Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019


11.02.2019


17.01.2019


29.12.2018


29.12.2018


04.12.2018


25.10.2018


26.09.2018





Яндекс.Метрика
         » » Компрессионные свойства рыхлых несвязных и мягких связных горных пород

Компрессионные свойства рыхлых несвязных и мягких связных горных пород

14.12.2017

Внешняя нагрузка, приложенная к песчаной или глинистой породе, вызывает деформацию сжатия (уплотнение), т. е. компрессию. Вследствие этого уменьшается пористость пород, повышается их плотность. В песчаных породах увеличивается сопротивление сдвигу, а в глинистых — общая связность и как следствие также сопротивление сдвигу.

Увеличение связности и плотности пород может быть обусловлено также их цементацией в результате перекристаллизации минеральных составляющих, твердения вязких веществ, образующих пленки на поверхности частиц или заполняющих поры между ними, или при кристаллизации солей, выпадающих при определенных условиях из водных растворов, пропитывающих породы.

Если породы насыщены водой, то их уплотнение возможно при условии выжимания поровой воды, так как при умеренных нагрузках минеральный скелет песчаных и глинистых пород и вода практически несжимаемы. При этом уплотнение обычно происходит до наступления гидростатического равновесия, т. е. такого состояния, когда из породы будет отжата вся излишняя по отношению к данной нагрузке вода и поровое давление снизится почти до нуля.

При гидростатическом состоянии в песчаных и грубодисперсных обломочных породах вся нагрузка воспринимается непосредственно их скелетом, в глинистых — гидратно-коллоидными оболочками, пленками, покрывающими частицы породы, а в уплотненных глинистых породах — их скелетом и передается от частицы к частице (от агрегата к агрегату) через сцементированные контакты между ними. В мягких глинистых породах гидратно-коллоидные оболочки противодействуют повышению плотности их сложения под действием нагрузки и уравновешивают последнюю.

Толщина гидратных оболочек изменяется не только в зависимости от внешней нагрузки, но также и от гидрофильности пород, т. е. от их дисперсности, минерального состава тонкодисперсной глинистой части, емкости поглощения, состава обменных ионов и других факторов. При увеличении толщины гидратных оболочек, оказывающих пластифицирующее действие, например при увлажнении и набухании глинистой породы, прочность ее уменьшается, а деформируемость увеличивается. При уменьшении толщины гидратных оболочек вязкость связанной воды, молекулярное и электростатическое взаимодействие между частицами и их агрегатами увеличиваются, изменяется связность породы в целом и соответственно увеличивается вязкое сопротивление сжатию и сдвигу. При всех прочих равных условиях, в частности при определенной внешней нагрузке, сжимаемость водонасыщенных глинистых пород уменьшается с увеличением их глинистости, содержания более гидрофильных глинистых минералов, с повышением степени литификации и с уменьшением пористости.

Если порода наряду с молекулярными связями (тиксотропно-коагуляционными) имеет связи цементационные (конденсационно-кристаллизационные), выжимание из пор воды свободной (иммобилизованной), а затем и связанной (или, наоборот, иногда набухание породы при ее увлажнении) возможно только после разрушения цементационных связен (размягчения, растворения, разрыва расклинивающим давлением пленок воды, механическим разрушением при сжатии и сдвиге). Поэтому деформируемость таких пород вначале, пока не разрушены цементационные связи или не изменились гидрофизические условия, мала, а затем значительно увеличивается. Скорость выжимания воды, а следовательно, и скорость уплотнения породы зависят, как известно, от ее водопроницаемости и скорости преодоления вязкого сопротивления движению частиц и их агрегатов друг относительно друга. Поэтому в глинах и глинистых породах гидростатическое равновесие наступает медленно, а в песках и других обломочных породах быстро.

Уплотнение глинистой породы может происходить не только под действием внешних сил, нo и под действием молекулярных напряжений, развивающихся на границе твердой и жидкий фаз при высушивании породы. При этом вначале происходит испарение той части влаги, которая заполняет поры и не связана физически сколько-нибудь прочно с поверхностью частиц. Дальнейшее испарение влаги приводит к уменьшению толщины пленок воды, обволакивающих частицы породы, а это вызывает сближение частиц и как следствие уменьшение общего объема породы. Наибольшего напряжения молекулярные силы достигают на пределе усадки, после которого изменение объема породы уже не происходит. В песчаных породах на их уплотнение некоторое влияние оказывает капиллярное давление на границе раздела фаз воздух — вода.

В крупнозернистых породах молекулярные силы на контакте твердой и жидкой фаз незначительны, практически равны нулю. Поэтому пески при высушивании не уплотняются, а проявляют кажущееся разрыхление. В глинистых породах молекулярные силы могут быть значительными, поэтому породы при высыхании обычно уплотняются и приобретают большую связность. Таким образом, в зависимости от степени развития и прочности структурных связей в глинистых породах сопротивление их сжатию и разрушению может существенно изменяться.

Деформации сжатия, или, как принято говорить, компрессионные свойства песчаных и глинистых пород, зависят от следующих факторов.

1. Степени дисперсности пород — их гранулометрического состава и, следовательно, структуры. Независимо от других факторов глинистые породы, имеющие пелитовые структуры и обладающие большей пористостью, сжимаются больше и медленнее, чем песчаные, имеющие псаммитовые структуры. Поэтому осадки сооружений, возведенных на глинистых породах, более значительны и длительны (годы, десятки лет), чем на песчаных. Осадки сооружений, возведенных на песчаных породах, в общем малы и завершаются быстро, в период строительства сооружений.

2. В глинистых породах от минерального состава тонкодисперсной части. При прочих равных условиях глинистые породы более гидрофильные (монтмориллонитовые) сжимаются меньше, чем малогидрофильные (каолинитовые).

3. В песчаных породах от степени их глинистости, гумусированности и заторфованности. С увеличением глинистости, гумусированности и заторфованности песчаные породы сжимаются больше или могут быть сильносжимаемыми.

4. Физического состояния пород, плотности их сложения, влажности, пористости и скважности, обусловленных степенью литификации (окаменения), т. е. естественной уплотненности под влиянием гравитационных, геохимических и тектонических процессов. С повышением степени литификации пород сжимаемость (деформируемость) их заметно снижается.

5. Наличия и прочности структурных связей, которые сдерживают сжимаемость пород. Обычно породы с прочными структурными связями начинают заметно сжиматься (уплотняться) только тогда, когда внешняя нагрузка превысит прочность этих связей.

6. Степени водонасыщенности, так как эффективное уплотняющее напряжение в полной мере проявляется только при гидростатическом равновесии, до наступления которого поровое давление в водонасыщенных породах сдерживает их уплотнение.

7. Степени измененности физического состояния, состава и естественного сложения пород под влиянием искусственных факторов: после вскрытия их котлованами, горными выработками или извлечения из буровых скважин и разведочных горных выработок.

Разуплотнение, набухание, разрыхление пород, нарушение их естественного сложения, влажности, оттаивание или выщелачивание очень часто вызывают увеличение деформируемости.

8. Величины и характера действующей внешней нагрузки. При всех прочих равных условиях увеличение внешней нагрузки и повышение ее динамичности вызывают большую сжимаемость пород.

Таковы важнейшие факторы, оказывающие влияние на компрессионные свойства песчаных и других обломочных и глинистых пород.