Физико-химические свойства, определяющие поведение горных пород в массиве
Главные из них, определяющие поведение горных пород в массивах, следующие: растворимость, пластичность, консистенция, набухаемость и водопрочность.
Растворимостьюгорных пород называется их способность растворяться под действием подземных или поверхностных вод. В процессе растворения молекулы воды разрушают решетку минералов, ионы из решетки переходят в воду с образованием водных растворов, в результате чего в породе образуются пустоты различного размера. В конечном итоге растворение части минералов приводит к уменьшению прочности породы и увеличению водопроницаемости.
Растворимость пород определяется химическим составом и структурными особенностями минералов (формой, размером зерен и типом связей между ними), растворяющей способностью воды, определяемой ее химическим составом, а также термодинамическими условиями - температурой и давлением.
Горные породы всех типов обладают растворимостью, однако практическое значение на геомеханические процессы и массивах имеет только растворимость пород, содержащих галоидные (галит, сильвин, карнолит), сульфатные (гипс, ангидрит) и карбонатные (кальцит, доломит) минералы. Растворимость таких пород возрастает с увеличением температуры, давления и с уменьшением размеров слагающих их
минеральных частиц. Растворимость карбонатных пород резко увеличивается при наличии в подземных водах углекислого газа.
Пластичность - это способность породы под воздействием внешних усилий изменять форму без нарушения или разрыва и сохранять ее после устранения действия внешней силы. Такое свойство наблюдается в породах, содержащих определенное количество глинистых частиц при различных пределах влажности. Эти пределы называются пределами пластичности. Верхний предел пластичности WL представляет собой влажность, при которой порода теряет свои пластические свойства и переходит в текучее состояние (граница текучести). Нижний предел пластичности WР характеризует минимальную влажность, при которой порода может деформироваться без нарушения сплошности (граница раскатывания). Разность между пределами влажности на границах текучести и раскатывания называется числом (показателем) пластичности, определяемым по формуле
,
Число пластичности- важный классификационный показатель, с увеличением числа пластичности горние породы хуже уплотняются в основании сооружений и в отвалах, при уменьшении они уплотняются легче, но подвержены разжижению и становятся грязеобразными, например, на автомобильных дорогах в карьере.
Консистенцияглинистых пород определяется степенью подвижности их частиц под влиянием внешнего механического воздействия или собственной силы тяжести. Приняты три основные формы консистенции: твердая, пластичная и текучая, а также ряд промежуточных.
Для оценки консистенции связных пород принят показатель консистенции IL определяемый по формуле
,
При IL <0 породы относятся к твёрдым, при 0 < IL < 1 - к пластичным, а при IL > 1 - к текучим.
Набухаемость- свойство глинистых горных пород увеличивать объем при насыщении их водой. Оно связано с присутствием гидрофильных минералов, имеющих большую удельную поверхность, и обусловлено образованием в горной породе слабосвязанной воды.
Способность горных пород к набуханию характеризуется следующими показателями:
Ø деформацией набухания Ен,определяемой по изменению высоты образца без возможности его бокового расширения:
,
где , - высота образца соответственно до набухания и после, мм;
Ø влажностью набухания Wн, при которой прекращается процесс поглощения воды:
,
где , - масса соответственно сухого образца и после набухания, г;
Ø давлением набухания Рн, МПа, которое развивается при невозможности объёмных деформаций в процессе набухания породы.
Набухаемость- важное свойство, которое необходимо учитывать при анализе устойчивости откосов в карьерах, сложенных мягкими связными горными породами.
Водопрочность - способность горных пород сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Водопрочность характеризуется размокаемостью, размягчаемостью и размываемостью.
Размокаемость- способность горных пород терять связность и превращаться в рыхлую массу при взаимодействии со спокойной водой. Этой способностью обладают мягкие связные, а также слабосцементированные (полускальные) осадочные горные породы с растворимым или глинистым цементом. Количественно размокаемость оценивается временем размокания, и течение которого образец горной породы, помещенный в воду, теряет связность и распадается на структурные элементы. Время размокания значительно уменьшается, если образцы находятся под давлением.
Размягчаемость - способность скальных горных пород снижать прочность при насыщении водой. Она характеризуется коэффициентом размягчаемости Кр, представляющим собой отношение временного сопротивления породы одноосному сжатию в водонасыщенном и воздушно-сухом состоянии , т. е.
,
По этому признаку скальные горные породы подразделяются на размягчаемые (Кр< 0,75) и неразмягчаемые (Кр≥ 0,75).
Размываемость- способность горных пород отдавать агрегаты или элементарные минеральные частицы движущейся по их поверхности воде. Для характеристики этого свойства используются два показателя: размывающая (критическая) скорость водного потока vp и интенсивность размыва (отношение средней толщины размытого слоя при данной скорости размыва к длительности размыва тр).
Наиболее интенсивно размываются размокаемые связные и раздельнозернистые мелко- и тонкозернистые горные породы.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|