Скальные и полускальные породы реферат

Обновлено: 03.07.2024

Статьи Материалы Природные каменные материалы Скальные горные породы. Структура, классификация, происхождение.

Скальные горные породы. Структура, классификация, происхождение.

Скальные горные породы как исходное сырье для изготовления каменных материалов обладают уже а природном состоянии рядом необходимых физико-механических н технологических свойств. Каменные материалы, полученные при переработке скальных пород, используют при строительстве искусственных сооружений, устройстве дорожной одежды, дренажных и укрепительных работах, приготовлении цементобетонных, асфальтобетонных смесей и т. п.

Природные каменные материалы, являясь продуктом механической переработки и обработки скальных горных пород, отличаются от последних тем, что имеют определенные форму и размер, а в ряде случаев и характер поверхности раскола отдельностей. Поэтому их свойства зависят как от качества исходной горной породы, так и от размеров, формы кусков и характера их обработки.

В зависимости от назначения и свойств скальных горных пород, каменные материалы в строительстве применяют в виде колотого — бут, шашка для мощения, шашка пакеляж, пиленого — блоки, штучного разной степени обработки — брусчатка, облицовочные и бортовые камни, плиты или дробленого материала — щебень каменная крошка.

Качество скальных горных пород определяется, минералогическим составом, структурой, текстурой, свежестью породы и характером отдельностей, форма и размер которых в значительной мере обусловлены природными трещинами.

По составу горные породы представляют собой агрегатного или нескольких минералов. В первом случае горные породы называются простыми, или мономинеральными, и свойства их определяются свойствами минералов, составляющих породу, крупностью и характером взаимного расположения н сцепления отдельных минералов.

Породы, состоящие из нескольких минералов, называются сложными, или полиминеральными. Свойства этих горных пород зависят от сочетания свойств минералов, составляв ющих горную породу, количественного их соотношения, крупности, взаимного расположения и сцепления. Если сравнить, например, несколько разновидностей гранитов, то наибольшую прочность, устойчивость и твердость будет иметь та разновидность, в состав которой входит больше кварца и меньше слюды и которая состоит из мелких, равномерно распределенных минералов.

Помимо минералогического состава, важным признаком, определяющим свойства горной породы, является структура и текстура. Структура, или строение, горной породы определяется размером и формой кристаллов (и зерен), их взаиморасположением и характером структурных связей. Различают такие виды структур: кристаллическую, пегматитовую, порфировую, зернистую, оолитовую, зернисто-стекловатую и др.

Структура — результат процессов кристаллизации магматических или цементации осадочных пород или следствие позднейшей их метаморфизации. Поэтому породы одинакового минералогического состава могут иметь разную структуру, следовательно, различные свойства. Например, гранит и кварцевый порфир могут обладать одинаковым составом, но разной структурой и, наоборот, породы различного минералогического состава могут обладать одинаковой структурой; гранит, сиенит и диорит имеют разный минералогический состав, но одинаковую зернисто-кристаллическую структуру. Влияние структуры на характер раскола породы показано ниже

По крупности минералов, составляющих породу, принято различать разновидности структур, приведенные в таблице.

Однообразная мелкокристаллическая (и мелкозернистая) структура служит признаком более высокой прочности и стойкости против выветривания, хорошей колкости и полируемостн по сравнению с крупнозернистыми, грубозернистыми и,в особенности, пегматитовыми разновидностями горных пород. Стекловатая структура без явных кристаллических образований, характерная для некоторых эффузивных пород, определяет хрупкость шороды. Стекловатые разновидности при ударе имеют неправильный раскол с гладкой поверхностью и острыми ребрами. Породы со скрытокрксталлической структурой обычно отличаются высокой прочностью и более высокой стойкостью против химических воздействий. Хорошо выраженная макропорфировая структура придает породе красивый рисунок. Породы с порфировой и лорфировидкой структурой по сравнению с равномерно-кристаллическими разновидностями менее стойки против выветривания. Оолитовая структура осадочных пород служит признаком пониженной прочности и устойчивости.

