Физические свойства горных пород реферат

Обновлено: 05.07.2024

Физические свойства горных пород являются отражением совокупности геологических процессов их образования - петрогенеза. Напомним, что для наиболее распространенных осадочных пород они включают стадии осадконакопления, литофикации (диагенеза) и последующих их изменений в катагенезе, метаморфизме или выветривании.

Основными показателями физических свойств горных пород являются плотность частиц грунта и плотность грунта, гранулометрический состав, пористость и влажность, пластичность и консистенция, липкость, набухание и усадка, размокаемость, морозоустойчивость.

Плотность частиц грунта и плотность грунта. Плотностью частиц грунта ρ_s называется отношение массы частиц грунта к их объему. Плотность частиц грунта используется для определения таких показателей как пористость, плотность скелета грунта, коэффициент водонасыщения и др. Она является косвенным расчетным показателем.

Плотность частиц грунта определяют обычно при помощи пикнометра и аналитических весов. Ее значение можно взять из справочных таблиц. Средняя величина плотности частиц грунта составляет:

- для песчаных грунтов - 2,65 г/ см 3

- для суглинистых - 2,7 г/ см 3

- для глинистых - 2,75 г/см 3

Плотность грунта ρ - это масса единицы объема грунта при естественной его пористости и влажности. Измеряется она в г/см 3 . Плотность характеризует относительную плотность породы в естественных условиях залегания и является величиной переменной. При данной пористости она наибольшая, когда поры полностью заполнены водой, наименьшая – в сухой породе. Поскольку большинство грунтов пористые, их плотность всегда меньше плотности частиц грунта. Плотность скальных пород из-за их малой пористости близка по значению к плотности частиц. У грунтов без жестких связей плотность составляет от 1,3 до 2,4 г/см 3 .

Плотность является прямым расчетным показателем и используется для определения горного давления, давления грунтов на подпорные стенки, расчета устойчивости откосов выемок, котлованов и карьеров, для вычисления плотности скелета грунта (плотности сухого грунта) и пористости. Определяют плотность путем взвешивания образцов грунта, отбираемых при помощи режущих колец, и последующего парафинирования. В полевых условиях ее можно определять геофизическими методами.

Для решения различных инженерно-геологических задач определяют плотность грунта ρ в естественных условиях, плотность скелета грунта ρ_d и плотность грунта под водой ρ_взв_. Плотность скелета грунта меньше плотности грунта, находящегося в естественных условиях, на величину массы содержащейся в нем влаги, что легко определяется взвешиванием после высушивания. Для глинистых грунтов плотность скелета грунта при известных значениях плотности влажного грунта и естественной влажности W определяют по формуле:

где ρ – плотность грунта, г/см 3 ; W – природная влажность грунта, д.е.

Плотность грунта под водой ρ_взв уменьшается из-за взвешивающего влияния воды, действующей на породу в соответствии с законом Архимеда. Ее определяют по формуле:

где ρ_s – плотность частиц грунта, г/см 3 ; ρ_d – плотность скелета грунта, г/см 3 .

Значение ρ_взв используют при расчетах устойчивости оснований и откосов, находящихся ниже уровня грунтовых вод.

Гранулометрический состав является важнейшим фактором, определяющим многие инженерно-геологические свойства пород без жестких связей (пористость, пластичность, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, набухание, высота капиллярного поднятия, фильтрационные свойства). Знание гранулометрического состава необходимо для ориентировочного определения возможности их вымывания в откосах выемок и насыпей, а также для оценки грунтов как материалов для приготовления бетона, отсыпки насыпей, балластного слоя, фильтрационных обсыпок и решения других практических задач.

Гранулометрический состав представляет собой процентное содержание в породе частиц определенного размера. Его определяют путем специальных лабораторных исследований (ситовой анализ, двойное отмучивание, ареометрический и пипеточный анализ и др.). Результаты гранулометрических анализов фиксируют в виде циклограмм, диаграмм-треугольников и кривых гранулометрического анализа. Наибольшее распространение получили кривые гранулометрического анализа. Их составляют обычно в полулогарифмическом масштабе.

