Министерствообразованияинауки
 Скачать 7.25 Mb.
|
|
Прочность горных пород R c - предельное сопротивление породы одноосному сжатию (раздавливанию) в полностью водонасыщенном состоянии. Выражается в мегапаскалях (МПа, ранее - в кг/см2) и равна отношению давления, разрушившего кубический образец, к площади его поперечного сечения. Горные породы классифицируются по прочности согласно табл. В некоторых случаях, для классификации пород по трудности их разработки, используется коэффициент крепости по Протодъяконову — условная величина, построенная наряде показателей (прочность, истираемость, затраты энергии на бурение скважин и шпуров, взрываемость, устойчивость откосов и т. п. Численно данный коэффициент крепости часто близок кот прочности породы (предела прочности на одноосное сжатие Таблица Классификация скальных пород по прочности Rc (МПа) Прочность R c , МПа Разновидности пород Свыше Очень прочные Менее 120 до 50 включ. Прочные Скальные Менее 50 до 15 включ. Средней прочности Менее 15 до 5 включ. Малопрочные Менее 5 до 3 включ. Пониженной прочности Менее 3 до 1 включ. Низкой прочности Полускальные Менее Очень низкой прочности Размягчаемость - снижение прочности породы при её водонасыще- нии. Численно характеризуется коэффициентом размягчаемости Ksof - отношением прочности полностью водонасыщенной породы Rc к её прочности в воздушно-сухом состоянии - который может изменяться в пределах от 0 до 1. При Ksof > 0,75 порода считается неразмягчаемой. Выветрелость - интенсивность вторичных физико-химических изменений породы в приповерхностных частях земной коры см разд. 6.1). Степень этих изменений количественно оценивается коэффициентом вы- ветрелости Kwr — отношением плотности скелета pt испытуемого образца к плотности скелета р этой же породы, незатронутой выветриванием, те. наиболее прочной -w r P i / Ро Плотность каждого образца pt определяется экспериментально, ар принимается в расчетах или как максимальное значение, полученное все рии испытаний данной породы, или по архивным, справочным или литературным данным. По величине коэффициента выветрелости породы классифицируются в соответствии с табл. Пористость - объём всех пустот поры, трещины, каверны в единице объёма породы (в долях единицы или в процентах. Пористость может быть выражена коэффициентом пористости - отношением объёма пустот к объёму твёрдой минеральной части (в долях единицы). Таблица Классификация скальных пород по степени выветрелости Kwr (д. е.) Коэффициент выветрелости Разновидности пород 1,00 Невыветрелые Менее 1,00 до 0,90 включ. Слабовыветрелые Менее 0,90 до 0,80 включ. Выветрелые Менее 0,80 Сильновыветрелые Растворимость - способность минералов игорных пород растворяться вводе, характеризуемая концентрацией их насыщенного раствора. В ощутимой степени растворимы гипс и карбонаты (кальцит, известняк доломит, мергель, мрамора также другие породы и грунты, в состав которых они входят в виде обломков, цемента или примесей. Морозостойкость - степень устойчивости г. п. к многократному за мораживанию-оттаиванию. Определяется лабораторно: для скальных пород - по снижению прочности после необходимого числа циклов замора живания-оттаивания, а для сыпучих — по потере веса после суточного пребывания в насыщенном растворе сульфата натрия. Разрыхляемость - способность пород при разработке увеличиваться в объёме за счёт потери связей между обломками и снижения плотности их упаковки. Характеризуется величиной коэффициента начального разрыхления - отношением объёма разрыхленной породы к её объёму в природном состоянии. Разрыхленный грунт, уложенный в земляное сооружение, постепенно слёживается (доуплотняется); отношение объёма слежавшегося грунта к его объёму в природном состоянии называется коэффициентом остаточного разрыхления (табл. 6). 27 Таблица Коэффициенты разрыхления некоторых грунтов Грунты Коэффициенты разрыхления начального остаточного Скальные и полу скальные- при взрывании на выброс- при взрывании на встряхивание 1,15-1,25 1,05-1,40 1,05 -Крупнообломочные и песчаные Глинистые 1,01-1,09 1.6. Первичные формы залегания породи дислокации Первичными формами залегания глубинных магматических пород являются куполообразные массивы с размерами от сотен метров до тысяч километров, а излившихся - более или менее плоские покровы и потоки. Объём этих тел обычно составляет миллионы кубических километров. Осадочные породы первоначально отлагаются в виде пластов (слов) - тел большой площади и относительно малой мощности (толщины) - обычно от 1-2 дом. Реже осадочные породы формируются в виде линз - тел значительной длины и гораздо меньшей ширины, имеющих в сечении форму плоско-выпуклой или двояковыпуклой линзы. Метаморфические породы в зависимости от происхождения исходных (материнских) пород, могут залегать в виде куполов, покровов, потоков, пластов, жил или линз. В результате тектонических движений блоков земной коры первоначальные формы залегания пород искажаются. Возникают дислокации складки, если произошла деформация изгиба без разрыва сплошности тела, или разломы при деформации сдвига со смещением разорванных частей 1.7. Горнотехнические особенности разных генетических групп скальных горных пород Хотя разные виды горных пород более или менее индивидуальны, тем не менее, для пород разных генетических групп, возможно некоторое обобщение их свойств и особенностей, влияющих на условия производства горных работ и оценку их применимости в различных целях (табл. Таблица Основные горнотехнические свойства скальных пород разных групп Свойства пород Группы пород Магматические Осадочные Метаморфические Формы геологических тел Массивы, купола, покровы и потоки Слои и линзы, складки Те же формы, которые были до метаморфизма Объём тел Громадный Ограниченный Различный Прочность Очень прочные и прочные От средней прочности до полус- кальных От прочных до малопрочных Размягчаемость Неразмягчаемые Неразмягчаемые и размягчаемые Часто сильно размягчаемые Скорость выветривания Низкая и сред няя Низкая Обычно высокая Растворимость вводе гипс, известняк, мергель, доломит, галлоиды Растворим только мрамор Водоносность Всегда водоносны Водоносны только в зонах разломов, иногда - в осевых частях складок Водоносны только в зонах разломов, да и тоне всегда Водообильность и качество воды Высокая, качество воды от личное Обычно средняя и низкая, качество воды различное, возможны разного типа загрязнения Низкая, часто совершенно безводные, качество воды различное, возможно химическое загрязнение 1.8. Трещиноватость скальных пород Трещинами называются разрывы пород, перемещения по которым незначительны или отсутствуют совсем. Трещины классифицируются по ширине раскрытия и материалу, их заполняющему, а трещиноватые породы - по густоте трещин (количеству трещин на единицу длины линии, перпендикулярной к ним. См табл. 8 и Некоторые трещины возникают одновременно с образованием самой горной породы, их называют первичными. В магматических породах - это трещины отдельности, в осадочных - трещины усыхания и морозобойные, в метаморфических, кроме перечисленных выше - тектонические. В окрестностях зон разлома (их ширина достигает 100-800 ми в приосевых частях складок в горных породах всех групп возникают вторичные тектонические трещины (кливаж, нередко разбивающие массив пород на отдельные глыбы или щебень. Первичные трещины расположены в пространстве закономерно и обычно образуют 3-4 системы трещин, внутри каждой из которых трещины примерно параллельны друг другу. При выветривании скальных пород происходит их дезинтеграция - распад на обломки различной величины и формы. Обломки разграничены незакономерно расположенными вторичными трещинами (выветривания, разгрузки, отпора, усыхания и др.). Направление рабочих забоев горных выработок следует выбирать так, чтобы ни одна из систем трещин не способствовала сдвижению массива пород (обвалы, оскользни, осыпи и т. п) в сторону выработки. С этой целью необходимо предварительно провести геологическое изучение массива с измерением элементов залегания большого количества трещин - с построением роз и роз-диаграмм трещиноватости Роза трещиноватости — графическое изображение результатов измерений азимутов падения трещин. Круг произвольного радиуса разбивают на секторы через 15 или 30° и на биссектрисе угла каждого сектора в принятом масштабе откладывают количество попавших в него трещин. Вершины лучей в смежных секторах соединяют ломаной линией на границе с секторами, где замеров нет, эту линию соединяют с центром круга. Роза-диаграмма трещиноватости - графическое изображение результатов множества измерений азимутов и углов падения трещин. Каждая трещина изображается точкой в круге, по окружности которого, разбитой на 360°, откладывается азимут падения трещины, а по радиусам - угол её падения в принятом масштабе (центр круга соответствует углу падения 90°, окружность - 0°). Крайние точки на перифериях каждой группы соединяются прямыми. Таблица 8 Таблица Классификация трещин Классификация горных