С увеличением пористости (ноздреватости, ячеистости) понижается прочность и стойкость против выветривания. Сланцевые и тонкослоистые породы анизотропны, менее устойчивы, при ударе обычно раскалываются по направлению сланцеватости или слоистости. Под влиянием различных геологических процессов, а в верхних слоях земной коры и атмосферных факторов, в горных породах образуются явные и скрытые трещины разного направления и размеров. Эти трещины образуются в процессе формирования (первичные трещины или щели) или в результате перемещения напластований, а также под влиянием факторов выветривания - коррозии (вторичные трещины). В осадочных горных породах трещины обычно возникают по плоскостям напластования, которые являются результатом прерывистого образования осадочных горных пород. Различают следующие виды отдельностей залегания горной породы: плитообразная, пластовая, параллелипипедальная и кубовидная.

Эти отдельности облегчают изготовление штучного камня. Полиэдрическая отдельность (или неправильная многогранная) ограничивается трещинами, идущими в разных направлениях и разбивающими породу на куски неправильной формы. Из таких пород изготовляют бутовый камень, щебень, шашку для мощения. Столбчатая, или призматическая, отдельность (рисунок ниже) образуется в том случае, когда порода разбивается трещинами, образующими вытянутые отдельности в виде многогранных столбов (например, у некоторых разновидностей базальтов). Этот вид отдельяостеи облегчает выломку столбов, разделку их на шаку и брусчатку.

Сфероидальная или шаровая, отдельность образуется в результате распада породы на неправильные шарообразные отдельности с концентрически скорлуповатой макроструктурой. Шаровидные отдельности затрудняют разделку породы на отдельности требуемой формы и размера.

Горные породы, слагающие земную кору, ло генезису (происхождению) подразделяют на три большее группы: изверженные, осадочные, метаморфические.

Изверженные (магматические) годные породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы. Крайне разнообразные условия, при которых происходит формирование магматических горных пород, приводят к образованию пород разного минералогического состава, строения и сложения, а следовательно, и технических свойств.

Поднимаясь по разломам в земной коре, магма вследствие понижения температуры и давления постепенно застьгваег на глубине или значительно быстрее на поверхности, образуя изверженные глубинные (интрузивные) или излившиеся (эффузивные) горные породы. Форма минералообразования зависит от быстроты охлаждения: в условиях медленной кристаллизации образуются крупные кристаллы, а в условиях быстрой кристаллизации — преимущественно мелкие кристаллы. При очень быстром охлаждении образуются аморфные стекловатые породы. Если из вязкой магмы медленно выделяются газообразные продукты, образуются породы пористой, ноздреватой, пемзовидной текстуры. Неравномерное охлаждение магмы приводит к образованию призматических, шаровых, столбчатых и других форм отдельностей.

Осадочные горные породы образовались путем осаждения веществ из какой-либо среды, главным образом водной. Осаждение происходило периодами преимущественно в виде отдельных слоев и пластов. Поэтому осадочные породы называют также слоистыми или пластовыми породами. По характеру образования и по составу осадочные горные породы в свою очередь, делят на три группы: механические отложения, химические осадки и органические осадки.

Механические (или обломочные) осадочные горные породы — продукт осаждения млн накопления рыхлых продуктов, главным образом механического разрушения прежде существовавших горных пород. Они могут быть в виде рыхлого скопления обломков разной величины н формы (валуны, галька; гравий, хрящ, лесок). Рыхлые горные породы могут быть в последующем уплотнены и сцементированы природными веществами, например, глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами, гипсом и пр. В этом случае образуются конгломераты, брекчии, песчаники.

Химические осадки — горные породы, образовавшиеся путем осаждения минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией (некоторые известняки н туфы, гипс, ангидрид и др.).