На использовании данных гранулометрического состава основана классификация крупнообломочных и песчаных пород для строительных целей, по которой выделяются грунты крупнообломочные (щебнистые, галечные, дресвяные, гравийные) и песчаные (пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые).

где w – природная влажность грунта, д.е.;

e – коэффициент пористости;

ρ_s – плотность частиц грунта, г/см 3 ;

ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 _.

Пластичность грунтов и их консистенция. Эти показатели определяются для глинистых грунтов и проявляются при их увлажнении. Пластичностью называют способность пород деформироваться без разрыва под влиянием внешнего воздействия и сохранять принятую форму после прекращения этого воздействия. Пластичность глинистых и некоторых других пород (лесса, глинистых мергелей и мела) зависит от их влажности, гранулометрического и минерального состава, формы минеральных частиц, химического состава поровых вод, состава обменных катионов и других факторов.

Количественной характеристикой пластичности пород в инженерно-геологической практике являются пределы пластичности: нижний предел пластичности (или граница раскатывания) и верхний предел пластичности (или граница текучести). Под нижним пределом пластичности понимают влажность породы W_р (%), при которой она переходит из твердого состояния в пластичное. Обычно этот предел устанавливают как влажность породы, при которой ее можно раскатать в жгутики толщиной 3 мм. Верхний предел пластичности – это влажность породы W_L (%), при которой она переходит из пластичного состояния в текучее. Разность между верхним и нижним пределами пластичности (I_P = W_L – W_P), соответствующая интервалу влажности, в котором порода находится в пластичном состоянии, называется числом пластичности. По значению числа пластичности глинистые грунты подразделяются на супеси (при I_P 17).

Под консистенцией понимается степень подвижности частиц, слагающих глинистую породу, под влиянием внешнего механического воздействия при различной влажности. Количественно консистенция характеризуется показателем текучести I_L, который определяют по формуле:

По показателю консистенции классифицируют глинистые грунты:

- супеси относят к твердой консистенции при I_L 1;

- суглинки и глины относят к твердой консистенции при I_L 1.

В зависимости от консистенции грунтов устанавливают их несущую способность при проектировании зданий и сооружений.

Липкость (прилипаемость) характеризует способность грунтов прилипать к рабочим органам землеройных и других механизмов. Проявляется липкость при влажности выше нижнего предела пластичности. Количественной ее характеристикой является максимальное усилие (в Па), необходимое для отрыва металлической пластинки от грунта при различной его влажности. Липкость определяют в лабораторных условиях. Проявление липкости обусловлено действием тех же факторов, что и пластичности. Максимальную липкость имеют монтмориллонитовые глины. Определение липкости имеет существенное значение при строительстве дорог, аэродромов и пр. Ее также необходимо учитывать при проектировании и работе землеройных механизмов.

Набухание и усадка. Глинистые породы при увлажнении увеличиваются в объеме – набухают, а при уменьшении влажности их объем уменьшается, происходит усадка. Причиной набухания является увеличение толщины пленок физически связанной воды и объема заполняемых водой пор при неизменном объеме минеральных частиц. Так как утолщающиеся вокруг частиц глин пленки снижают силы сцепления между ними, то прочность набухших грунтов значительно уменьшается.

Усадка вызывается процессами, обратными набуханию. При уменьшении влажности тонкие пленки не препятствуют проявлению сил сцепления между минеральными частичками грунта, происходит их сближение и сокращение объема грунта.

Набухание и усадка грунтов могут приводить к деформациям оснований инженерных сооружений, а также откосов выемок, котлованов, каналов и пр. Поэтому при проектировании инженерных сооружений следует изучать и учитывать способность грунтов к набуханию и усадке. Количественно величина набухания выражается давлением набухания, влажностью набухания или увеличением объема образца породы. Усадка характеризуется уменьшением объема либо длины усыхающего образца (объемная и линейная усадка) или влажностью на пределе усадки. Под влажностью на пределе усадки понимается та влажность, по достижении которой при дальнейшем высыхании образца (т.е. уменьшении его влажности) объем образца остается неизменным.

