Wytrzymałość skał na ściskanie jest różna i wynosi dla węgla 3 do 20 MPa. Badania laboratoryjne wskazują, że wytrzymałość na ściskanie wszystkich materiałów znacznie wzrasta, jeżeli boczne ścianki kostek poddane zostaną działaniu pewnego ciśnienia, a zatem wtedy gdy dana kostka znajduje się w trójwymiarowym stanie napięcia (rys. 6.8). Tak np. kostka węgla, która przy
Ma to zasadnicze znaczenie dla górotworu, gdyż stan napięcia w górotworze nie jest, jak to dawniej przypuszczano, jednoosiowy pionowy. Występują tu oprócz ciśnienia pionowego ciśnienia boczne, które powodują, że górotwór znajduje się w trójwymiarowym stanie napięcia, nie naruszonym robotami górniczymi. Stan napięcia jest spowodowany ciężarem skał. Ciśnienie to zwane pierwotnym zależy więc od głębokości i od ciężaru właściwego skał. Ponieważ kierunek działania siły ciężkości jest wyłącznie pionowy (dlatego też nazywa się ciśnieniem pionowym), można by sądzić, że wywołany przez nią stan napięcia będzie jednokierunkowy pionowy. Tymczasem tak nie jest. Pod wpływem ciężaru nadkładu poszczególne cząstki w caliźnie skalnej chcą jakby umknąć spod nacisku i usiłują ustąpić na boki, tzn. rozszerzyć wymiary poprzeczne, na co nie pozwalają im sąsiednie cząstki, które są przecież tak samo naciskane. W rezultacie do odkształcenia poprzecznego nie dochodzi, natomiast pomiędzy ścianami bocznymi powstają pewne ciśnienia (ciśnienie boczne), zależne zarówno od wielkości ciśnienia pionowego, jak też od tendencji cząstek do rozszerzenia się w płaszczyźnie poziomej. Tak więc stan napięcia w górotworze jest trójwymiarowy.
Największą wartość m ma piaskowiec, najmniejszą węgiel, zatem najmniejsze ciśnienie boczne występuje w piaskowcu, największe w pokładach węgla. Na małych głębokościach ciśnienie boczne jest znacznie mniejsze od pionowego, jednak wraz ze wzrostem głębokości liczba m stopniowo zdąża do wartości m = 2. Ciśnienie boczne dorównuje wówczas wielkości ciśnienia pionowego. Można to udowodnić na podstawie wzoru 6.6. Po przekształceniu wzoru 6.6 wynika, że wobec tego na dużych głębokościach będzie a więc ciśnienie boczne poziome będzie się równało pionowemu.
Leave a reply