Органические осадки — продукт отложения остатков различных отмерших простейших организмов с последующим уплотнением и цементацией (большинство известняков, доломиты, опоки, диатомиты и др.). Если у изверженных горных пород составляющие их минералы непосредственно связаны между собой и эта связь — спайность — образуется в момент формирования породы, то образование сцементированных осадочных горных пород происходит путем цементации зерен скелета каким-либо природным веществом и является процессом вторичным и довольно длительным. Вначале рыхлое скопление зерен постепенно пропитывается растворами природного цементирующего вещества, н по мере уплотнения, а в последующем н кристаллизации последнего, происходит цементация осадков. Зти природные цементирующие вещества — кремнистые, глинистые, железистые и др., находящиеся в коллоидном состоянии, неравномерно обволакивают зерна скелета, медленно заполняя в нем пустоты. С течением времени происходит уплотнение, а затем и кристаллизация коллоидных веществ, при этом объем цементирующего вещества значительно уменьшается. Как уменьшение объема коллоидных веществ, так и неравномерное их распределение в пустотах служат причиной образования пор, пустот и мюкрощелей в осадочных горных породах. Мелкозернистые осадочные горные породы, сцементированные кремнистым, железистым и другими коллоидными веществами, часто при высыхании растрескиваются на неправильные остроугольные обломки. Это объясняется неравномерным изменением объема коллоидных веществ при изменении влажности, что вызывает местные напряжения и приводит к появлению трещин (например, у опоковидкых пород). Минералогический состав большинства осадочных горных пород проще по сравнению с изверженными. Первичными минералами, составляющими осадочные горные породы, являются кварц, кальцит, глауконит, гипс, доломит, каолинит и др.

Метаморфические горные породы образовались в результате более или менее глубокого изменения (метаморфизма) магматических или осадочных горных пород под влиянием последующих геологических процессов и, в частности, высокой температуры и давления, а иногда и химических воздействий. Метаморфизм выражается в изменении структуры, текстуры, а иногда минералогического и химического состава породы. Главнейшими представителями метаморфических горных пород являются кварцит, мрамор и большая группа кристаллических сланцев.

Вложенные файлы: 1 файл

Скальные грунты.docx

Свойства скальных грунтов

В состав скальных и полускальных грунтов входит большое количество различных видов горных пород — от гранита до гипса и от мергеля до опоки, совершенно непохожих друг на друга, отличающихся различной способностью сопротивляться механическим усилиям и различной стойкостью к воздействию грунтовых и поверхностных вод.
Поскольку грунты с жесткой связью между частицами имеют значительное сходство с твердыми упругими телами, свойства их обычно изучаются по правилам строительной механики твердых тел. Однако при этом изучении необходимо учитывать, что испытания отдельных образцов не могут дать полное представление о свойствах грунтов в условиях природного залегания. Большинство этих грунтов характерно наличием трещиноватости и неоднородностью строения. Слои скальных и полускальных грунтов, находящихся на небольшой глубине, оказываются ослабленными выветриванием и т. п.

В ряде случаев слои скального грунта имеют слоистое строение: наличие слабого, например, глинистого прослойка в общей толще скального грунта может явиться причиной наклона или сдвига сооружения.

По характеру связи между зернами эти грунты можно разделить на сцементированные грунты и спаянные.
В спаянных грунтах зерна связаны друг с другом непосредственно , в сцементированных —связь осуществляется веществом, находящимся между частицами и связывающим их в единое целое. Связывающее зерна вещество может целиком или частично заполнять промежутки между зернами.
К спаянным грунтам относятся изверженные породы, большая часть метаморфических и некоторых осадочные . К сцементированным грунтам относится большая часть осадочных пород.
Способность сопротивляться внешним механическим воздействиям и разрушающему влиянию физических и химических факторов зависит у спаянных грунтов от свойств самих зерен, а у сцементированных грунтов —как от свойств зерен, так и от свойств скрепляющего эти зерна цемента. Поэтому грунт, состоящий из весьма крепких зерен , может оказаться весьма слабым только потому, что соединяющее эти зерна вещество разрушается уже при небольших давлениях или от физико – химических воздействий.
Иногда встречаются частично сцементированные грунты, в которых имеется соединение между зернами, но порода сцементирована не полностью.