Под размокаемостью понимается способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую бесформенную массу, полностью лишенную несущей способности. Основная причина размокания - образование около минеральных частичек грунта предельно толстых пленок, устраняющих внутренние связи. Интенсивность размокания глинистых пород в воде зависит от их состава, начальной влажности, наличия цементационных связей и их водостойкости, степени выветрелости, искусственных факторов. Знать степень размокаемости важно при оценке устойчивости берегов водохранилищ, откосов каналов, стенок котлованов и других земляных сооружений.

Показателями размокаемости являются скорость размокания, т. е. время, в течение которого образец грунта, помещенный в воду, распадается и характер распада - это крупные или мелкие комочки, пыль и т. п. Размокаемость определяют на образцах с ненарушенной и нарушенной структурой (в зависимости от того, в каком состоянии грунт будет взаимодействовать с водой).

Морозоустойчивость – это способность влажной горной породы противостоять разрушающему действию замерзающей в ее порах и трещинах воды. Напряжение, возникающее при этом в породе, может достигать 1,96-10 Па. Морозоустойчивость зависит от прочности пород, величины и характера пористости, количества и расположения трещин, степени насыщения пор водой и скорости промерзания. Морозоустойчивость пород определяют путем попеременного замораживания образцов в холодильной камере при температуре от –15 до –40°С, оттаивания их в воде, имеющей комнатную температуру, и определения временного сопротивления сжатию до и после замораживания. Число циклов испытаний от 25 до 200 и больше, в зависимости от типа и важности сооружений, для которых намечается использовать породу. Степень морозоустойчивости оценивают числом циклов испытаний, которые выдержала горная порода без заметных признаков разрушения и потери прочности от замораживания и размораживания.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
1. гРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ 5
2. тРЕЩИНОВАТОСТЬ 8
3. УСТОЙЧИВОСТЬ 9
4. ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД 9
5. плотность горных пород 10
6. анизотропия 11
7. степень связности 12
8. твердость, прочность и хрупкость горных пород 13

13. ВОДНО-КОЛЛОИДНЫЕ СВОЙСТВА………………

Прикрепленные файлы: 1 файл

Реферат.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет "МЭиФ" (менеджмента экономики и финансов)

Выполнила: студентка группы МД -11

Проверил: доц. Коротун В.Г.

1. гРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ 5

2. тРЕЩИНОВАТОСТЬ 8

3. УСТОЙЧИВОСТЬ 9

4. ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД 9

5. плотность горных пород 10

6. анизотропия 11

7. степень связности 12

8. твердость, прочность и хрупкость горных пород 13

14. ДРУГИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД…………………………………………………………22

Упругость, прочность на сжатие и разрыв, пластичность - наиболее важные механические свойства горных пород, влияющие на ряд процессов, происходящих в пласте в период разработки и эксплуатации месторождений.

Так, например, от упругих свойств горных пород и упругости пластовых жидкостей зависит перераспределение давления в пласте во время эксплуатации месторождения. Запас упругой энергии, освобождающейся при снижении давления, может быть значительным источником энергии, под действием которой происходит движение нефти по пласту к забоям скважин. Действительно, если пластовое давление снижается, то жидкость (вода и нефть) расширяется, а поровые каналы сужаются. Упругость пород и жидкостей очень мала, но вследствие огромных размеров пластовых водонапорных систем в процессе эксплуатации значительное количество жидкости (упругий запас) дополнительно вытесняется из пласта в скважины за счет расширения объема жидкости и уменьшения объема пор при снижении пластового давления.

Не менее существенный эффект упругости жидкости и пласта заключается в том, что давление в пласте перераспределяется не мгновенно, а постепенно после всякого изменения режима работы скважины, после ввода новой или остановки старой скважины. Таким образом, при большой емкости пласта и высоком пластовом давлении с самого начала эксплуатации пласт будет находиться в условиях, для которых характерны длительные неустановившиеся процессы перераспределения пластового давления. Скорости этих процессов в значительной мере определяются упругими свойствами пород и жидкостей. Оказывается, что по скорости перераспределения давления при известных упругих свойствах пород и жидкости можно судить о проницаемости и других параметрах.

