Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Физические, водные и механические свойства горных пород и техногенных отложений





Физико-механическими свойствами горных пород называют такие, которые определяют их физическое состояние, отношение к воде и закономерности изменчивости, прочности и деформации. Соответственно различают свойства пород физические, водные и механические. Их выражают с помощью определенных показателей, позволяющих количественно оценить свойства горных пород и развитие неблагоприятных геологических явлений при решении многих инженерно-геологических задач.

В горно-геологической практике изучения и оценки состава, состояния и свойств горных пород одной из первых предложена инженерно-геологическая классификация Ф.П. Саваренского - В.Д. Ломтадзе, учитывающая как генетические и петрографические особенности пород, так и их важнейшие физические, водные и механические свойства (табл. ).


Инженерно-геологическая классификация горных пород

(по Ф.П.Саваренскому с дополнениями В.Д.Ломтадзе)

Таблица 4.1.

Группа горных пород   Генетические типы
  Магматические Метаморфические   Осадочные
  Глубин-ные ин-трузивные Полуглубинные и жильные Излившиеся -эффузивные Массивные Сланцеватые Пирокластические Обломочные Глинистые Органогенные и хемогенные
I. Твердые скальные Граниты, сиениты гранодио-риты, габбро Гранит-порфиры сиенит-порфиры диорит-порфири- ты, габбро-порфириты Кварцевые и бескварцевые порфиры и порфириты, диабазы, ли-париты, тра-хиты, дациты, андезиты,базальты Мраморы кварциты Гнейсы кристалличе-ские сланцы   Песчаники и конгломераты с прочным цементом   Известняки и доломиты плотные и прочные
II. Относительно твердые Полускальные Выветрелые, сильнотрещиноватые и закарстованные породы 1 группы, с пониженными показателями физико-механических свойств Вулканические ту-фы, туффиты и ту-фогенные породы Песчаники, конгломераты и алевролиты с глинистым цементом Глинистые сланцы, аргиллиты Известняки и доломиты, глинистые мергели, мел, кремнистые породы
III. Рыхлые несвязные - - - - - - Пески, гравий, галечники, щебнистые породы - -
IV. Мягкие связные - - - - - - - Глины, су-глинки, супе-си, лессовые породы -
V. Породы особого состава состояния и свойств Мерзлые породы, резко изменяющие прочность, деформируемость и устойчивость при оттаивании   Пески-плывуны, песчаные илы Глинистые породы засоленные, глинистые илы Торфы, почвы, гипсы, ангидриты, каменная соль

Продолжение таблицы 1

Группа Физические и водные свойства
  физические водные  
Плотность высокая (2,65-3,10 г/см3), пористость незначительная - доли процента Невлагоемкие, нерастворимые, водопроницаемы по трещинам. Коэффициент фильтрации (Кф) до 10 м/сут, удельное водопоглощение (w) < 5 л/мин  
Плотность средняя (2,20-2,65 г/см3), пористость до 15%. Скважность изменяется в широких пределах. Слабовлагоемкие. Водопроницаемость зависит от трещиноватости и выветрелости. Кф изменяется от 0,5 до 0,30 м/сут (w до 15 л/мин) у слабо- и средне водопроницаемых и Кф > 30 м/сут (w) > 15 л/мин) у сильноводопроницаемых.  
III Плотность (1,40-1,90 г/см3, пористость (25-40%) Невлагоемкие, слабовлагоемкие, практически нерастворимые, водопроницаемые Кф менее 30 м/сут у слабо- и средне-водопроницаемых и превышает 30 м/сут у сильно-водопроницаемых.  
IV Плотность 1,10-1,20 до 1,90-2,10 г/см3, пористость (20-30 до 70-80%), влажность (12-15 до 75-80%) Влагоемкие, нерастворимые, слабоводопроницаемые или водоупорные, Кф < 0,1 м/сут  
V Горные породы характеризуются специфическими свойствами, требуют специальных методов исследований и индивидуальной оценки  

 

 