Основной строительной характеристикой скальных грунтов является предел прочности при сжатии. Для оценки полускальных грунтов, кроме предела прочности при сжатии, желательно определить коэффициент уплотнения, или модуль деформации, и сопротивление сдвигу. Кроме того, в ряде случаев, для обоих видов грунтов необходима характеристика их устойчивости к воздействию природных факторов.
Временное сопротивление скальных грунтов сжатию и скалыванию определяют путем испытания кубиков или цилиндров. Другие более дорогие методы определения временного сопротивления сжатию, как например испытание выделенных столбов в шахтах или шурфах или испытание штампом, рекомендуются в тех случаях, когда грунт имеет слоистое строение и свойства отдельных слоев и прослоек резко отличаются. Испытания в натуре рекомендуются также в основаниях особо ответственных сооружений для оценки влияния на строительные свойства трещиноватости и других структурных особенностей породы.
Нсводостойкие грунты могут быть разделены на растворяющиеся и размягчающиеся.
К водостойким скальным и полускальным грунтам относятся все грунты, у которых основные зерна и скрепляющий их цемент представлены водостойкими минералами. При базальтовом типе цементации и отсутствии трещиноватости грунты могут быть отнесены к водостойким при водостойком цементирующем веществе, так как в этом случае значительное количество воды не достигает основных зерен.

К водостойким, грунтам относятся все не нарушенные выветриванием изверженные породы, большинство метаморфических, а из осадочных те, которые сцементированы кремнием.
Остальные виды скальных грунтов относятся к промежуточной группе между водостойкими и неводостойкими грунтами. Эти грунты растворяются значительно медленнее неводостойких грунтов, однако в них часто бывают значительные промоины, карстовые воронки и пещеры. Они растворяются быстрее в тех случаях, когда вода агрессивна по отношению к ним.
Размягчаемость зависит от минералогического состава породы и от свойств связывающего зерна цемента. Особенно сильно размягчаются породы, содержащие много глинистых минералов. Значительной размягчаемостью обладают также породы, имеющие в своем составе ангидрит, который под влиянием воды переходит в гипс со значительным увеличением объема, что Вызывает разбухание грунта и ослабление внутренних сил сцепления.
Если размягчающиеся грунты будут работать в условиях возможного их увлажнения, необходимо учитывать следующее:
а) уменьшение их несущей способности после размягчения;
б) появление или повышение в связи с размягчением способности консолидироваться под нагрузкой;
в) изменение величины сопротивления сдвигу.
Количественная оценка способности скальных грунтов размягчаться при изменении влажностного режима производится сравнением величин предела прочности сжатию в водонасыщенном состоянии.
При t=0,90 грунты считаются неразмягчающимися, при t = 0,90 — 0,75 —обладающими средней степенью размягчения и при t негидростойкие грунты попадают под воздействие атмосферных, грунтовых или хозяйственных вод, способных растворять их частично или полностью.
Чтобы составить прогноз возможности и характера гидрохимических процессов во время эксплуатации сооружения, необходимо при исследованиях установить следующее:
а) наличие малостойких в гидрохимическом отношении грунтов;
б) доступность этих грунтов для воздействия на них тех или иных вод во время строительства и эксплуатации сооружения;
в) химический состав вод и их агрессивность по отношению к данным грунтам.
Образцы грунтов для исследования гидрохимической стойкости получают из шурфов и шахт или путем структурного бурения без промывки.
Для оценки гидрохимической стойкости требуется специальное комплексное инженерно – геологическое изучение природной обстановки и изменения ее во время устройства и эксплуатации сооружения; при этом необходимо учитывать возможность искусственного изменения свойств грунтов.
Расчетное сопротивление грунтов скального основания определяется по формуле:
R = kRH, где H —предел прочности на одноосное сжатие грунта в водонасыщенном состоянии, кг/см2; k —коэффициент однородности грунта, принимаемый равным 0,17. Для различных видов мергелей и окремненных глин расчетное сопротивление принимается в пределах 2,5 —7,5 кг/см2, в зависимости от величины H или коэффициента уплотнения.