В процессе эксплуатации месторождения весьма важно знать также и прочность пород на сжатие и разрыв. Эти данные наряду с модулем упругости необходимы при изучении процессов искусственного воздействия на породы призабойной зоны скважин (торпедирование, гидроразрыв пластов), широко применяемых в нефтепромысловом деле для увеличения притока нефти.

При рассмотрении физических свойств горных пород следует учитывать, что в зависимости от условий залегания механические свойства породы могут резко изменяться.

1. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ (а. granulometric соmposition; н. Kornverteilung; ф. соmposition granulometrique, granulometrie; и. соmposicion granulometrica, granulometria) — распределение зёрен (кусков) по крупности в массивах горной породы, горной массы, почве или искусственном продукте, характеризуемое выходом в процентах от массы или количества зёрен.

Гранулометрический состав — важный показатель физических свойств и структуры материала. Общепринятой классификации по данным гранулометрического состава не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение гранулометрического состава. В геологии (литологии), горном деле, обогащении полезных ископаемых, грунтоведении, почвоведении, технологии строительных материалов и других областях техники применяют различные классификации и шкалы классов (фракций) крупности. Классы (фракции) обычно обозначают в мм, в обогащении полезных ископаемых классы крупнее и мельче данного размера — знаками плюс и минус соответственно. В геологии при оценке осадочных горных пород различают: валуны крупные (свыше 500 мм), валуны средние (500-250 мм), валуны мелкие (250-100 мм), гальку (100-10 мм), гравий крупный (10-5 мм), гравий мелкий (5-2 мм), песок грубый (2-1 мм), песок средний (0,5-0,25 мм), песок мелкий (0,25-0,1 мм), алеврит (0,1-0,05 мм), пыль (0,05-0,005 мм), глину (до 0,005 мм). В горном деле гранулометрический состав горной массы, отделённой от массива, используют для оценки результатов буровзрывных работ, качества продуктов обогащения и учитывают при выборе типа и параметров технологического оборудования в карьерах, на шахтах, дробильно-сортировочных, обогатительных, окомковательных фабриках.

Гранулометрический состав руд, углей, неметаллорудных материалов устанавливается стандартами и техническими условиями, разрабатываемыми для определённых потребителей минерального сырья. В зависимости от цели исследования и размеров частиц гранулометрический состав определяют прямыми и косвенными методами гранулометрии.

Гранулометрический состав может быть выражен в виде дискретной или непрерывной зависимости содержания частиц от их размеров. Для определения дискретной зависимости интервал размеров всех частиц анализируемого вещества подразделяют на классы (фракции) и гранулометрический состав представляют в виде процентного содержания частиц каждой из фракций (фракционный состав). В зависимости от размера максимального куска классификация по крупности осуществляется грохочением пробы на наборе сит (ситовой анализ) либо гидравлической классификацией материала. Величина фракции показывает содержание в веществе частиц в интервале размеров, ограничивающих фракцию. Графическое изображение гранулометрического состава в виде непрерывной зависимости называется кривой распределения. При построении её по оси абсцисс откладывают размеры частиц, а по оси ординат — суммарное содержание всех частиц от начала отсчёта до данной точки, получая интегральную (суммарную) кривую распределения. Если по оси ординат откладывают относительное содержание фракций, причём разность между средними размерами частиц каждой фракции стремится к нулю, получают дифференциальную кривую распределения (рис. 1). При определении гранулометрического состава строительных материалов результаты анализа иногда выражают в виде треугольника (чем ближе точка к вершине треугольника, тем больше в данном материале фракции, соответствующей этой вершине).

По результатам анализов гранулометрического состава составляют таблицы, в которых отражают: класс (в мм); выход отдельных классов (по массе в килограммах и в %); суммарный (кумулятивный) выход по плюсу, т.е. выход суммарных остатков или по минусу, т.е. суммарный просев (в %). Данные анализа также выражают графически, используя простые, полулогарифмические и логарифмические сетки. На оси абсцисс откладывают размеры отверстий контрольных сит, на оси ординат — суммарные остатки. Крупность продукта характеризуют в необходимых случаях верхним (нижним) номинальным размером, т.е. размером отверстий контрольного сита, соответствующим установленному допустимому значению остатка просева. Крупность горной массы оценивают также средним ( средневзвешенным) размером куска (медианой).