Продолжение таблицы 1

Группа механические свойства
I Прочность, упругость высокие. Сопротивление сжатию 59-400 Мпа, скалыванию 20-100 Мпа, разрыву 2-15 Мпа. Несжимаемы, устойчивы в откосах. Модуль общей деформации (Ео) > 10.000 Мпа. Скорость распространения продольных волн (Vp) изменяется от 4,0 - 7.0 км/с, сейсмическая жесткость 10-12. Коэффициент сдвига бетона по этим породам 0,65 – 0,70. Крепость высокая f кр > 8. Разрабатываются взрывным способом. Характерна анизотропия свойств в условиях естественного залегания.
II Прочные - сопротивление сжатию 1,5-50 Мпа, средней прочности -2,5 - 15 Мпа и малой прочности < 2,5 Мпа. Сопротивление скалыванию превышае 5 Мпа у прочных от 1 - 5 Мпа, у пород средней прочности и менее 1 Мпа у слабых. Сопротивление разрыву от 0,1-0,2 - 2-3 Мпа. Слабосжимаемы или практически несжимаемы. Модуль общей деформации от 2000 до 100000 Мпа. Скорость распространения продольных волн (Vр) от 1,1 до 4,5 км/с, сейсмическая жесткость от 2 до 12. Устойчивость в откосах зависит от трещиноватости и выветрелости. Крепость (f кр) = 2- 8. Разрабатываются механическими и взрывными способами. Характерна анихотропия свойств в условиях естественного залегания. Многие разности обладают реологическими свойствами.
III Прочность зависит от плотности сложения. Крепость небольшая (f кр) < 2. Сжимаемы. Модуль общей деформации 5 – 100 Мпа. Скорость распространения продольных волн 0,2-1,8 км/с, сейсмическая жесткость 0,5-4,8. Коэффициент внутреннего трения f =0,25 - 0,60. Разрабатываются механическим и ручным способами.
IV Прочность зависит от влажности и плотности. Крепость небольшая (f кр) < 2. Сжимаемы и сильно сжимаемы, модуль общей деформации изменяется от 5 до 100 Мпа. Скорость распространения продольных волн изменяется от 0,3 до 2,2 км/с, сейсмическая жесткость от 0,8 до 5,9. Коэффициент внутреннего трения мал f = 0,15 -0,33. Устойчивость в откосах зависит от влажности пород и высоты откоса. Разрабатываются механическим и ручным способами. Характерны реалогические свойства.
V Горные породы характеризуются специфическими свойствами, требуют специальных методов исследований и индивидуальной оценки

Ниже дана краткая характеристика физических, водных и механических свойств инженерно-геологических типов горных пород – скальных, полускальных, рыхлых несвязных, мягких связных и техногенных отложений.

Скальные породы представлены магматическими (глубинные интрузивные, полуглубинные жильные и эффузивные), метаморфическими (массивные и сланцеватые) и некоторыми осадочными (песчаники, конгломераты, известняки, доломиты) образованиями. Они монолитны и обладают большой сопротивляемостью внешним воздействиям, высокой плотностью (2,65 – 3,10 г/см3), низкой пористостью и трещиноватостью, практически не влагоемки и водонепроницаемы, водоустойчивость их высока, коэффициент размягчаемости больше 0,9. В соответствии с рекомендациями СНИПов скальные породы разделяются на очень прочные (Rc > 120 Мпа), прочные (Rc = 120-50 Мпа) и малопрочные (Rc < 15 – 5). Угол внутреннего трения скальных пород изменяется в пределах 25-38о, а коэффициент поперечных деформаций колеблется в пределах 0,1-0,2. Коэффициент крепости по Протодьяконову для скальных пород больше 8.

Итак, для скальных пород характерна высокая прочность и устойчивость, низкая деформируемость и водопроницаемость.

 

Полускальные породы включают магматические, метаморфические и осадочные оборазования сцементированные, повышенной трещиноватости и выветрелости; породы обломочные слабосцементированные; породы глинистые высокой плотности; породы органогенные, органогенно-химические, пирокластические сцементированные.

В.Д.Ломтадзе отличает скальные породы от полускальных по величине прочности на сжатие, составляющей - 50 МПа, выделяя при этом три подгруппы полускальных пород; прочные (Rс>50-15 МПа), средней прочности (Rc = 15-2,5 МПа) и малой прочности (Rc< 2,5 МПа).

Характеризуя эти породы в целом, В.Д.Ломтадзе отмечает их пониженную плотность (2,20-2,65 г/см3), наличие пористости 15-35% и естественной влажности 15-20%; слабую влагоемкость и водопроницаемость, изменяющуюся в зависимости от трещиноватости и выветрелости. Коэффициент фильтрации (Кф) изменяется в пределах 0,5-30 м/сут. Полускальные породы слабосжимаемы, модуль общей деформации меньше 2 тыс. МПА, коэффициент Пуассона изменяется от 0,15 до 0,4 из-за большого разнообразия состава и физического состояния пород, прочность на сжатие изменяется (Rc 2,5 – 5,0 Мпа). Крепость пород средняя (f кр = 2-8). При взаимодействии с водой полускальные породы теряют свою прочность и деформируемость, коэффициент размягчаемости изменяется от 0,75 до 0,5 и менее. Для песчаников с глинистым цементом характерно набухание и размокание в воде, что приводит к потере их устойчивости в откосах и горных выработках.

Следовательно, полускальные породы в отличие от скальных характеризуются нарушением сплошности и изменчивостью состава, что приводит к уменьшению их прочности и устойчивости, к деформируемости и водопроницаемости.

