🗊Презентация Основы инженерно-геологической характеристики и оценки дисперсных грунтов –рыхлые несвязные и глинистые связные породы

Основы инженерно-геологической характеристики и оценки дисперсных грунтов –рыхлые несвязные и глинистые связные породы (продолжение). 1. Физические и водные свойства. 2. Механические свойства.

Главнейшими физическими свойствами песчаных и глинистых пород являются плотность, пористость и влажность.

Основные показатели физического состояния песчано – глинистых пород

Плотность породы характеризует плотность её сложения и позволяет косвенно судить о прочности, деформируемости и устойчивости.

Пористость песчаных и глинистых пород зависит от их дисперсности, отсортированности и однородности, плотности сложения, степени и характера цементации коллоидами, солями, растительными остатками, а в обломочных породах глинистым веществом.

Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в широких пределах, обычно она больше 20%. По сравнению со скальными и полускальными породами песчаные и глинистые породы высокопористые.

Важнейшей характеристикой физического состояния песчаных и глинистых пород является их весовая влажность, определяемая сушкой при постоянной температуре 105С. Влажность характеризуется количеством воды, заполняющей поровое пространство и равняется отношению массы испарившейся воды к массе сухого вещества породы W = g2 / g1 = ρ / ρd – 1, соответственно полная влагоёмкость породы Wп = 1/ ρd - 1/ ρs = n / ρs (1-n) Для характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициент водонасыщения, отражающий отношение естественной влажности к их полной влагоёмкости G = W/Wп = W ρs / e0 ρв ( обычно ρв = 1 г/см3). Для маловлажных пород G = 0…0.5; для влажных G = 0.5…0.8; для насыщенных G =0.8…1

Очень важной, но дополнительной, характеристикой физического состояния глинистых пород служит их консистенция, которая характеризует подвижность глинистых частиц при определённой влажности под воздействием внешних усилий

Консистенция зависит от вязкости породы, т. е. внутреннего сопротивления перемещению частиц породы в определённом объёме. Вязкость и консистенция проявляются только при их деформации. Консистенция во многом зависит от минерального состава глинистой породы, а также от состава и минерализации поровой воды.

Обычно консистенцию характеризуют определёнными влажностями. Эти характерные влажности называют пределами консистенции.

Для оценки песчаных пород как основания, среды или материала для различных сооружений первостепенное значение имеет определение плотности их сложения

Для песчаных и глинистых пород верхних горизонтов земной коры можно выделить несколько типов режима физического состояния в зависимости от условий обводнения и напряжённого состояния

Главнейшими водными свойствами песчаных и глинистых пород являются водоустойчивость, влагоёмкость, капиллярность и водопроницаемость.

Под влагоёмкостью породы понимается её способность вмещать и удерживать определённое количество воды. Различают породы: - влагоёмкие (глины и суглинки); - средне влагоёмкие (супеси, пески мелкозернистые и тонкозернистые; - невлагоёмкие (пески, галечники, щебень). Применительно к породам невлагоёмким следует говорить об их водоёмкости, т. е. способности вмещать определённое количество воды. У влагоёмких пород различают влагоёмкость полную, капиллярную и молекулярную

Мелкозернистые, тонкозернистые пески и глинистые породы могут увлажняться за счёт капиллярных сил выше уровня грунтовых вод. Зона капиллярного поднятия может достигать поверхности земли и вызывать заболачивание.

К числу основных водных свойств горных пород относится водопроницаемость, т. е. способность пропускать через себя воду под действием напора

Скорость движения воды через пористые породы прямо пропорциональна гидравлическому градиенту, т. е. отношению действующего напора к длине пути фильтрации Важнейший закон водопроницаемости песчаных и глинистых пород – закон ламинарной (плоскопараллельной) фильтрации: V = Q/F или Q = kфFI при F = 1 и I = 1 Kф = Q м3/сут Скоростное выражение коэффициента фильтрации (см. лекцию 3) Q/F = V = kф  I при I = 1 V = kф м/сут Q – количество фильтрующейся воды. м3/сут; F – площадь поперечного сечения породы, м2.. Действительная площадь фильтрации воды Fд<F, так как часть сечения породы занята агрегатами и и частицами, отсюда действительный коэффициент фильтрации kф.д. = kф./ n, где n – пористость породы в долях единицы

Характеристики водопроницаемости необходимы для проектирования дренажных мероприятий любых территорий

Механические свойства горных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузки. В песчано-глинистых породах под влиянием внешних усилий происходит изменение внутреннего сложения и объёма, т. е. уменьшение пористости и увеличение концентрации частиц в единице объёма. В лаборатории этот процесс моделируется в компрессионных камерах (одометрах).