пород по ширине раскрытия по степени трещиноватости Ширина, мм Наименование Густота трещин трещин Характеристика породы Более Очень крупные Более Очень сильнотрещиноватые 20-100 Крупные с Of) Сильнотрещиноватые 5-20 Средние JU 1-5 Мелкие 2-5 Среднетрещиноватые 0,1-1 Тонкие Слаботрещиноватые Менее ОД Волосяные Глава 2. НЕСКАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ. Общие сведения и классификация К нескальным грунтам относятся грунты без жёстких структурных связей. Их характерной особенностью является раздробленность (дисперсность. Составные части нескальных грунтов (зёрна, обломки) удерживаются совместно за счёт не очень значительных по величине сил трения, сцепления, поверхностного натяжения воды и пр прочность таких связей намного меньше прочности самих зёрен. Нескальные грунты относительно легко деформируются под действием внешних сил и внутренних напряжений инженерные сооружения, возведённые на этих грунтах, дают осадки, иногда значительные. Нескальные грунты также являются многофазными системами. В состав нескальных грунтов входят твёрдые минеральные частицы (обломки, гораздо реже кристаллы, вода в различных видах и состояниях, водяные пары и газы, а нередко воднорастворимые соли и органические остатки разной степени разложения. Нескальные грунты состоят из обломков различных разметов. Обломок — ограниченный со всех сторон кусок минерала или скальной породы. Обломки со средним размером более 2 мм считаются крупными (другие названия - крупные включения или просто включения, а при изготовлении бетона - наполнитель, а менее 2 мм - мелкими («мелкозём», «за полнитель»). Процентное содержание обломков разных размеров характеризуется гранулометрическим составом. В крупнообломочных породах оценивается также степень окатанности обломков. Обломки называются окатанными, если их рёбра и вершины хотя бы слегка округлены, в противном случае обломки называют неокатанными (угловатыми В зависимости от размеров и формы, обломки классифицируются согласно табл. Таблица Классификация обломков Средний размер Наименование обломков в зависимости от их формы (диаметр) Окатанные Угловатые Извилистые или обломков, мм (округлые) сложной формы Крупнее 200 Валуны Глыбы Вулканические 200-10 Галька Щебень бомбы 10-2 Гравий Дресва Лапилли 2-0,05 Песок (псаммит) Вулканический 0,05-0,005 Пыль (алеврит) пепел Мельче Глина (пелит) Не существуют По преобладающему размеру частиц, степени пластичности и содержанию органики нескальные грунты делятся на крупнообломочные, песчаные, глинистые, заторфованные, торфы и илы. 2.2. Физические свойства нескальных грунтов Основными физическими свойствами нескальных грунтов, используемыми для их классификации, являются- зерновой (гранулометрический) состав и окатанность обломков - для всех видов грунтов- плотность сложения и показатель водонасыщения — для крупнообломочных и песчаных грунтов- угол естественного откоса - для сыпучих грунтов- число пластичности и консистенция - для глинистых грунтов. Далее нами описываются только визуальные методы исследований не скальных грунтов, которые используются в полевых условиях и не требуют специального оборудования Зерновой (гранулометрический) состав грунта - это процентное содержание фракций различного размера в исследуемой пробе. Грунты называются крупнообломочными, если размер преобладающих (слагающих более половины объёма грунта) обломков превышает 2 мм, мелкооб ломочными или песчаными - при преобладании зёрен с размером 0,1-2 мм и глинистыми - при меньшем размере зерен. Окатанностъ или угловатость обломков определяется осмотром крупных фракций. Показатель водонасыщения грунтов - это степень заполнения пор грунта водой, то есть отношение объёма воды, содержащейся в грунте, к общему объёму порового пространства. Плотность сложения численно характеризуется коэффициентом пористости - отношением объёма пор к объёму твёрдой части грунта. Угол естественного откоса - это крутизна откоса грунта, свободно насыпанного на горизонтальную поверхность. Угол естественного откоса зависит, главным образом, от формы частиц грунта и от их крупности зернового или гранулометрического состава) - чем крупнее частицы, тем угол естественного откоса больше. Число пластичности — интервал значений влажности, в пределах которого глинистый грунт является пластичным, то есть мнётся в руках и не растекается, как вязкая жидкость. Поэтому показателю выделяются три разновидности глинистых грунтов - супеси, суглинки и глины. Консистенция - степень мягкости (податливости) глинистого грунта природной влажности. Определяется последующим градациям- твёрдые - раскалываются на куски при ударе, не мнутся в руках- пластичные в разной степени — мнутся в руках, сохраняя приданную форму- текучие - растекаются, подобно сметане 2.3. Визуальное определение нескальных грунтов Объём представительной пробы для правильного определения наименования нескального грунта зависит от его зернового состава и должен превышать объём самого крупного обломка не менее чем враз табл. Таблица Минимальный объём проб нескальных грунтов (дм3) Средний размер (диаметр) самых крупных обломков, мм 100 50 20 10 до Минимальный объём пробы 40 6 2 1,5 Отобранная проба разделяется на фракции со средним размером обломков- более 200 мм - валуны (окатанные) или глыбы (неокатанные); - от 10 до 200 мм - галька (окатанные) или щебень (неокатанные); - от 2 до 10 мм - гравий (окатанные) или дресва (неокатанные); - менее 2 мм - мелкозём (песок, пыль и глина). Выделенные фракции формуются в примыкающие друг к другу прямоугольные слои одинаковой длины и толщины, измеряются ширины слови оценивается их процентное содержание в общем объёме пробы. Осмотром крупных фракций определяется степень окатанности обломков. Если содержание крупных обломков (крупнее 2 мм) составляет более 50 % объёма пробы, то тип грунта определяется по табл. 12. 35 Таблица Разновидности крупнообломочных грунтов Средний размер Содержание этой Тип грунта при различной форме обломков обломков, мм фракции, % Окатанные Угловатые Свыше Более Валунный грунт Глыбовый грунт Свыше Более Галечниковый грунт Щебенистый грунт Свыше Более Гравийный грунт Дресвяный грунт Менее Песчаный грунт - определяется по табл. Примечание. При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименование крупнообломочного грунта включают наименование вида заполнителя и указывают характеристики его состояния (влажность, плотность, показатель текучести. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм. Если заполнитель песчаный (сыпучий, то его наименование определяется по табл. 13-15, если он глинистый - по табл. Разновидности песчаных и глинистых грунтов определяются по этим же таблицам. Таблица Разновидности песчаных грунтов по гранулометрическому составу Размер частиц, мм Содержание частиц, % по массе Разновидности песчаных грунтов Свыше 2 песок гравелистый Свыше Более песок крупный Свыше более песок средней крупности Свыше 0,10 75 и более песок мелкий менее песок пылеватый Примечание. Определение разновидности песчаного грунта по гранулометрическому составу проводится до первого удовлетворяющего показателя таблицы (попер вому выполнившему условию Таблица Разновидности песчаных грунтов по водонасыщению Признаки Разновидности При сжатии образца в ладони ощущается прохлада или влага, но Малая степень капли воды не выделяются. При встряхивании на ладони образец рассыпается на комки или зёрна водонасьпцения На поверхности образца заметны блёстки воды. При сжатии его Средняя степень в ладони выступает вода, ладонь становится мокрой. Образец какое то время сохраняет приобретённую при сжатии форму водонасьпцения Из образца сочится вода. Встряхиваемый на ладони образец рас- Насыщенный ползается, образуя лепёшку, или растекается языками водой Таблица Разновидности песчаных грунтов по плотности Признаки Разновидности Лопата проникает в грунт только при ударе или под давлением ноги с усилием Плотные Лопата проникает в грунт под давлением руки Средней плотности Лопата проникает в грунт под действием собственного веса. При похлопывании ладонью грунт уплотняется. Ноги при ходьбе проваливаются Рыхлые 37 Таблица Разновидности глинистых грунтов по пластичности Признаки Разновид- Вид свежего сре- Ощущения Поведение в искусности за (ножом или при растирании ственно увлажнённом грунтов лопатой) в руке состоянии Исштрихован- Преобладают песчаные ча- Можно скатать шарик Супесь ный, шерохова- стицы. Сухие комья и кус- диаметром около 1 см, тый, не блестя- ки раздавливаются без при сдавливании он щий. Песчаных труда, легко рассыпаются и трескается, а иногда и частиц больше, крошатся. Во влажном со- рассыпается. Скатать чем глинистых. стоянии не пластичны и не липки. шнур диаметром менее 5 мм и длиной более 2 см неуда тся.Умеренно бле- Чувствуются песчаные ча- Скатанный шарик при Суглинок стящий с отдель- стицы. Сухие комья и кус- сплющивании в лепёшку ными штрихами и ки нетвёрдые, раздавлива- трескается по краям. царапинами. За- ются и растираются с не- Можно скатать шнур метны отдельные которым трудом. Во влаж- диаметром 2-3 мм и со- песчинки ном состоянии слабо пластичны и липки. гнуть его в кольцо без разрывов, согнуть в “восьмёрку” неуда тся.