Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Модуль упругости при сжатии
для некоторых минералов
Минерал
Модуль упругости,
Е
м
сж
·10
–6
, МПа
Кварц
7,9–10,0
Кальцит
5,8–9,0
Гипс
1,2–1,5
Каменная соль
2,4–2,6
 Таблица 
2.2
Модуль упругости при сжатии
для некоторых горных пород
Порода 
Модуль упругости,
Е
п
сж
·10
–6
, МПа
Глинистый сланец
1,5–2,5
Известняк
1,3–6,0
Доломит
2,1–16,5
Мрамор
3,9–9,2
Песчаник
3,3–7,8
Кварцит
7,5–10,0
Повышение песчанистости при прочих одинаковых условиях 
всегда ведет к увеличению модуля Юнга породы. Песчаники с кар-
бонатным цементом, как правило, имеют больший модуль упруго-
сти, чем песчаники с глинистым цементом.

---

2. Физико-механические и технологические свойства горных пород 
79
С увеличением карбонатности у глинистых сланцев модуль 
упругости резко возрастает.
Сложные породы характеризуются модулем упругости, пред-
ставляющим собой интегральную величину модулей упругости 
слагающих породу компонентов.
При прочих равных условиях модуль упругости мелкозерни-
стых пород больше, чем крупнозернистых.
Исследования влияния пористости на модуль упругости Е
сж
большого числа горных пород — кварцитов, мраморов, известня-
ков, доломитов позволили выявить следующее:
‰
у пород с равномерно распределенной пористостью значение 
Е
сж
закономерно понижается с увеличением пористости;
‰
породы одинаковой пористости, но разного минералогиче-
ского состава (кварциты, граниты, мраморы), имеют примерно 
одинаковый модуль упругости, что свидетельствует о превали-
рующем влиянии на модуль упругости пористости по сравнению 
с минералогическим составом (в пределах нагрузок испытаний 
10–100 МПа);
‰
при применявшихся в опытах нагрузках в условиях сжатия 
деформации образцов, видимо, происходили в основном за счет за-
крытия пустот в породе (пор, каверн и трещин).
Было выявлено также, что кристаллические решетки породо-
образующих минералов при испытаниях образцов пород не дефор-
мировались или деформировались незначительно.
Исключив из рассмотрения породы с пористостью меньше 1 %, 
Е
сж
остальных пород можно выразить зависимостью
 
Е
сж
= аbВ,
(2.6) 
где а, b — некоторые постоянные, зависящие, соответственно, от 
минералогического состава породы и способа определения Е
сж
.
Величина модуля упругости существенно зависит от направле-
ния действия деформирующих сил по отношению к слоистости по-
роды. Если модуль упругости, определяемый при сжатии породы 
перпендикулярно к плоскости напластования, обозначить Е
A
, а па-
раллельно плоскости напластования — Е
||
, то отношение Е
A
/Е
||
для 
глинистых сланцев будет равно 2 и более, для песчаников — 1,2, для 
алевролитов — 1,4. Отношение Е
A
/Е
|| 
характеризует степень упру-
гой анизотропии горных пород. 

---

80 I. 
Основные 
физико-механические свойства горных пород
На модуль упругости Е
сж
горных пород большое влияние ока-
зывает влажность. Так, например, в результате испытаний уста-
новлено, что при увеличении влажности глинистой породы от 3 до 
14 % Е
сж
уменьшился от 730 до 320 МПа, а при повышении влаж-
ности от 14 до 23 % — от 320 до 300 МПа.
В зависимости от величины модуля упругости породы подраз-
деляют на восемь категорий (табл. 2.3).
Таблица 2.3