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 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: 3954; Нарушение авторских прав