Физические свойства, определяющие поведение горных пород в массиве
Влажность W – отношение заключённой в породе массы воды к массе сухой породы (при температуре 1050÷1070С).
Если влажность определяется в естественных условиях залегания горных пород, то она соответствует естественной (природной). Влажность весьма важный показатель, характеризующий прочность мягких связных пород, их поведение в откосах карьеров и отвалов.
Сухие глинистые породы ведут себя как твёрдые тела. С увеличением влажности они постепенно снижают прочность, переходят в мягкое состояние, а при сильном увлажнении – в текучее, т.е. полностью её теряют.
В песчаных породах влажность влияет на прочность и устойчивость только мелкозернистых и глинистых их разновидностей. Прочность средне- и крупнозернистых песков от влажности практически не зависит.
Плотность – величина отношения массы горной породы к занимаемому объёму.
Так как любая порода состоит из твёрдых минеральных частиц и расположенных между ними пустот (пор), которые могут быть заполнены воздухом (газами) или водой, то различают плотности: твёрдых частиц, природной горной породы (с естественной влажностью), сухой породы (скелета).
Плотность твёрдых частиц δs зависит только от минералогического состава породы и возрастает с увеличением содержания тяжёлых минералов. Плотность твёрдых частиц породы, состоящей из одних и тех же минералов, одинакова независимо от пористости и влажности. Этот показатель для большинства горных пород измеряется в пределах 2500÷2800 кг/м3, а для отдельных типов является достаточно постоянным: пески – 2660, супеси – 2700, суглинки – 2710 и глины – 2740 кг/м3.
Плотность природной горной породы δ – масса единицы объёма породы с естественной влажностью и природным (ненарушенным) сложением.
Это величина переменная и зависит от минералогического состава, влажности и пористости. С повышением содержания тяжёлых минералов и влажности при данной пористости она увеличивается, с увеличением пористости – уменьшается.
Плотность сухой породы δсп – масса твёрдой компоненты (скелета) в единице объёма породы при естественной (ненарушенной) структуре.
Плотность сухой породы зависит от минералогического состава и её пористости и определяется по формуле
Величины δsи используются для расчёта пористости горных пород п, представляющей собой отношение объёма пор к объёму всей породы
,
а также коэффициента пористости е, который выражается как отношение объёма пор к объёму, занимаемому минеральными частицами:
,
С помощью этих характеристик можно определить объём пор и скелета в единице объёма данной породы:
,
а также степень влажности G, характеризующую долю заполнения пор водой
,
Водопроницаемость- способность горных пород пропускать воду при наличии перепада давления. Вода в горных породах движется в режиме ламинарного течения и подчиняется линейному закону фильтрации - закону Дарси. Её скорость течения определяется по формуле
,
где - скорость фильтрации
- коэффициент фильтрации
- градиент напора (равный отношению разности напоров между двумя точками по направлению движения потока к длине пути фильтрации L, т.е. ).
Из этого выражения следует, что коэффициент фильтрации к, характеризующий водопроницаемость, равен скорости фильтрации при градиенте напора I=1 и имеет размерность скорости, чаще всего метров в сутки. Величина коэффициента фильтрации зависит от геометрических параметров порового пространства и возрастает с увеличением размеров пор.
Морозостойкость - способность горных пород сопротивляться воздействию отрицательных температур. Количественно она оценивается изменением прочности горных пород после определенного числа циклов замораживания и оттаивания. Обычно выполняется 25 циклов; при специальных исследованиях количество доводится до 50-10 и более, после чего образцы испытывают на одноосное сжатие. Отношение прочности при одноосном сжатии образцов, подвергаемых замораживанию, к прочности сухих называют коэффициентом морозостойкости Км.
Прочность горных пород при воздействии на них низких температур уменьшается под влиянием двух причин: первая обусловлена внутренними напряжениями, возникающими за счёт разности коэффициентов объемного расширения слагающих минералов; вторая -разрушающим воздействием замерзающей воды, находящейся в порах горных пород.
Высокой морозостойкостью характеризуются плотные породы с жесткими связями, сложенные мелкими зернами; более низкой - крупнозернистые породы с открытой пористостью со степенью влажности G > 0,8. При всех прочих равных условиях морозостойкость горных пород резко снижается с возрастанием скорости изменения температуры.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|