Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019


30.07.2019





Яндекс.Метрика
         » » Гранулометрический состав рыхлых несвязных и мягких связных пород

Гранулометрический состав рыхлых несвязных и мягких связных пород

13.12.2017

Гранулометрический, или механический, состав характеризует осадочные породы в отношении их дисперсности, т. е. размеров слагающих частиц. Он выражает процентное содержание в породе групп частиц (фракций) различных размеров, взятых по отношению к массе абсолютно сухой породы. Размер фракций, слагающих ту или иную породу, выражают обычно в миллиметрах.

Глинистые породы состоят в основном из частиц, измеряемых сотыми и тысячными долями миллиметра. Однако в виде примесей и включений в них могут встречаться также частицы и обломки более крупные и грубые. Песчаные и другие грубообломочные породы состоят из частиц, размер которых измеряется преимущественно десятыми долями миллиметра, единицами, десятками и сотнями миллиметров. Они могут иметь примеси и более мелких частиц — пылеватых (алевритовых) и глинистых (пелитовых).
В инженерно-геологической практике при классификации обломочных и глинистых пород по гранулометрическому составу различают фракции, показанные в табл. V-1.

Из приведенной классификации видно, что к глинистым (пелитовым) относятся частицы размером менее 0,002 мм. Выделение глинистых частиц производят обычно отмучиванием, по скорости падения частиц в воде, для определения которой раньше пользовались формулой Сабанина, теперь формулой Стокса. По Стоксу, скорость падения частиц в воде
где V — скорость падения частиц в воде, см/с; g — ускорение свободного падения, см2/с; г — радиус частиц, мм; уч — плотность частиц, г/см3; ув — плотность воды, г/см3; n — вязкость воды, м2/с.

По формуле Стокса частицы размером менее 0,002 мм имеют скорость падения в спокойной воде 0,00046 см/с и менее. По формуле Сабанина скоростью, близкой к этой, обладают частицы менее 0,005 мм. Следовательно, частицы менее 0,002 мм по Стоксу эквивалентны частицам менее 0,005 по Caбанину. В настоящее время доказано, что формула Стокса более точна. Поэтому как в Советском Союзе, так и в Западной Европе и в США расчет скорости падения частиц в воде при отмучивания и выделении глинистых частиц производят только по формуле Стокса.

Эти частицы от всех более крупных резко отличаются по форме и минеральному составу. Преобладающую роль в их составе играют глинистые минералы, представляющие собой особую группу водных силикатов. Форма таких частиц, как правило, пластинчатая, чешуйчатая и листоватая. Следовательно, при отнесении к глинистой фракции частиц размером менее 0,002 мм тем самым выделяют частицы не только определенного размера, но и особого минерального состава и формы. Кроме того, исследованиями советских ученых — В.В. Охотина, С.С. Морозова и других — доказано, что именно у частиц размером менее 0,002 мм наиболее резко проявляются характерные «глинистые» свойства: увеличиваются емкость поглощения и гидрофильность, повышаются влагоемкость, пластичность, липкость, высота капиллярного поднятая, уменьшается водопроницаемость и т д

Таким образом, для глинистых частиц характерны не только определенные размер, форма и особый минеральный состав, но и своеобразные свойства. Естественно, что чем больше в глинистой породе содержится глинистых частиц, тем большим своеобразием состава и свойств она обладает Следует заметить, что часто в научной и технической литературе ошибочно к глинистым относят частицы размером менее 0 005 мм, а не менее 0,002 мм, т е поступают так, как поступали раньше, когда пользовались формулой Сабанина

Пылеватые (алевритовые) частицы размером 0,002—0,05 мм по своему составу н свойствам существенно отличаются как от глинистых, так и от песчаных В их минеральном составе обычно преобладает кварц, а мелкопылеватые частицы целиком состоят из обломков кварца Форма пылеватых частиц приближается к сферической, в зависимости от условий образования они имеют различную степень окатанности, но в большинстве случаев плохо окатаны, угловаты Глинистые свойства у пылеватых частиц выражены слабо Они обладают значительно меньшей связностью, капиллярностью и пластичностью, слабовлагоемки и от глинистых фракций отличаются заметной водопроницаемостью Самое главное свойство пылеватых частиц состоит в том, что при увлажнении они легко теряют свою незначительную связность и приобретают подвижность Поэтому пылеватые породы всегда легко размокают и быстро переходят в плывунное состояние, а при промерзании весьма склонны к пучению Эти отрицательные свойства, которые приобретают породы при повышенном содержании в их составе пылеватых частиц, приводят к необходимости даже при классификации подчеркивать их пылеватость.

Песчаные, или псаммитовые (размером 0,005—2 мм), а также гравийно-галечные и другие крупнообломочные, или псефитовые, частицы состоят из обломков минералов и пород В зависимости от условий образования они могут быть окатанными или угловатыми, в соответствии с чем их подразделяют на гравий и дресву, гальку и щебень, валуны и глыбы По своим свойствам псаммитовые и псефитовые частицы резко отличаются как от пылеватых (алевритовых), так и, особенно, от глинистых (пелитовых) Они невлагоемки, обладают хорошей водоотдачей, водопроницаемы и сильноводопроницаемы Капиллярные свойства и влагоемкость в сравнительно слабой степени проявляются только у песков тонко-, мелко и отчасти среднезернистых

Следует отметить, что классификация фракций в петрографической практике основывается на принципах, несколько отличных от принципов классификаций, принятых в инженерной геологии. В петрографических классификациях границы фракций в большинстве случаев устанавливаются условно, но диаметры частиц отдельных фракций находятся в определенном математическом соотношении. Так, например, широкоизвестны десятичные схемы. Согласно этим схемам к пелитовым фракциям относятся частицы диаметром менее 0,01 мм, к алевритовым — от 0,01 до 0,1 мм, к псаммитовым — от 0,1 до 1,0 мм, к гравелистым — от 1,0 до 10 мм и т. д. Естественно, что такой подход упрощает классификацию, но он не может считаться правильным. Классификация, построенная на таком принципе, не учитывает существующую связь между размерами частиц, их формой, минеральным составом и свойствами.

В природе редко встречаются глинистые, песчаные и галечные породы, состоящие из одной фракции, в большинстве случаев они состоят из смеси различных фракций. В зависимости от относительного содержания в породе тех или иных фракций можно говорить о степени ее однородности или неоднородности, а также соответствующим образом классифицировать. В инженерно-геологической практике при классификации глинистых пород по гранулометрическому составу учитывают содержание в них глинистых, пылеватых, песчаных и гравийных фракций. Для глинистых отложений четвертичного возраста наиболее часто применяется классификация, представленная в табл. V-2 и на рис. V-1. Следует заметить, что в этой классификации термины «суглинок» и «супесь» определяют не только относительное содержание тех или иных фракций в глинистой породе, но и их стратиграфическую принадлежность к образованиям четвертичного возраста. Поэтому классификацию, представленную в табл. V-2, можно применять только для четвертичных отложений. Номенклатура пород учитывает содержание гравелистых фракций не более 10%. Пр и более высоком их содержании породы становятся гравелистыми и классифицируются согласно табл. V-4 и рис. V-2, например, глина гравелистая, суглинок тяжелый гравелистый и т. д.
Классификация коренных глинистых пород представлена в табл. V-3. В этой таблице под термином «глина» подразумевается порода, не только содержащая в своем составе те или иные фракции, но и претерпевшая некоторую степень литификации, уплотнения. Когда глины достаточно уплотнены и сцементированы, они превращаются в аргиллиты, а глины песчаные, пылеватые — в алевролиты.

Коренные глинистые породы редко классифицируются только по гранулометрическому составу, так как они в большинстве случаев уплотнены, в какой-то степени сцементированы и могут быть отнесены к породам полускальным. Минеральные частицы, их слагающие, большей частью сцементированы в микроагрегаты. Наличие в этих породах цемента создает большие трудности при производстве гранулометрического анализа, так как мелкие фракции полностью или частично коагулируют и результаты анализов изменяются в зависимости от применяемого способа подготовки пород к анализу. Поэтому только один гранулометрический состав коренных глинистых пород для их классификации недостаточен. Такие породы следует классифицировать по комплексу петрографических признаков, т.е. по внешнему виду, структурным и текстурным признакам, по минеральному и химическому составу. Гранулометрический анализ таких пород необходим для определения степени агрегативности частиц, прочности и устойчивости микроагрегатов, а также для изучения минерального состава частиц, слагающих микроагрегаты и породу в целом. Таким образом, при инженерно-геологическом изучении свойств коренных глинистых пород гранулометрический состав используется как дополнительная характеристика.

Замечания относительно трудности определения гранулометрического состава некоторых типов коренных глинистых пород относятся и к некоторым глинистым породам четвертичного возраста, содержащим водорастворимые соли. Результаты анализов таких пород также в значительной степени зависят от применяемого способа подготовки их к анализу.

Песчаные породы следует классифицировать по содержанию преобладающей фракции согласно табл. V-5. Такой принцип классификации позволяет даже макроскопически давать довольно точное определение песков, согласующееся, как правило, с результатами гранулометрических анализов. Кроме того, эта классификация наиболее полно отражает важнейшие свойства песков — прочность (сопротивление сдвигу), сжимаемость, капиллярность, размываемость и др. Следовательно, гранулометрический состав песков в данном случае хорошо согласуется с их свойствами.

Необходимо, однако, отметить, что в действующих в настоящее время строительных нормах и правилах (СНнП II — 15—74) дается другая классификация (табл. V-6), имеющая очень серьезные недостатки. Так, например, по этой классификации песок следует называть крупным, если масса частиц крупнее 0,5 мм составляет в нем более 50%, хотя количество крупнозернистых песчаных частиц в породе может быть ничтожно малым. Естественно, что такая порода будет обладать свойствами (прочностью — сопротивлением сдвигу), не характерными для крупного песка. На этом ошибочном принципе по массе суммы различных фракций классифицируются вес разности песков в СНиП II—15—74.
Опыт ее применения показывает следующее: 1) названия песчаных пород по этой классификации, как правило, не соответствуют их гранулометрическому составу; 2) выделяемые разности пород не отражают их свойств; 3) при макроскопическом изучении пород пользоваться этой классификацией невозможно, так как полевые описания, как правило, не согласуются с данными гранулометрических анализов; 4) в ней не выделяются тонкозернистые пески, широко распространенные среди морских, лагунных, озерных, аллювиальных и отчасти флювиогляциальных отложений; 5) неправильно выделяются пылеватые пески как особая разность. Пылеватыми могут быть любые пески, если в их составе наблюдается повышенное содержание пылеватых фракций. Все перечисленные недостатки рассматриваемой классификации позволяют считать ее научно не обоснованной и неприемлемой для решения инженерно-геологических задач.

Для определения гранулометрического состава пород производят гранулометрический анализ. Наиболее часто применяемые методы этого анализа могут быть разделены на прямые и косвенные (табл. V-7). Первые позволяют непосредственно выделять отдельные фракции, взвешивать их и определять процентное содержание в породе, а также использовать выделенные фракции, например, для изучения минерального состава. Вторые не предусматривают разделения породы на фракции, они основаны на изучении некоторых свойств исследуемой породы, по изменению которых можно судить о содержании в ней тех или иных фракций. Описание методов гранулометрического анализа дается в соответствующих руководствах. Результаты гранулометрических анализов обычно приводят в виде таблиц, в которых показывают процентное содержание в породе различных фракций. Для наглядного представления о составе и степени однородности породы строят различные графики (рис. V-3, V-4, V-5).

Мерой неоднородности гранулометрического состава песчаных и глинистых пород служит коэффициент неоднородности

Кн = d60/d10

где d60 — контролирующий диаметр частиц; d10 — действующий, или эффективный, диаметр частиц.

Под действующим, или эффективным, обычно понимают такой диаметр частиц, меньше которого в породе имеют 10 % от всех частиц. Его определяют по интегральной кривой гранулометрического состава породы (рис. V-5). Эта условная величина предложена для того, чтобы приравнять водопроницаемость неоднородной по составу породы к водопроницаемости некоторой однородной породы. Раньше действующим диаметром частиц пользовались при определении коэффициента фильтрации песчаных пород по эмпирическим формулам.

Контролирующим диаметром частиц называют такой, меньше которого в данной породе обладают 60 % частиц. Его определяют также по интегральной кривой гранулометрического состава. При коэффициенте неоднородности песчаных пород больше 3, а глинистых — больше 5 они считаются неоднородными.
При инженерно-геологическом изучении обломочных и глинистых пород почти всегда целесообразно определять их гранулометрический состав. Это позволяет: 1) классифицировать их на типы, которые можно выделять на геологических колонках, разрезах, картах и т. д.; 2) давать структурную характеристику пород; 3) сравнивать эти породы между собой в колонках и на разрезах на разных глубинах и участках, оценивать степень их однородности в пределах той или иной строительной площадки; 4) примерно судить об особенностях условий образования пород и их минеральном составе; 5) оценивать породы как строительный материал для возведения плотин, дамб, насыпей и подбирать оптимальные механические смеси для дорожных и других целей; 6) примерно характеризовать их физико-механические свойства; 7) оценивать сопротивляемость их разработке тем или иным способом и инструментом и в результате классифицировать на строительные категории, категории по буримости и т. д.

Гранулометрический состав глинистых пород служит также важным показателем при оценке их как сырья для черепичного, кирпичного и гончарного производства, для изготовления огнеупорных и других строительных материалов. Гранулометрический состав песчаных и других обломочных пород позволяет оценивать их пригодность для бетона, балласта и дорожных покрытий, а также заполнителя фильтров, дренажей и для других целей.