Под влиянием внешней нагрузки породы находятся в напряжённом состоянии. Если породы водонасыщены, напряжения в них могут быть подразделены на два вида: - действующие в поровой воде; - непосредственно передающиеся на скелет породы. Поровое давление, возникшие под действием внешней нагрузки, постепенно рассеивается, что определяется водопроницаемостью породы.

В условиях обводнения и движения поровой воды на напряжённое состояние породы влияет фактор гидродинамического давления (см. схему).

В условиях объёмного сжатия, рассматривая горные породы как линейно деформируемые тела, зависимость между напряжениями z x y и соответствующими им относительными деформациями определяется из теории сопротивления материалов.

По компрессионным данным: Модуль общей деформации определяют полевыми и лабораторными испытаниями и вычисляют по формуле Е0 = β (1+е1)/а, где Е0 – модуль общей деформации, МПа; е1 – коэффициент пористости, соответствующий по компрессионной кривой нагрузке 1; а - коэффициент сжимаемости, 1/МПа, определяемый по компрессионной кривой в интервале нагрузок 1 и 2; β – множитель для перехода к условиям объёмного сжатия: для песков 0,76; для супесей 0,72; для суглинков 0,57; для глин 0,43

Сопротивление песчано-глинистых пород сдвигу. Сопротивление сдвигу характеризует прочность песчаных и глинистых пород, т. е. их способность сопротивляться разрушению. Последнее выражается в нарушении сплошности породы по одной или нескольким поверхностям скольжения или ослабления. Разрушение породы наступает тогда, когда касательные напряжения превышают внутренние силы сопротивления.

Сопротивление сдвигу песчаных и глинистых пород зависит от ряда факторов, но главным образом от нормального уплотняющего давления. Для песчаных и вообще рыхлых несвязных пород эта зависимость была установлена Кулоном в 1773 году и имеет вид  = tgφн В общем виде, в данном уравнении может появиться параметр С, характеризующий начальное сопротивление сдвигу и обусловленное явлениями зацепления зёрен и обломков друг за друга, с затратой сдвигающих усилий на опрокидывание, вращение и перемещение в зоне сдвига (дилатансия):  = tgφн + С Это математическое выражение закона Кулона справедливо и для глинистых пород, только здесь параметр линейности С обусловлен всеми видами структурных связей. Если обе части приведённого уравнения разделить на н , а отношение /н обозначить через tgψ, то tgψ = /н = f +C/н , где tgψ - коэффициент сдвига. Для песчаных пород tgψ величина постоянная и равная коэффициенту внутреннего трения, для глинистых пород tgψ величина переменная: с увеличением нормального уплотняющего давления он уменьшается. Существенное влияние на сопротивление сдвигу оказывает поровое давление, поэтому для песчаных пород  = f(н – u), для глинистых пород  = С + f(н – u),

Основные уравнения прочности песчано – глинистых пород (по теории Кулона)  = tgφн (для песчаных пород)

Показатели сопротивления сдвигу существенно зависят от режима испытаний и прежде всего от способа подготовки, проведения и и условий дренирования пород

Механические свойства глинистых пород, как и большинства полускальных пород, зависят от изменения напряжённо-деформируемого состояния во времени.

Инженерно-геологическая классификация глинистых пород (по В. Д. Ломтадзе, 1984)

Основы инженерно-геологической характеристики и оценки техногенных грунтов (см. лекция 3 «Инженерно-геологическая классификация горных пород», слайды 1 - 6) Проработать самостоятельно указанную тему и представить в виде реферата, используя библиографические источники: А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология. Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 11.7, с. 94. В. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л: Недра, 1984, раздел IX-6, с.469 – 472.

При изучении указанной темы следует учитывать следующие основные определения (ГОСТ 25100 – 97)

Основы инженерно-геологической характеристики и оценки мёрзлых пород (см. лекция 3 «Инженерно-геологическая классификация горных пород», слайды 1 - 6) Проработать самостоятельно указанную тему и представить в виде реферата, используя библиографические источники: А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология. Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 15, с. 115 - 120. В. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л: Недра, 1984, раздел IX-5, с.457 – 469.

При изучении указанной темы следует учитывать следующие основные определения (ГОСТ 25100 – 97)