Гранулометрический состав продуктов взрывного и механического дробления горных пород отражает вероятностный процесс образования кусков (зёрен) различной крупности в результате их разрушения. Гранулометрический состав взорванной породы в любом случае можно выразить графиками (рис. 2), из которых видно, что с увеличением допустимого размера кусков количество крупной фракции породы, требующей вторичного дробления, во всех случаях (особенно при мелком негабарите) уменьшается.

Таким образом, при постоянстве гранулометрического состава взорванной массы степень дробления, оцениваемая по выходу негабарита, может быть различной, неодинакова и производственная оценка одного и того же взрыва на предприятиях с различным размером допустимого куска. Поэтому одни и те же породы при одинаковом гранулометрическом составе могут считаться легковзрываемыми или трудновзрываемыми в зависимости от принятых допустимых размеров кусков.

ТРЕЩИНОВАТОСТЬ горных пород - явление разделения горных пород земной коры трещинами различной протяжённости, формы и пространственной ориентировки.

По происхождению трещиноватость горных пород разделяется на нетектоническую, тектоническую и планетарную.

Нетектонические трещиноватости горных пород - следствие растрескивания горных пород в процессе охлаждения (для магматических пород), уплотнения, дегидратации, развития экзогенных процессов (гравитационного оползания, резких колебаний температуры), ведения горных работ ("технологическая" трещиноватость) и т.п.

Тектоническая трещиноватость горных пород развивается в связи с напряжениями, возникающими в горных породах под влиянием глубинных тектонических сил. Выделяются трещины отрыва и трещины скалывания, которые образуют системы, закономерно ориентированные по отношению к крупным тектоническим структурам; в связи с развитием последних происходит растрескивание горных пород.

При планетарной трещиноватости горных пород напряжения в земной коре возникают под действием планетарных явлений (например, изменения частоты вращения и формы Земли, "твёрдых приливов" и т.п.).

Трещиноватость горных пород в зависимости от методов измерения характеризуется:

размером отдельности горных пород;
интенсивностью (суммарной шириной раскрытия трещин на единицу длины скважины, мм/м);
удельным водопоглощением (поглощением воды массивом на единицу длины скважины и единицу гидростатического напора в единицу времени, л/с•м2);
реометрической проницаемостью (падением давления воздуха при его растекании в скважине на единицу длины в единицу времени, Па/м•с)
и другими параметрами.

Укрупнённая оценка трещиноватости горных пород даётся с помощью диаграмм трещиноватости, отражающих преимущественную ориентацию систем трещин, среднее их раскрытие, шероховатость и др.

Наличие в разрезе скважины сильнотрещиноватых и разрушенных пород приводит к снижению механической скорости бурения, выхода керна, износостойкости алмазной коронки, резкому увеличению расхода алмазов, способствует поломке резцов, осложнениям вследствие поглощения промывочной жидкости и обрушения стенок скважины. Для оценки степени нарушенности пород трещинами можно воспользоваться показателем трещиноватости Т, который вычисляется по формуле

Где α- угол наклона трещины; - средняя длина столбика керна (отношение общей длины столбика к их числу).

Трещиноватость по керну может быть оценена по методике ЦНИГРИ [1], согласно которой все породы по трещиноватости разделены на четыре класса: слаботрещиноватые (коэффициент трещиноватости трещиноватые ( ); сильнотрещиноватые ( раздробленные ( .

Коэфициент трещиноватости пород первого класса рассчитывается по формуле

где - относительный выход столбиков керна (отношение общей длины столбиков керна к проходке за рейс).

Формула (I.2) применима при средней длине столбиков более 0,2 м и выходе керна более 70 %. Значение коэффициентов последующих классов определяется по формуле

(q=2- знаменатель геометрической прогрессии; n- порядковый номер класса пород).