Блестящий, глад- Песчаных частиц нет. Су- Скатанный шарик при Глина кий, без штрихов хие комья и куски твёрдые, сплющивании в лепёш- и царапин. Пес- иногда с большим трудом ку по краям не трескает- чинок невидно раздавливаются. Во влажном состоянии вязки, пластичны, липнут к руками пачкают их. ся. Легко раскатывается в длинные тонкие (до 1 мм) шнуры, которые без разрывов сгибаются в “восьмёрку” 38 Таблица Разновидности глинистых грунтов по количеству крупных включений Содержание частиц крупнее 2 мм, Форма частиц Разновидности глинистых грунтов Менее 15 любая Разновидности не выделяются От 15 до 25 окатанные супеси, суглинки и глины с галькой угловатые супеси, суглинки и глины со щебнем Свыше 25 до 50 окатанные супеси, суглинки и глины галечниковые (или гра велистые) угловатые супеси, суглинки и глины щебенистые (или дре свяные) Свыше крупнообломочные грунты (определяются по табл. Примечание. Названия разновидностей грунтов (с галькой или со щебнем, галечниковые, гравелистые и т. д) даются по наименованию крупных обломков (табл. Таблица Разновидности глинистых грунтов по консистенции Г рунты Признаки Консистенция Супеси Разбиваются на куски прил гком ударе. При сжатии в ладони рассыпаются в смесь песка с пылью. Вырезанный брусок ломается без заметного изгиба Твёрдые Легко разминаются рукой, удовлетворительно формуются. При сжатии в ладони ощущается влажность. Иногда слегка липкие Пластичные Легко деформируются при незначительном усилии, приданную форму не сохраняют, а растекаются Текучие 39 Окончание табл. 18 Грунты Признаки Консистенция Производят впечатление непрочного камня. Разбиваются на куски при ударе молотком. В ладони не сминаются и не крошатся. При растирании превращаются в пыль с небольшим количеством песчаных частиц. Ноготь большого пальца вдавливается в грунт с трудом Твёрдые Суглинки На ощупь сухие. При разминании крошатся. Ноготь вдавливается без особого усилия, палец не вдавливается. Вырезанный брусок ломается без заметного из гиба Полутвёрдые и глины На ощупь слегка влажные. С трудом разминаются руками, продолжительное время сохраняют приданную форму. Палец при сильном нажиме оставляет неглубокий отпечаток. Вырезанный брусок заметно изгибается перед тем, как сломаться Туто пластичные На ощупь влажные. Легко разминаются руками, на непродолжительное время сохраняют приданную форму. Легко скатываются в жгут. Палец при умеренном нажиме вдавливается в грунт на 3-4 см. Вырезанный брусок заметно изгибается, когда берёшь его в руки Мягко пластичные На ощупь очень влажные. Разминаются без ощутимых усилий, приданную форму не сохраняют, оплывают. Липнут к рукам, скатать жгут неуда впечатление вязкой жидкости (сметана или жидкая манная каша. Придать какую-либо форму неуда тся. Помещённые на наклонную плоскость текут толстым слоем (языком). Текучие 40 Глава 3. ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ. Общие сведения о подземных водах и их классификация Гидрогеология - наука о подземных водах, их происхождении, распространении, составе, свойствах, закономерностях движения и взаимодействия с вмещающими горными породами. Массивы или слои пород, в пустотах которых помещаются и движутся подземные воды, называют водоносными горизонтами (или слоями, пластами. В зависимости от вида вмещающих пустот выделяются воды по- ровые, трещинные и карстовые, а в зависимости от формы залегания вмещающих пород - пластовые, жильные и воды массивов. Таким образом, водоносные горизонты могут быть пластово-поровыми, трещинно жильными и т. п. Гидродинамическое давление воды в пласте может равняться атмосферному, тогда вода в выработке (скважине, котловане, карьере) устанавливается примерно на той же глубине, на которой отмечено её появление. Такие воды называются безнапорными или грунтовыми. Если гидродинамическое давление в пласте больше атмосферного, то после вскрытия водоносного слоя вода в выработке поднимается и устанавливается выше уровня появления. Величина подъёма (разница в метрах между глубинами появления и установления воды) называется напором При напоре болеем воды называются напорными или артезианскими. Обычно напорные воды встречаются на глубинах, больших 50-80 м. По положению в геологическом разрезе выделяются три типа подземных вод - верховодка, грунтовые и межпластовые воды. |