Рыхлые несвязные породы объединяют породы осадочного генезиса - обломочные образования: песок, галька, гравий их отличает отсутствие структурных связей.

Физическое состояние песков обычно характеризуется степенью влажности (G), относительной плотностью (Jd) и коэффициентом уплотняемости (U).

По степени влажности различают маловлажные (G <.0,5), влажные (G = 0,5-0,8) и водонасыщенные (G >0,8¸1,0) породы. Относительная плотность песков определяется характеризует естественное состояние песка по его плотности: плотный (Jd > 0,66), средней плотности (Jd = 0,33 – 0,66) и рыхлых (Jd < 0,33).

Коэффициент уплотняемости характеризует способность данного песка уплотняться. Чем выше этот показатель, тем больше способность песка к уплотнению. Прочность песчаных пород оценивается по их сопротивлению сдвигу. Для обломочных пород, у которых нет структурных связей между частицами, используют только один показатель – угол внутреннего трения, величина которого зависит от состава, формы и размеров слагающих частиц (обломков) и от плотности их упаковки. В современных СНИПах приводятся следующие значения углов внутреннего трения в зависимости от крупности песков разной плотности (с увеличением плотности от увеличивается): гравелистые и крупные – 38 – 430 , средней крупности – 35 – 400, мелкие – 28 – 380 и пылеватые – 26 – 360.

Таким образом, участки распространения рыхлых несвязных пород отличаются большой изменчивостью физического состояния и свойств, что требует массовых определений инженерно-геологических показателей при их освоении.

К мягким связным породам относятся глинистые (глины, супеси, суглинки) образования элювиального, делювиального, аллювиального, озерного, морского и другого генезиса. Характерной особенностью этих пород является присутствие в составе значительного количества тонкодисперсных частиц. состоящих из глинистых минералов, преимущественно каолинита, гидрослюд и монтмориллонита. Минеральный состав и петрографические особенности глинистых пород играют главную роль в формировании физико-механических свойств. Для них важное значение приобретают влажность, пористость, консистенция, которые в значительной степени характеризуют прочность, деформируемость, устойчивость глинистых пород.

Физическое состояние глинистых пород зависит от влажности и плотности и может быть количественно оценено тремя основными показателями: степенью влажности (G), степенью уплотненности (Kd) и показателем консистенции ( ВL ). По степени влажности, как и для песчаных пород, различают маловлажные (G < 0,5), влажные (G = 0,5 - 0,8) и водонасыщенные (G <0,8 - 1,0) глинистые породы.

По степени уплотненноcти (по В.А.Приклонскому) глинистые породы делятся на рыхлые (Kd<0), начальной стадии уплотнения (Kd =0), средней уплотненности (0<Kd<1), плотные (Kd=1) и переуплотненные (Kd>1)

В зависимости от численных значений показателя консистенции различают породы твердой (BL < 0), пластичной (0 < BL < 1) и текучей (BL > 1) консистенции.

Прочность глинистых пород оценивают их сопротивлением cдвигу в условиях плоского или напряженного состояния. Показателем этого сопротивления являются угол внутреннего трения (р) и сцепление (С), которые изменяются в широких пределах: 5 – 280 и 0,01 – 0,2 Мпа соответственно.

Изучение условий проходки горных выработок в глинистых породах требуют проведения специальных лабораторных и полевых опытных испытаний по определению деформационных и прочностных показателей.

Техногенные отложения вместе с многолетнемерзлыми породами составляют в классификации породы особого состава, состояния и свойств. Это насыпные и намывные отложения, образующие в результате складирования отходов горного производства и создания намывных территорий при строительстве.

Так, под солеотходы калийного производства в районе комбинатов "Беларуськалий" и "Уралкалий" в 1990г. занято свыше 3 тыс .га, при этом количество только готовых отходов составляет более 1 млрд.т.

Проблема изучения состава и свойств насыпных и намывных отложений остро встает в связи с прогнозом устойчивости этих сооружений (отвалов, шламохранилищ и т.д.). В связи с этим представляют интерес показатели физико-механических свойств пород на разрабатываемых калийных месторождениях в Белоруссии и на Урале.

Насыпные породы состоят из кристаллов галита (размером 0,05-1,0 мм) и небольшого (до 5%) количества нерастворимых глинистых частиц диаметром менее 0,002 мм. Плотность минеральной части породы - 2,16-2,17 г/см3, а плотность формирующейся породы 1,б-1,8 г/см3. В отвалах породы имеют j = 40¸50°и С = 0,01-1,0 Мпа.

Опыт показывает, что изучение свойств пород отвалов на месторождениях представляет большой практический интерес в связи с необходимостью оценки их устойчивости, проектирования мероприятий для предупреждения оползневых деформаций и других геодинамических процессов.

 








Date: 2015-06-06; view: 628; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.017 sec.) - Пожаловаться на публикацию