Явление трещиноватости имеет как положительные, так и отрицательные практические следствия.

Рассечение горных пород трещинами способствует проницаемости земной коры для глубинных растворов (флюидов), несущих рудные компоненты, которые, откладываясь в трещинах, формируют месторождения полезных ископаемых. Глубинные горизонты трещиноватых пород могут быть коллекторами пресной воды, нефти и газа.

Трещиноватость горных пород обеспечивает хорошее дробление горных пород при отбойке, способствует применению экономичных систем разработки с самообрушением руды. Трещиноватые породы лишены склонности к динамическим проявлениям горного давления.

Отрицательное влияние трещиноватости горных пород состоит в понижении устойчивости массивов горных пород. Прочностные характеристики массива трещиноватых горных пород повышают цементацией, силикатизацией, битумизацией и смолоинъекционным упрочнением.

Физические свойства горных пород характеризуют их физическое состояние. К ним относятся: степень связности, пористость, плотность, структура, текстура, зернистость, гранулометрический состав и др.Структура характеризует внутреннее строение, т. е. форму, размер и взаимное расположение минералов в породе, состав цемента в осадочных породах, а также вид связей между зернами.
Структура горных породприведена в табл. 1.

Мелкозернистые породы при одинаковом минеральном составе, как правило, обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые или породы неравномернозернистого строения.Прочность и устойчивость осадочных горных пород зависят главным образом от состава цементирующего вещества, а также типа цементации. По составу цементирующие вещества в осадочных породах могут быть кремнистыми,известковыми, глинистыми, а также сложными, например карбонатно-глинистыми и слюдистыми. Наиболее прочными являются кремнистые и карбонатные цементы, наименее прочными — глинистые.
Текстура горных породхарактеризует закономерности в распределении и расположении структурных элементов.
Важнейшие типы текстуры горных порол приведены в табл. 2.

Для многих литологических разновидностей осадочных породхарактерна слоистая текстура. На плоскостях раздела может наблюдаться повышенное содержание слюдистых минералов и остатков обуглившейся растительности, что приводит к ослаблению сцепления слоев. Слоистыепороды в подземных выработках имеют более слабую сопротивляемость деформационным и разрушающим нагрузкам, чем монолитные.
Элементы строения массива (структура и текстура) во многом определяют егопрочностные свойства (рис. 7).

Под плотностью горных пород и породообразующих минералов следует понимать массу единицы объема со всеми содержащимися в ее порах жидкостями и газами ρ0. Она может бытьопределена по формуле

где m — масса образца породы, т/м3; V — объем минеральных (твердых) частиц образца породы, м3.
Плотность некоторых горных пород и минералов приведена в.

Горная порода образуется в определенных геологических условиях, что отражается на форме ее залегания и внешних физических признаках: цвете, минералогическим составе, строении, физическом состоянии и т. д.

Окраска породы определяется цветом породообразующих минералов или различными примесями. Выделяют светлые породы (белые, светло-серые и др.) и темно-окрашенные (черные, серые и др.).

Минералогический состав пород являются одним из факторов, определяющих свойства пород. Породы бывают мономинеральными (например, известняк состоит из одного минерала – кальцита) и полиминеральными (гранит – из кварца, полевых шпатов, слюды). Тип горной породы определяют главные породообразующие минералы, которые входят в качестве постоянных, существенных компонентов в состав породы, каждый их которых составляет более 5%, а сумме около 95%. Второстепенные минералы слагают около 5% породы. Среди минералов выделяются первичные, образовавшиеся в процессе формирования горной породы, и вторичные – в результате замещения первичных минералов (например, замещение калиевого полевого шпата – каолинитом). Количество вторичных минералов служит показателем степени выветренности пород, что влияет на изменение ее физико-механических свойств.

Под строением горной породы понимается структура и текстура.

Структура (с лат. структура – строение) – характеризует внутреннее строение породы и определяется размером, формой и количественным соотношением отдельных минеральных частиц (зерен) или их агрегатов.

