Физико-механические свойства скальных и полускальных горных пород

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 13 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСТАНСКО-БРИТАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Геологии и охраны недр Дисциплина: Гидрогеология и Инженерная геология РЕФЕРАТ

На тему: Физико-механические свойства скальных и полускальных горных пород

Выполнил : студент гр. ГНГ-03К Муканов К. Е. Проверил: тр. Бураков М. М.

Алматы 2006

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

Происхождение скальных и полускальных горных пород. . 3Понятие о грунте3Скальные горные породы. . 3Полускальные горные породы. . 3
Составные части скальных горных пород. 4

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Физико-механические свойства грунтов . . . 4Понятие о физико-механических свойствах . . . 4Физические свойства скальных и полускальных горных пород………. . 5Механические свойства горных пород. . 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4. Необходимость изучения физико-механических свойств скальных и полускальных горных пород11

ЛИТЕРАТУРА. 12

ВВЕДЕНИЕ

1. Происхождение скальных пород и полускальных горных пород.

1. 1 Понятие о грунте

Магматические горные породы образовались в результате остывания магмы, а также в результате горнообразовательных процессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепенно превращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных пород перемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались, образуя осадочные горные породы. Если в процессе горообразования они оказались близко к поверхности земли, то под воздействием химического выветривания образовывали крупноскелетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлые горные породы. Т. е. грунты-любые горные породы(магматические, осадочные, метаморфические) и твердые отходы производства, залегающие на поверхности земной коры и входящие в сферу воздействия на их человека при разных процессов производства.

В большинстве случаев верхние слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты имеют почти повсеместное распространение. Большая часть дисперсных грунтов образовалась в результате накопления продуктов физического и химического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложения органических веществ (например, торф), а также в результате искусственной отсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения) . В процессе физического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты. Результатом химического и частично биологического выветривания являются минералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

1. 2 Скальные горные породы

Скальные породы - породы с жесткими кристаллизационными, не изменяющимися при увлажнении, связями, и пределом прочности на одноосное, сжатие в водонасыщенном состоянии более 50 кг/см (магматические, метаморфические, некоторые осадочные карбонатные и на кремнистом цементе породы, а также пирокластические породы) .

1. 3 Полускальные горные породы

Полускальные горные породы - породы с не жесткими кристаллизационными связями. Они сжаты в водонасыщенном состоянии как минимум 50кг/см (магматические горные породы) . К ним относятся: глинистые, карбонатные и. т. д. породы.

2. Составные части скальных горных пород.

В большинстве случаев скальные породы состоят из трех компонентов: твердых частиц, воды и воздуха (или иного газа), т. е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухфазной системой. В большинстве случаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, либо растворенный в воде, либо находящийся в виде пузырьков. Такой грунт является трехфазной системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержится лед. Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехфазной системой.

В некоторых грунтах присутствуют органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества таких веществ в грунте существенно отражается на его свойствах.

Массивы скальных пород характеризуются неоднородностью, часто анизотропией, к чему приводит системная трещиноватость и слоистость, а также начальным напряжённым состоянием, обладают большой изменчивостью под воздействием природных и техногенных факторов.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3. Физико-механические свойства грунтов.

3. 1 Понятие о физико-механических свойствах

Горные породы в земной коре испытывает давление выше лежащих толщ и стресс возникающие в эпохи горообразования. Особенно сильно сказывается роль гравитационного уплотнения и стресса в пост генетических изменения пород. Установлена определенная зональность, которая выражается в появлении определенных структурных и текстурных признаков пород, в изменении их физико-механических свойств.

Физико-механическими свойствами горных пород называют такие, которые определяют их физическое (фазовое) состояние, отношение к воде, изменения формы и размеров (деформируемость), прочность.

Различают:

Физические;
Водные;
Механические свойства;

Их выражают и оценивают с помощью измеряемых или расчетных показателей-характеристик.

Физические свойства характеризуют физическое состояние горных пород, т. е. качественную определенность проявляющуюся в их плотности, влажности, пористости, трещиноватости, выветрелости в условиях естественного залегания, отвалах и промышленных продуктах. Данные об этих свойствах позволяют оценивать прочность и устойчивость горных пород.
Водные свойства горных пород проявляются в их способности изменять состояние, прочность и устойчивость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду или фильтровать ее. Зная водные свойства горных пород, можно прогнозировать изменения их прочности и других свойств, а также развитие каких-либо геологических процессов под воздействием воды.
Механические свойства горных пород определяют их поведение под влиянием внешних усилий-нагрузок. Они проявляются и непосредственно оцениваются прочностью и деформируемостью горных пород. Показатели механических свойств используются при различных инженерных расчетах, например, при определении величины давления горных пород на подпорные сооружения или крепи подземных горных выработок и т. д.