Использование скальных грунтов, подвергшихся выветриванию

Первичной формой выветривания, особенно у известняков, является глыбовая форма; такая форма возникает в самом начале выветривания, когда в результате физических воздействий монолитный слой породы разбивается трещинами на отдельности в виде глыб. Так как величина поверхности глыб незначительна по сравнению с их объемом, химическое выветривание в это время еще не играет существенной роли.
Со строительной точки зрения глыбовая форма карбонатных грунтов представляет собой систему плотно уложенных глыб, состоящих в большинстве случаев из грунта, почти полностью сохранившего свои физические свойства.
Работа глыбовой формы под нагрузкой не вызывает сомнений.
Следующую форму выветривания можно назвать глыбово – щебеноватой.
В этой стадии наряду с глыбами имеется и значительное количество щебенки.
Промежутки между крупными элементами частично или полностью заполнены обычно глинистыми грунтами. В глыбово – щебеноватой форме твердые элементы образуют основной скелет грунта; глинистые и песчаные материалы заполняют промежутки между крупными камневидными элементами.
Данная форма со строительной точки зрения представляет неплохое основание, так как благодаря наличию скелета из твердых камневидных элементов сжатие основания под нагрузкой будет незначительным.
Затем можно выделить глинисто – щебеноватую форму.

Скальные грунты-структуры с жесткими кристаллическими связями (гранит, известняк).

Класс включает в себя две группы грунтов :

1) скальные, куда входит три подгруппы пород- магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные

2) полускальные в виде двух подгрупп- магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса.

Деление этого класса на типы основано на особенностях минеральногосостава, например,

силикатного типа –гнейсы, граниты, карбонатного - мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновидности проводится по свойствам:

по прочности - гранит – очень прочный, вулканический туф - менее прочный;

по растворимости в воде – кварцит - очень водостойкий, известняк - неводостойкий.

Класс скальных грунтов включает в себя группу скальных и полускальных грунтов и объединяет магматические, метаморфические и осадочные породы. На равнинах скальные грунты обычно располагаются на некоторой глубине под толщей осадочных пород, на поверхность земли они выходят редко.

Широкое развитие эти грунты имеют в горных районах, где располагаются на поверхности земной коры. Скальные грунты обладают монолитностью, находятся в плотном состоянии и имеют высокую прочность за счет кристаллических структурных связей.

Верхняя часть массивов, контактирующая с атмосферой, обычно бывает разрушена вследствие воздействия процесса выветривания. Эта разрушенная зона называется корой выветривания и характеризуется величиной k - степень выветрелости, которая определяется сопоставлением плотности выветрелого скального грунта с «материнской (невыветрелой ) частью скального массива.

Скальные грунты в силу глубокого залегания в земной коре редко служат основанием сооружений. Когда это происходит, то объект лучше опирать на материнскую породу т.е. фундаменты должны прорезать кору выветривания. Фундаменты можно опирать и на кору выветривания, но для этого ее следует упрочнять каким-либо методом технической мелиорации грунтов.

При возведении сооружения на скальных грунтах следует учитывать: а) скальные грунты при небольших нагрузках например от гражданских зданий, практически на сжимаются, но под действием очень больших нагрузок и в течение длительного времени они могут проявлять реологические свойства;

б) для скальных грунтов способных к растворению в воде, необходимо установить степень растворимости: труднорастворимые - известняки, доломиты, известковые конгломераты и песчаники; среднерастворимые - гипс, ангидрит; легкорастворимые - каменная соль.

в) прочность скальных грунтов изменяется в широких пределах и зависит от того находятся эти породы в виде монолита или являются трещиноватыми.

Трещиноватость снижает прочность скальных пород. К снижению прочности всех магматических пород приводит наличие слюд, в особенности биотита. Базальты отличаются высокой плотностью ( до 3-3.3 г/см.куб.) и прочностью Rс до 300-350 МПА. Однако прочность резко падает у базальтов с пузырчатой текстурой, пористость которых может составлять до 50%.

Физико-механические свойства скальных грунтов.

Водно - физические свойства.

Скальные породы имеют малую общую пористость (менее 5 %) , полускальные - средней (5-20 %) или даже высокой (более 20 %) пористостью.

Трещиноватость можно характеризовать как дополнительную пористость, возникающую в породах в результате тектонических движений и экзогенных процессов (выветривание)

От размера, густоты, направления, характера, генетического типа трещин в большей степени зависят прочность, устойчивость и водопроницаемость основания будущего сооружения.

Скальные породы, как правило не влагоемкие, а полускальные – слабо и средневлагоемкие. Влагоемкие породы более подвержены морозному выветриванию и размягчению.

Водопоглощение - для плотных кристаллических пород менее 1%; для трещиноватых, туфогенных, пористых скальных и полу скальных пород может выражаться десятками процентов.

Водонасыщение (принудительное) – способность горной породы поглощать воду при избыточном давлении в 15-20 МПА или в вакууме. Чем выше коэффициент водонасыщения, тем больше доля свободных пор в породе и тем легче порода насыщается в водой, фильтрует, разрушается в результате морозного выветривания.

Для скальных пород фильтрация, движение воды через породу, возможно только по трещинам. Для других твердых пород фильтрация зависит от наличия и размеров всех видов открытых пустот: крупных пор, каверн, карстовых пустот, суффозионных проходов.

Под водопрочностью следует понимать способность твердых горных пород сохранять механическую прочность, устойчивость и целостность при взаимодействии с водой. Показателем водопрочности является коофициент размягчения Крз, учитывающий степень уменьшения механической прочности породы после насыщения ее водой.

К размягчаемым относятся породы Крзменее 0.75, они не могут выдержать давления на них, способны давать оползни, обвалы в крутых откосах, могут размываться текучей водой ( агреллиты, мергели, известняки, сланцы, засоленные породы)

Механические свойства скальных грунтов

Напряжения, возникающие под действием прилагаемых внешних нагрузок, ведут к нарушению ее прочности и сплошности. В скальных породах деформации упругие. При росте напряжения возрастает деформация, которая при максимальном напряжении Рмаксприводит к разрушению горной породы ( см. рис) В этом случае горная порода ведет себя как всякое твердое тело, подчиняясь закону Гука : относительная деформация прямо пропорциональна напряжению.

При деформировании полускальных пород (мергель, мел) вначале деформация возрастает пропорционально напряжению, однако после достижения предела пропорциональности Рпр наступает не разрушение, а смятие или так называемое пластическое течение породы, что выражается в появлении трещин, изменению форм образца (см. рис )

Это напряжение соответствует пределу текучести Rт и в некоторых случаях деформация может нарастать без увеличения напряжения т.е. при Р=const ( ползучесть). Явление ползучести характеризует прочность породы во времени т.к. ползучесть обязательно заканчивается разрешением (см.точку Рз=Rz ) таким образом предел прочности твердых пород оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к образцу горной породы в момент его разрушения (потеря сплошности)

F – площадь образца, см

Pma- внешняя нагрузка, Н

Rz- временное сопротивление сжатию или предел прочности, МПА

На прочность горных пород влияет: минеральный состав, характер внутренних связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости. Наименьшей прочностью обладают размягчаемые породы.

К показателям деформируемости твердых горных пород относятся:

Модуль упругости Еу и модуль общей деформации Ео определяют величину напряжений, вызвавших единичную относительную деформацию породы в результате приложения внешней нагрузки.

Коэффициент Пуассона (поперечной деформации) определяет, в какой мере происходит изменение объема грунта в процессе деформации и зависит от минералогического состава грунта, пористости и трещиноватости.

Коэффициент бокового давления (коэффициент распора) учитывает часть вертикальной нагрузки, передающейся в стороны.

Вопрос 1.25 Классификация грунтов по ГОСТ – 25100-95.

Ответ:

Дисперсные грунты. В этот класс входят только осадочные горные породы.

Класс разделяется на две группы-связных и несвязных грунтов. Для этих грунтов характерны механические и водно-коллоидные структурные связи.

Связные грунты делятся на три типа –

минеральные (глинистые образования),

органо-минеральные (илы, сапропели)

и органические ( торфы ).

Несвязанные грунты представлены песками и крупнообломочными породами (гравий, щебень) В основу разновидностей грунтов положены плотность, засоленность, гранулометрический состав и др. показатели.

Пылеватые и непылеватые, глинистые грунты и лессовыепороды в большинстве случаев являются основаниями сооружений и являются дисперсными т.е. раздробленными, состоящими из мелких частиц. В дисперсных грунтах наблюдается тесное взаимодействие твердой, жидкой и газообразной фаз. В зависимости от условий существования грунта значение этих фаз меняется и вместе с тем меняются физико – механические свойства грунтов.

Для связных грунтов вследствие их анизотропности коэффициенты фильтрации в горизонтальном и вертикальном направлениях могут существенно отличаться. Особенно в грунтах неоднородных по своему строению - лессовых суглинках, ленточных глинах, торфах. При исследовании таких грунтов необходимо определять их водопроницаемость как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях.

Глинистые грунты характеризуются вводно-коллоидными связями, которые обеспечивают первичное сцепление на начальных этапах превращения глинистого осадка в породу.

На более поздних стадиях появляются цементные связи и соответствующее им сцепление упрочнения, которое постепенно переводит породу из ряда высокодисперсных систем в породы типа глинистых сланцев, аргиллитов.

Плотность глинистых грунтов изменяется от 2.53 – 2.85 г./см.куб. и зависит от минерального состава и органических примесей, а так же от влажности и степени уплотненности в природном залегании. Четвертичные глины морского, речного и ветрового происхождения имеют плотность 1.6 – 1.85 г/см.куб.;

плотность скелета 1.35 – 1.55 г./см.куб., а пористость 35 45 % . В порах глинистых грунтов кроме воздуха и воды может содержаться органический перегной гумус. В таких случаях эти грунты называются почвами и в них увеличивается влагоемкость, пластичность, сжатие под нагрузками.

Вода и ее количество предают грунтам ряд специфических (характерных) свойств: пластичность, липкость, набухание, усадка и размокание.

Угол внутреннего трения и сцепление С в значительной степени зависят от состояния влажности и пористости грунтов. Так, при мягкопластичном состоянии глины могут иметь угол не более 5-10, туггопластичные 15- 35.

Пылеватые глинистые грунты у которых , у которых пылеватых частиц больше, чем песчаных и которые обладают недоуплотненой структурой с очень водонеустойчивыми связями называют лессовыми. Особенностью лессовых грунтов является их просадочность.

К легко растворимым солям относятся хлориды, бикарбонаты, карбонат натрия, сульфаты;

к среднерастворимым гипс и ангидрит. Присутствие солей в грунтах приводит к изменению их прочности, сжимаемости, водопроницаемости, размокания, набухания, угла естественного откоса, липкости. При водонасыщении и увлажнении засоленные грунты теряют прочность, проявляют дополнительные суффозионные деформации, набухание, просадку и повышают агрессивность подземных вод.

Растворенные компоненты выносятся водой в случае его фильтрационного движения, а в случае затрудненного оттока переходят а поровый раствор. Кроме того, в лессовых породах суффозионные процессы, в особенности на склонах, могут привести к образованию пустот и пещер. Это явление носит название лессовый карст, который может выражаться на поверхности земли в виде суффозионно-провальных воронок.

Основными типами засоленных грунтов являются солончаки - формируются в пониженных формах рельефа с близким к поверхности залеганием уровня грунтовых вод; Солонцы – формируются на более высоких отметках местности и располагаются как в поверхностных так и в более глубоких гори зонтах, такыры представляют собой значительные площади глинистых грунтов с малой влажностью, твердой консистенцией, легко размокают и обладают большой липкостью.

Полускальные и скальные породы и их механические свойства

Скальным и полускальным горным породам свойственны жесткие связи между образующими их частицами. От мягких (связных и сыпучих) грунтов они отличаются по своим механическим характеристикам, которые схожи со свойствами твердых тел, изучаемых в сопротивлении материалов. Поэтому к твердым горным породам относят скальные и полускальные.

Обычно они используются в качестве надежного основания для сооружения, но некоторые их разновидности (выветрелые, сильно трещиноватые), имеющие ослабленные структурные связи, необходимо особо изучить перед их использованием в качестве основания строения.

К механическим свойствам твердых горных пород относятся механическая прочность, твердость и крепость.

Способность вышеуказанных пород противодействовать разрушению под влиянием напряжений, проявляющихся при нагрузке, называют механической прочностью. Выделяют следующие разновидности механической прочности: на изгиб, растяжение, срез, сжатие и удар. Проводя инженерные изыскания часто используют испытания полускальных и скальных пород на сжатие, который представляет значительный интерес в геологических и инженерных целях.

Предел прочности на сжатие рассчитывают по следующей формуле:

где Р – нагрузка, под воздействием которой разрушается образец испытуемой породы (исчисляется в кг); а F является площадью исходного поперечного сечения образца (в см 2 ).

Структура породы, ее текстура, минералогический состав, тип цемента, а также степень выветрелости определяет сопротивление сжатию. Самая высокая прочность характерна для мелкозернистых и равнозернистых кристаллических пород (базальт, кварцит и пр.).

Обычно прочность пород может изменяться в разных направлениях, вследствие чего в ходе испытаний образцы следует ориентировать таким образом, чтобы были учтены условия их залегания.

Существуют несколько видов пределов прочности при сжатии образцов: в условиях естественной влажности, в водонасыщенном и воздушно-сухом состоянии.

Под воздействием влаги некоторые полускальные породы (аргиллиты, мертели и пр.) начинают терять прочность. Указанное свойство (размягчаемость породы) выражают коэффициентом размягчаемости, который можно представить в качестве отношения пределов прочности на сжатие непосредственно до и после пропитывания влагой. Чем больше уменьшается прочность породы под воздействием увлажнения, тем ниже будет коэффициент размягчаемости.

Коэффициент размягчаемости, почти равный единице, присущ изверженным породам. Низким коэффициентом размягчаемости (менее 0,5) обладают породы, включающие глинистый или легко растворимый в воде цемент, а также осадочные породы. Как правило, коэффициент размягчаемости определяют только для полускальных пород, включающих глинистый или другой слабый цемент. Для определения прочности породы раздавливают образцы с правильной геометрической формой (кубической или цилиндрической) под прессом. При помощи специальных коронок на сверлильных станках высверливают образцы в форме цилиндра. В процессе изготовления образцов в форме куба применяют специальные дисковые пилы.

Применяемая в процессе изготовления образцов дисковая пила

Полученные образцы обрабатывают на шлифовальном станке. Точность отшлифовки каждой плоскости проверяют с помощью металлического угольника или штангенциркуля. Технические условия и ГОСТы устанавливают формы и параметры образцов, тип отшлифовки их поверхности, а также иные условия, соблюдение которых необходимо в ходе проведения производственных испытаний различных материалов.

Дисковая пила для изготовления образцов

Подготовленные образцы шлифуют на шлифовальном станке. Правильность обработки плоскостей проверяют металлическим угольником или штангенциркулем. Размеры и формы образцов, а также характер обработки их поверхности и другие условия испытаний для различных материалов определяются ГОСТами и Техническими условиями, которые необходимо точно соблюдать при производственных испытаниях.

Читайте также: