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.
1. Происхождение скальных и полускальных горных пород ... ... ... ... ... ...3
1. Понятие о грунте ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
2. Скальные горные породы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3
3. Полускальные горные породы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
2. Составные части скальных горных пород ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
3. Физико-механические свойства грунтов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
1. Понятие о физико-механических свойствах ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
2. Физические свойства скальных и полускальных горных пород ... ... ...5
3. Механические свойства горных пород ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
4. Необходимость изучения физико-механических свойств скальных и
полускальных горных пород ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11

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 кгсм (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 50кгсм
(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
(Rc=500-4000(105 Па, Rp=20 - 150(105 Па) и устойчивостью, малой
деформируемостью и слабой водопроницаемостью.

Полускальные породы отличаются от скальных меньшей прочностью (Rc до
500(105 Па, Rр до 20-30(105 Па) 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,
1. 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 анализ производят 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 метод заключается 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.

2. 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, гсм³;
m-масса породы, г;
- 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, Нм³;
g – Ускорение свободного падения, g=9.81мс²;

Сравнивая с плотностью минеральной части плотность породы, можно судить о
степени ее плотности, т.е. о физическом состоянии. Чем меньше плотность
породы и особенно в сравнении с плотностью минеральной части, тем больше
пористость, влагоемкость и возможно, ниже прочность. Плотность горных
пород широко используется при разнообразных инженерных расчетах. Например,
для расчета грузонесущей способности крепи, смещения контуров выработки в
зависимости от глубины заложения, величины горного давления, для
определения количества отбитой породы, емкости транспортных средств. ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.