Исследования физико-механических свойств горных пород имеют не только инженерное значение, но и общее геологическое. Они позволяют расширить их геологическую изученность, так как отражают те изменения, которые горные породы претерпели в истории геологического развития под влиянием процессов выветривания. Метаморфизма, тектонических сил и т. д.

Мы знаем что, Скальные породы характеризуются высокой прочностью (R _c =500-4000•10 ⁵ П _а , R _p =20 - 150•10 ⁵ П _а ) и устойчивостью, малой деформируемостью и слабой водопроницаемостью.

Полускальные породы отличаются от скальных меньшей прочностью (R _c до 500•10 ⁵ П _а , R _р до 20-30•10 ⁵ П _а ) и устойчивостью, большей деформируемостью, значительной и высокой водопроницаемостью.

3. 2 Физические свойства скальных и полускальных горных пород

Главными физическими свойствами скальных и полускальных горных пород, изучаемых в процессе геологоразведочных работ, являются плотность; плотность минеральной части (удельный вес) и плотность породы (объемный вес, удельный вес + пористость), а для полускальных пород и влажность. Эти свойства взаимозависимы и, в целом, выражают состояние горных пород как в условиях естественного залегания, так и в образце. По основным физическим свойствам скальных и полускальных пород можно до некоторой степени судить об их прочности и устойчивости, об изменении под влиянием геологических процессов и искусственных факторов,

Зерновой (гранулометрический) состав.

Большинство горных пород состоят из отдельных кристаллов, их обломков или агрегатов обломков и целых кристаллов. Все эти элементы скальных и полускальных горных пород или связаны друг с другом прочными кристаллизационными связями.

Естественно это сказывается в формировании грунтов. Зерновой (гранулометрический) состав может определить прочность и устойчивость скальных и полусальных горных пород.

Под зерновым составом содержание по массе групп частиц грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта. По данным зернового состава породы может быть получена приблизительная характеристика водопроницаемости песчаных пород; по тем же данным могут быть даны оценка возможности вымывания мелких песчаных частиц породы из-под основания сооружений и другие приблизительные показатели. На основании данных анализа зернового состава может быть дана оценка пород в качестве материала для бетона, земляных плотин, дамб и др.

Для определения зернового состава применяются следующие виды анализа:

Механический анализпроизводят путем разделения пород на ряд фракций, которые отличаются диаметром частиц. После разделения на фракции определяют процентное содержание частиц каждой фракции в исследуемой породе.
Ситовый анализ заключается в просеивании частиц через набор сит с отверстиями различного диаметра. Этот способ служит для анализа песков.
Метод Сабанина, основанный на принципе разделения фракций по скорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости, служит для определения глинистых и пылеватых песчаных пород.
Пипеточный метод, принцип которого заключается в отборе пипеткой проб частиц, не успевших в определенные сроки осесть в процессе отстаивания; применяется для анализа глинистых пород.
Ареометрический методзаключается в измерении специальным ареометром плотности взмученных в воде частиц породы, изменяющейся по мере осаждения их в водной среде.
Метод Рутковского, основанный на способности глинистых фракций набухать в воде и на различной скорости падения частиц в воде в зависимости от их размеров. Пользуясь этим методом, можно выделить в породе три группы фракций: глинистую, пылеватую и песчаную.

Механический анализ применяется для связных и несвязных пород, имеющих размер частиц не свыше20 мм.

Плотность и пористость породы являются важной физической характеристикой. Плотность породы есть отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему.

Плотностью минеральной части (удельным весом) горной породы называется вес единицы объема ее минеральной части (скелета) в граммах на кубический сантиметр.

ρ

где - ρ - плотность грунта, г/см³;

m-масса породы, г;

Equation. DSMT4 - масса воды в порах грунта, г;

- объем твердой части грунта, см³;

Численно он равен отношению веса твердой части породы к ее объему. Для определения этого показателя горных пород и углей используются либо пикнометрический, либо волюмометрический (объемный) методы. Более распространенным и относительно более точным методом является пикнометрический метод.

Удельным весом скальных и полускальных горных пород называют отношение веса породы, включая вес воды в его порах, занимаемой этой породы объему, включая поры и может быть рассчитан след. образом:

γ=ρ*g,

где - γ - удельный вес породы, Н/м³;

g - Ускорение свободного падения, g=9. 81м/с²;