичных и хрупких монокристаллах, керамиках и горных породах, стеклах, полимерах, эластомерах и жидкостях обсуждаются в пятой главе. В шестой главе представлено несколько наиболее важных примеров полиморфных превращений веществ в ударных волнах. Некоторые вопросы взаимодействия импульсов лазерного и корпускулярного излучения с веществом, что является одним из новых приложений физики ударных волн, обсуждаются в гл.7. Восьмая глава представляет собой обзор уравнений состояния и кинетики разложения взрывчатых веществ в ударных и детонационных вол- [c.7]

С. Григорян (1967) применительно к взрывам в прочных горных породах предложил использовать один вариант упруго-пластического тела, являющийся некоторым обобщением (наблюдаемой в опытах с мягкой сталью, но имеющей другие, более сложные закономерности) одномерной диаграммы а — е с фиксированным зубом . При этом распространяющаяся граница упругой и пластической зон будет линией разрыва напряжений и деформаций (фронт разрушения). Указанная модель представляет собой обобщение модели мягкого грунта, предложенной тем же автором в 1960 г., и построений В. П. Корявова (1962) и В. Н. Родионова (1962). [c.393]

В работах Л. Г. Седракяна (1958 и сл.) предложена статистическая теория деформирования и разрушения хрупких материалов, позволяющая выявить некоторые особенности сопротивления деформированию реальных конструкционных материалов типа чугуна, бетона, горных пород и др. В основе теории лежит схема идеально неоднородного материала, причем реальные характеристики деформирования зависят от одной произвольной функции (функция распределения неоднородности материала по данному признаку неоднородности) и постоянной материала (коэффициент трения), которые определяются из опыта. Эта модель позволяет объяснить постепенный характер процесса разрушения, усталостную и долговременную прочность, увеличение объема материала при его преимущественном сжатии, наличие нисходящей ветви диаграммы сжатия — растяжения и др. [c.408]

Главные особенности процесса распространения сейсмических волн, которые наблюдались экспериментально, можно было предсказать на основе идеально упругой модели Земли. Законы отражения, Преломления объемных волн и дисперсия поверхностных волн могут быть выведены с помощью уравнений упругости для сред с границами, выбранными с учетом имеющихся представлений о разрезе Земли. Однако имеются отличия между наблюдениями и теоретическим предсказанием, главное из которых состоит в более сильном уменьшении амплитуды наблюденных волн, чем это вытекает из геометрического расхождения и отражений на границах. Это дополнительное уменьшение амплитуды мы будем называть поглощением. Цель этой главы —обзор экспериментальных данных о Природе поглощения в горных породах и обсуждение некоторых теоретических моделей, предлагавшихся с целью генерализации экспериментальных данных и объяснения механизмов потери энергии. Ряд исследователей рассматривали эту проблему с почти одних и тех же позиций (21, 74, 1О0]. Недавнее собрание наиболее значительных трудов, снабженных прекрасными комментариями от редакторов [78], показывает современное состояние Проблемы поглощения сейсмических волн. Поскольку эта публикация и прекрасный обзор, выполненный Мавко и Нуром [100], содержат достаточно полную библиографию, в нашем изложении мы постараемся коснуться только наиболее полезных концепций и соотношений без детальных ссылок на литературные источники. [c.90]

Идеализированные модели пористых сред. Реальные горные породы имеют очень сложную геометрию (рис. 1.3) норового пространства или трещин. Кроме того, размеры частиц гранулярных коллекторов или трещин в трещиноватых породах меняются в очень широких пределах - от микрометров до сантиметров. Естественно, что математическое описание течения через столь хаотическую структуру невозможно и, следовательно, необходима некоторая идеализация структуры. [c.5]

В инженерной геодинамике применяются две разновидности количественных методов моделирования — детерминированное и вероятностное. Детерминированные модели основаны на функциональных связях между зависимыми переменными (функциями) и аргументами. Такие модели отражают реальные процессы упрощенно, например модель осадки грунтов под нагрузкой фундаментов, и обеспечивают большую точность прогнозов обычно лишь для процессов в однородной (квазиоднородной) среде. В приложении к склонам и откосам на детерминированных моделях решаются две основные задачи 1) условие предельного равновесия удовлетворяется в любой точке исследуемой части массива горных пород 2) условия предельного равновесия удовлетворяются лишь на внутренней границе некоторой области массива. В результате решения определяются 1) величина максимального нормального давления на горизонтальную поверхность массива, при котором откос заданной формы остается в предельном равновесии 2) форма равноустойчивого откоса, находящегося в предельном равновесии при заданном нормальном давлении на горизонтальную поверхность грунтового массива. [c.151]

Выбор геологического параметра определяется назначением модели, с одной стороны, и наличием соответствующей информации в архивных или литературных источниках — с другой. Например, если цель моделирования заключается в реконструкции палеогеографической обстановки седиментогенеза и раннего диагенеза, то для построения модели следует выбирать такой параметр, поле которого по своему характеру является сингенетическим. В этом случае структура поля будет отражать черты начальных этапов процессов литогенеза. Примером таких полей являются поля содержания какой-либо фракции гранулометрического состава или поля содержания некоторого первичного минерала в горных породах. В то же время моделирование полей влажности или прочности (эпигенетических) преследует иные цели. [c.208]

Рассматриваются вопросы физического и математического моделирования структуры порового пространства горных пород. Приведена классификация структурных моделей, на основе которых устанавливаются аналнгпческие связи между различным свойствам пород-коллекторов нефти и газа. Особое внимание уделено фильтрационным, емкостным, электрическим и деформационным характеристикам горных пород. Приводятся некоторые новые результаты теоретических и экспериментальных исследований механизмов фильтрации на гранулярных, капиллярных, трещинно-капиллярных и биокомпонеитных моделях структуры порового пространства. С помощью ново 1 нелинейно-упругой модели установлены связи между пористостью, сжимаемостью и тензорам проницаемости и удельного электрического сопротивления пород коллекторов нефти и газа в условиях сложнонапряжеиного состояния. На основе рассмотренных структурных моделей предлагаются новые методы изучения физическ 1Х свойств нефтяных н газовых коллекторов. [c.2]

Модифицированная формула Козени—Кармана и ее использование в исследованиях горных пород. Первые попытки распространения теории течения газа в тонких капиллярах на капиллярные модели пористых сред были предприняты X. Адзуми [1937 г.], а затем и Л. Клинкенбергом [1941 г.]. Для перехода от формулы (2.16) к формуле типа Козени—Кармана необходихмо воспользоваться предположениями И. Козени о связи капиллярной модели со свойствами моделируемой среды. Если капилляры в модели характеризуются некоторой извилистостью ф=//Л, то, переходя к скорости фильтрации в модели, из формулы (2.16) можно получить [c.52]

Если межзерновая проницаемость блоков сравнима с трещинной проницаемостью, суммарный установившийся фильтрационный поток будет просто складываться из порового и трещинного потоков. Но, как показывают многочисленные геологические и геоло-го-промысловые исследования [11, 22], трещины в горных породах распределяются не хаотически, а по определенным систехмам, при этом раскрытие трещин в пределах одной системы с достаточной точностью можно принять постоянным. Более того, на глубинах залегания продуктивных трещинных коллекторов раскрытия трещин в разных системах мало отличаются друг от друга и составляют в среднем 20—30 мкм. В этих условиях достаточно большая группа методов исследования дает возможность получить более или менее полную информацию о структуре трещинного (частный случай порового) пространства, что открывает новые пути для чисто теоретических расчетов фильтрационных и емкостных характеристик по данным геометрии трещин. Таким образом, структуру трещинно-порового пространства трещиноватых горных пород можно представить себе в виде некоторой структурной модели, состоящей из пористых блоков и рассекающих эти блоки трещин. Подобная модель должна прежде всего предусматривать установление количественных связей между параметрами трещиноватости (геометрией пор) горных пород и ее емкостными и фильтрационными свойствами (см. рис. в.1). [c.134]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...