Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 1.

Гусак С. А. Оценка влияния температуры на физико-технические свойства горных пород Введение В течение нескольких лет в Горном институте КНЦ РАН проводились комплексные исследования по обоснованию методологии создания подземных комплексов для захоронения радиоактивных материалов и размещения атомных станций малой мощности в условиях Арктики. Некоторые результаты этих исследований опубликованы в ряде работ (см. например, Мельников и др., 2001; 2010; 2020). Значительное внимание в исследованиях Горного института было уделено тепловому воздействию на вмещающий породный массив, которое может способствовать развитию термомеханических эффектов в ближней зоне подземных объектов. Наряду с параметрами источника тепла существенное влияние на формирование температурного поля в породном массиве оказывают теплофизические свойства горной породы - коэффициент теплопроводности X, удельная теплоемкость С и плотность р. Модуль упругости породы Е и коэффициент линейного теплового расширения р определяют абсолютные значения термических напряжений, формирующихся в породном массиве под влиянием теплового поля. При этом повышенные температуры, которые характеризуют эксплуатационный режим подземного объекта, могут оказывать влияние на параметры физико-технических свойств горной породы. В настоящей работе выполнена оценка влияния температуры на физико-технические свойства скальных пород на примере гранитоидов, которые залегают в пределах Мурманского блока - одного из наиболее крупных тектонических подразделений Кольского мегаблока северо-восточной части Балтийского кристаллического щита. Осредненные экспериментальные данные, предоставленные Ковалевой Г. А., по минеральному составу и физическим свойствам выбранных типов гранитоидов, приведены в табл. 1 и 2. В табл. 2 в числителе приведены интервалы изменения исследованных свойств, а в знаменателе - их средние значения. Таблица 1. Средний минеральный состав гранитоидов, вес.% (данные Ковалевой Г. А.) Table 1. Average mineral composition o f granitoids, wt.% (data from Kovaleva G. A.) Порода Кварц Плагиоклаз Микроклин Биотит Роговая обманка Гранодиорит 5 60 15 7 13 Аляскитовый гранит 40 34 25 1 - Таблица 2. Физические свойства гранитоидов (данные Ковалевой Г. А.) Table 2. Physical properties of granitoids (data from Kovaleva G. A.) Порода р, г/см3 Е, ГПа V стСж, МПа Vp, км/с Гранодиорит 2,60-2,69 2,65 42-59 50 0,17-0,30 0,22 151-256 183 4,27-5,17 4,69 Аляскитовый гранит 2,55-2,59 2,56 41-59 50 0,17-0,29 0,23 202-329 241 4,59-5,21 4,80 Плотность рассматриваемых горных пород варьируется в достаточно узком интервале значений - от 2,55 до 2,69 г/см3, что при значительных вариациях минерального состава соответствует небольшим различиям в плотности основных породообразующих минералов. Более широкие вариации значений модуля упругости (от 41 до 59 ГПа) обусловлены зависимостью упругих свойств не только от минерального состава, но и от структурных факторов. Различия в прочностных свойствах горных пород также отражают особенности минерального состава и структурных ослаблений. Можно отметить, что аляскитовые граниты, для которых характерно достаточно высокое содержание наиболее прочного кварца и самое низкое содержание темноцветных минералов, а также относительно наименьшее проявление структурных ослаблений, отличаются наибольшей прочностью на сжатие. Материалы и методы В оценках параметров физических свойств гранитоидов были приняты параметры свойств породообразующих минералов при нормальных условиях, приведенные в табл. 3. Таблица 3. Параметры физических свойств породообразующих минералов (Наука..., 1969; Справочник..., 1975; Беликов и др., 1970; Дмитриев и др., 1969; Ф и зические., 1984; Horai, 1971) Table 3. Parameters of physical properties of rock-forming minerals ( Science ..., 1969; Handbook ..., 1975; Belikov et al., 1970; Dmitriev et al., 1969; P h y sica l., 1984; Horai, 1971) Минерал р, г/см3 X, В т/(мК ) С, Дж /(кгК) р-106, 1/К Е, ГПа V стСж, МПа Кварц 2,66 6,5 740 11,0 96 0,08 400 Плагиоклаз: олигоклаз 2,64 2,1 840 9,0 78 0,29 130 альбит 2,61 2,2 730 7,0 73 0,28 110 82