Текстура (от лат. текстура – ткань, сплетение) – отражает внешний облик породы, обусловлена пространственным размещением минеральных частиц или агрегатов в породе и монолитностью – степенью сплошности породы.

Строение породы отражает условия ее формирования, определяет ее свойства и особенности и влияет прежде всего на неоднородность ее, которая обуславливает анизотропность водопроницаемости, сжимаемости, сопротивлению сдвигу, обуславливающих поведение пород при возведении сооружений и устойчивости их.

По физическому состоянию выделяют рыхлые породы (например, песок) и плотные (гранит, известняк).

Горные породы – это сложные природные агрегаты, состав, строение и состояние которых существенно влияют на их физико-механические свойства.

Основными факторами являются:

– зернистость (изменения в размерах зерен, преобладающие фракции в мм);

– форма зерен (изометрическая, игольчатая, таблитчатая и т. д.);

– тип цемента (базальный, контактовый и др.);

– примеси, включения, конкреции;

– трещиноватость (особенно в массиве).

По происхождению (генезису) горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические, что отражается на их внешних признаках.

Магматические горные породы

Образуются в результате остывания и кристаллизации природного огненно-жидкого расплава (магмы, от греч. магма – тесто) как под Землей, так и на ее поверхности. В первом случае, затвердевание происходит медленно, вся магма успевает закристаллизоваться и образуются глубинные (интрузивные, от лат. интрузио – внедрение) горные породы, в во втором – при быстром поднятии магмы и резком падении температуры – излившиеся, поверхностные (эффузивные, от греч. эффузио – излияние) породы. Различные условия затвердевания магмы обусловили неодинаковые структурно-текстурные особенности пород (рис. 1).

Рис. 1. Структуры магматических пород:

а – неравномерно-зернистая; б – равномерно-зернистая; в – порфировая;

г – порфировидная

Для интрузивных пород характерны полнокристаллические (зерна ясно различимы простым глазом), равномерно или неравномерно зернистые структуры и массивная (однородная, беспорядочная) текстура (рис. 2).

а	б	в
г	д	е

Рис. 2. Текстуры магматических пород:

а – массивная; б – миндалекаменная; в– полосчатая;

г – пузыристая; д – пятнистая; е - течения

Эффузивные породы отличаются стекловатым (аморфным), скрытокристаллическим (кристаллы неразличимы глазом), порфировым (крупные ограненные кристаллы среди плотной нераскристаллизованной основной массы) строением, пористой, миндалекаменной (пустотки – миндалины в породе заполнены вторичным минералом), флюидальной (связанной с течением магмы) текстурами.

Среди излившихся пород по степени их свежести выделяют кайнотипные (от греч. кайнос – новый), т. е. образовавшиеся совсем недавно – неизмененные, свежие породы и палеотипные (от греч. палеос – древний), более древние – в различной степени разрушенные и содержащие вторичные минералы.

При извержении происходят взрывы газов и перегретых паров воды и на поверхность земли выбрасываются раздробленные или распыленные твердые вулканические продукты (пепел, песок, вулканические бомбы). Этот материал в дальнейшем подвергается цементации и образуются пирокластические (вулканогенные – обломочные) породы (например, вулканический туф).

Минералогический состав магматических пород весьма разнообразен: наиболее распространены полевые шпаты, кварц, роговая обманка, авгит, слюды и меньше – оливин, нефелин, магнетит, апатит и другие минералы. Типичными процессами вторичного минералообразования являются серицитизация (серицит – тонкочешуйчатая светлая слюда), каолинизация, хлоритизация и др.

Общепринятой является классификация магматических пород по химическому и минералогическому составу. По содержанию SiO₂ породы условно разделены на 4 группы: кислые (SiO₂ более 65%), средние (SiO₂ от 65 до 52%), основные (SiO₂ от 52 до 40%) и ультраосновные (SiO₂ менее 40%). Здесь в одну группу объединяют породы различные по происхождению, но близкие по вещественному составу. Дальнейшее разделение пород внутри группы производится по минералогическому составу, причем особая роль отводится полевым шпатам, меньше кварцу

Практическое значение классификации выражается в том, что с уменьшением содержания SiO₂ окраска пород становится темнее, увеличивается их плотность, понижается температура плавления, породы лучше поддаются полировке.

Степень устойчивости магматических пород по отношению к выветриванию в значительной степени зависит от минералогического состава.

Кварц является одним из наиболее устойчивых минералов в коре выветривания. Породы с большим и равномерным содержанием кварца и мелкокристаллической структурой характеризуются весьма большой стойкостью против выветривания.

Слюды способствуют физическому выветриванию пород. Под влиянием колебаний температуры и периодического замораживания и оттаивания породы, содержащие большое количество слюд, теряют связи и расслаиваются.

Полевые шпаты устойчивы в свежем состоянии. Помутневшие и трещиноватые кристаллы быстро разрушаются. Причем наиболее устойчивы против выветривания ортоклаз и альбит, наименее – основные плагиоклазы.

Роговая обманка и авгит сравнительно устойчивы против выветривания даже при действии кислот, которые образуются при разложении пирита.

Оливиннаименее устойчивый минерал, быстро подвергающийся разложению под влиянием колебания температуры и действия воды, особенно содержащей серную кислоту

Следует отметить также пирит, который легко окисляется, образуя с водой серную кислоту, которая ускоряет процесс разложения других минералов.

Любые вторичные изменения горных пород влияют на их физико-механические параметры. Так, хлоритизация (т. е. замещение некоторых минералов хлоритом) магматических пород вызывает снижение их плотности, прочности, модуля упругости.

Наличие трещин в магматических породах нарушает монолитность массива, расчленяет его на различные отдельности, определяет пути движения подземных вод, наиболее вероятные подвижки отдельных блоков породы в откосах. Трещины влияют на прочность и устойчивость пород, их водопроницаемость, степень обводненности и т. д.

В целом, в районах преобразования магматических пород под влиянием выветривания, различных деформаций при тектонических движениях, антропогенных воздействиях и т. д. наблюдается значительное ухудшение их инженерно-строительной характеристики: увеличение их пористости и трещиноватости, уменьшение плотности, прочности, повышение водопроницаемости и т. д.

Осадочные горные породы

Образуются в поверхностной части земной коры из продуктов разрушения других горных пород (магматических, осадочных или метаморфических), а также в результате жизнедеятельности организмов и растений, химического выпадения осадка из водных растворов. Рыхлые осадки постепенно уплотняются, цементируются и превращаются в горные породы.

Для осадочных пород в отличие от магматических и метаморфических характерны условия залегания преимущественно в вид слоев и линз, различные виды слоистых текстур (рис. 3), остатки флоры и фауны, пористость, более бедный минералогический состав.

Рис. 3. Типы слоистости осадочных пород:

а – горизонтальная; б – волнистая; в – косая

Наибольшее значение имеют минералы устойчивые в зоне осадконакопления или образующиеся при экзогенных процессах: глинистые (каолинит, монтмориллонит и др.), кварц, слюды, халцедон, опал, кальцит, доломит, гипс, ангидрит, лимонит и др.

Большее значение в осадочных породах имеет пористость, которая обуславливает способность к уплотнению породы и в порах которой могут находиться вода, газ, нефть. Величина пористости зависит как от гранулометрического состава и характера упаковки зерен, так и от выщелачивания отдельных участков и составных частиц породы циркулирующими растворами.

По степени пористости различают породы плотные, мелкопористые (мелкие поры можно различать на глаз), крупнопористые (величина пор 0,5-2,5 мм), кавернозные (пустоты более 2,5 мм образовались в результате выщелачивания отдельных участков породы или органических остатков).

По происхождению выделяют обломочные, химические (хемогенные), органогенные (биогенные) и смешанные породы. Химические осадки часто выпадают при прямом или косвенным участии организмов. Такие породы называются биохимическими.

Обломочные породы

Сложены обломками минеральных зерен и различных пород. Классификация обломочных горных пород основана на размере, форме обломков (частиц) и характере их сцементированности (табл. 1).

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.007)

Читайте также: