1.2.3.2 Водоустойчивость
Водоустойчивость – способность горных пород сохранять свое физическое состояние и прочность при увлажнении или изменении влажного режима. Водоустойчивость имеет особое значение для глинистых пород.
Такие показатели как прочность при сжатии и сдвиге, липкость, пластичность, размокание, набухание, усадка и другие свойства в значительной степени зависят от степени увлажнения грунтов.
1.3 Практические задания
1.3.1 Общие сведения
Цель любых инженерно-геологических исследований заключается в получении информации об инженерно-геологических условиях, в том числе о составе и свойствах горной породы (грунтов).
Данные о составе горных пород, их структуре и текстуре получают в ходе инженерно-геологического опробования. Оно сводится отбору необходимого количества проб пород из естественных обнажений, горных выработок и буровых скважин в процессе полевых работ. Отбор проб (опробование горных пород) проводится в процессе инженерно-геологической съемки, разведочных и опытных работ на каждой стадии инженерных изысканий.
Кроме этого учитываются показатели: выветрелости, водорастворимости, водопоглащения, водонасышения размягчаемости в воде, водопроницаемости (для трещинных пород), засоленности и пр.
1.3.2 Примеры определения основных характеристик физических свойств горных пород
Дано:
Данные для решения задач – таблицы 1.5; 1.7; 1.9.
Примеры определения основных характеристик физических свойств горных пород на образцах ненарушенной и нарушенной структуры, представлены в таблицах 1.6; 1.8; 1.10.
Задание:
Определить расчетные параметры по одному из представленных вариантов (таблицы 1.5; 1.7; 1.9):
физические свойства горных пород (глинистых и песчаных) ненарушенного сложения (задача № 1);
физические свойства горных пород (песчаных) ненарушенного сложения (задача № 2);
физические свойства глинистых пород нарушенного сложения (задача № 3);
дать определение физическим характеристикам;
привести расчетные формулы (см. таблицу 1.1 и теоретическую часть настоящей главы).
Таблица 1.5 – Данные для решения задачи 1. Физические свойства горных пород ненарушенного сложения
№ варианта |
Масса образца грунта |
Масса пор породы с пластовой водой, |
Объем минеральной части грунта, |
Плотность пластовой воды, |
Полная влажность, |
Молекулярная максимальная влогоемкость, Wm, % |
||
естественной влажности, |
после сушки в термостате, |
Wmax % |
||||||
глинистых пород |
песчаных пород |
|||||||
g, г |
gs, г |
gп, г |
Vs, см3 |
ρw, г/см3 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
88,35 |
75,44 |
12,91 |
26,82 |
1,00 |
|
18,3 |
16,2 |
2 |
94,46 |
70,34 |
24,12 |
25,67 |
1,00 |
37,0 |
|
|
3 |
99,67 |
85,16 |
14,51 |
28,85 |
1,00 |
|
21,3 |
19,0 |
4 |
86,14 |
72,41 |
13,73 |
27,66 |
1,00 |
|
20,1 |
18,9 |
5 |
88,35 |
70,34 |
18,01 |
25,32 |
1,00 |
27,1 |
|
|
6 |
94,46 |
78,48 |
15,98 |
22,17 |
1,00 |
|
24,5 |
22,0 |
7 |
99,67 |
75,62 |
24,05 |
20,13 |
1,00 |
33,7 |
|
|
8 |
87,52 |
68,25 |
19,27 |
30,48 |
1,00 |
29,9 |
|
|
9 |
86,14 |
70,34 |
15,80 |
28,22 |
1,00 |
23,8 |
|
|
10 |
76,16 |
72,41 |
3,75 |
26,82 |
1,00 |
|
5,5 |
5,0 |
11 |
83,12 |
70,34 |
12,78 |
25,67 |
1,00 |
|
19,6 |
17,0 |
12 |
99,67 |
72,41 |
27,26 |
28,85 |
1,00 |
39,9 |
|
|
13 |
86,14 |
70,34 |
15,80 |
27,66 |
1,00 |
23,8 |
|
|
14 |
88,35 |
75,48 |
12,87 |
25,32 |
1,00 |
|
18,1 |
13,0 |
15 |
94,46 |
72,41 |
22,05 |
22,17 |
1,00 |
32,3 |
|
|
16 |
99,67 |
70,34 |
29,33 |
28,15 |
1,00 |
44,2 |
|
|
17 |
87,52 |
76,15 |
11,37 |
23,25 |
1,00 |
|
15,8 |
14,9 |
18 |
86,14 |
76,36 |
9,78 |
26,17 |
1,00 |
|
13,6 |
9,0 |
19 |
100,14 |
91,05 |
9,09 |
30,00 |
1,00 |
|
10,6 |
7,3 |
20 |
99,85 |
72,12 |
27,73 |
31,15 |
1,00 |
40,1 |
|
|
21 |
101,01 |
85,15 |
15,86 |
30,48 |
1,00 |
|
8,2 |
6,2 |
22 |
99,12 |
85,12 |
14,00 |
28,22 |
1,00 |
|
17,6 |
10,0 |
23 |
80,35 |
75,44 |
4,91 |
26,82 |
1,00 |
|
8,2 |
5,3 |
24 |
86,64 |
66,41 |
20,23 |
25,35 |
1,00 |
|
17,2 |
|
Задание для студентов – Определить количественные характеристики физических свойств горных пород:
По данным испытания грунтов ненарушенной структуры рассчитывают следующие параметры в установленном порядке: естественной влажности (W); далее, косвенным методом определить – плотность минеральной части породы (ρs), плотность скелета породы (ρd), пористость (n) и коэффициент пористости (ε), объем пор породы с пластовой водой (Vп), объемную плотность (ρ), коэффициент водоотдачи песков (Кв).
Ниже рассмотрено подробное решение задачи № 1, данные определения расчетных параметров приведены в таблице 1.6.
Таблица 1.6 – Пример решения задачи № 1
№ варианта |
Масса образца грунта |
Масса пор породы с пластовой водой, |
Объем минеральной части грунта,
|
Плотность пластовой воды,
|
Полная влажность, |
Молекулярная максимальная влогоемкость,
Wm, % |
||
естественной влажности, |
после сушки в термостате, |
Wmax % |
||||||
глинистых пород |
песчаных пород |
|||||||
g, г |
gs, г |
gп, г |
Vs, см3 |
ρw, г/см3 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Дано: |
||||||||
10 |
76,16 |
72,41 |
3,75 |
26,82 |
1,00 |
|
5,5 |
5,0 |
2а |
87,52 |
81,09 |
6,43 |
30,48 |
1,00 |
|
8,4 |
6,2 |
Определить: |
||||||||
№ варианта |
Естест-венная влажность, W, % |
Плотность минеральной части породы, ρs, г/см3 |
Плотность скелета породы, ρd, г/см3 |
Пористость, n,% |
Коэффи-циент порис-тости, ε, доли единиц |
Объем пор породы с пластовой водой, Vп, см3 |
Плотность образца грунта при естест-веннойй влажности, ρ, г/см3 |
Коэффициент водоотдачи песчаных пород, Кв, доли единиц |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|
10 |
5,1 |
2,69 |
2,34 |
13 |
0,149 |
3,99 |
2,47 |
0,005 |
2а |
7,90 |
2,66 |
2,17 |
18,3 |
0,223 |
6,81 |
2,35 |
0,022 |
Описание подробного решения задачи № 1 при определении:
естественной влажности (W) – см. формулу 1.9 настоящей главы;
плотности минеральной части породы (ρs) – см. формулу 1.3;
плотности скелета породы (ρd) – через полную влагоемкость (Wmax), см. таблицу 1.1 настоящей главы;
пористости (n) – см. формулу 1.7;
коэффициента пористости (ε), – см. формулу 1.8;
объема пор породы с пластовой водой (Vп), – через преобразование формулы 1.5;
объемной плотности (ρ) – см. формулу 1.1;
коэффициента водоотдачи песков (Кв) – см. формулу 1.16.
Таблица 1.7 – Данные для решения задачи 2. Физические свойства горных пород ненарушенного сложения
№ варианта |
Диаметр режущего кольца, |
Высота режущего кольца, |
Масса образца грунта при естественной влажности, |
Масса после сушки в термостате, |
D, см |
h, см |
g, г |
gs, г |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
5 |
2,55 |
98 |
80 |
2 |
5 |
2,55 |
77 |
65 |
3 |
5 |
2,55 |
68 |
60 |
4 |
5 |
2,55 |
78 |
68 |
5 |
5 |
2,55 |
91 |
61 |
6 |
5 |
2,55 |
88 |
75 |
7 |
5 |
2,55 |
110 |
90 |
8 |
5 |
2,55 |
102 |
85 |
9 |
5 |
2,55 |
90 |
80 |
10 |
5 |
2,55 |
88 |
70 |
11 |
5 |
2,55 |
92 |
80 |
12 |
5 |
2,55 |
94 |
82 |
13 |
5 |
2,55 |
93 |
80 |
14 |
5 |
2,55 |
86 |
70 |
15 |
5 |
2,55 |
82 |
72 |
16 |
5 |
2,55 |
78 |
65 |
17 |
5 |
2,55 |
96 |
90 |
18 |
5 |
2,55 |
87 |
80 |
19 |
5 |
2,55 |
85 |
77 |
20 |
5 |
2,55 |
96 |
88 |
21 |
5 |
2,55 |
89 |
70 |
22 |
5 |
2,55 |
81 |
68 |
23 |
5 |
2,55 |
82 |
72 |
24 |
5 |
2,55 |
98 |
90 |
Задание для студентов – Определить количественные характеристики физических свойств горных пород:
Из монолита с помощью режущего кольца вырезают образец и рассчитывают следующие параметры в установленном порядке: массы пор породы, заключенной в режущее кольцо, с воздухом и с пластовой водой (gп); объема режущего кольца (V); естественной влажности (W); плотности образца грунта при естественной влажности(ρ).
Перед опытом режущее кольцо взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и получают массу m1.
Масса образца грунта при естественной влажности (g) равна массе режущего кольца (m1) и массе грунта, заключенном в режущее кольцо (m2); масса образца грунта после сушки в термостате (gs) равна массе режущего кольца (m1) и массе сухого грунта, заключенного в режущее кольцо (m3).
Ниже рассмотрено подробное решение задачи № 2, данные определения расчетных параметров приведены в таблице 1.8.
Таблица 1.8 – Пример решения задачи № 2
№ варианта |
Диаметр режущего кольца, |
Высота режущего кольца, |
Масса образца грунта при естественной влажности, |
Масса после сушки в термостате, |
Масса пор породы с воздухом и с пластовой водой, |
Объем режущего кольца, |
Естественная влажность, |
Плотность образца грунта при естественной влажности, |
D, см |
h, см |
g, г |
gs, г |
gп, г |
V, см3 |
W, % |
ρ, г/см3 |
|
Дано: |
Определить: |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
10 |
5 |
2,55 |
88 |
80 |
8 |
50 |
10 |
1,76 |
Описание подробного решения задачи № 2 при определении:
массы пор породы с воздухом и с пластовой водой (gп) – как разности граф 3 и 4;
объема режущего кольца (V) – по формуле:
,
(1.17);естественной влажности (W) – см. формулу 1.9 настоящей главы;
плотности образца грунта при естественной влажности (ρ) – см. формулу 1.1.
Таблица 1.9 – Данные для решения задачи 3. Физические свойства глинистых пород нарушенного сложения
№ варианта |
Естественная влажность |
Влажность на границе текучести |
Влажность на границе раскатывания |
W, % |
Wт, % |
Wр, % |
|
1 |
2 |
3 |
|
1 |
42 |
28 |
5 |
2 |
33 |
32 |
7 |
3 |
21 |
22 |
3 |
4 |
13 |
17 |
8 |
5 |
47 |
58 |
30 |
6 |
10 |
24 |
10 |
7 |
15 |
20 |
16 |
8 |
28 |
60 |
48 |
9 |
44 |
30 |
7 |
10 |
35 |
34 |
10 |
11 |
20 |
21 |
2 |
12 |
11 |
15 |
6 |
13 |
40 |
60 |
10 |
14 |
8 |
20 |
8 |
15 |
20 |
25 |
21 |
16 |
22 |
45 |
37 |
17 |
50 |
33 |
5 |
18 |
41 |
40 |
17 |
19 |
23 |
24 |
5 |
20 |
17 |
21 |
12 |
21 |
69 |
82 |
50 |
22 |
25 |
40 |
25 |
23 |
32 |
46 |
35 |
24 |
15 |
42 |
32 |
Задание для студентов – Определить количественные характеристики физических свойств горных пород:
Используя данные естественной и характерных влажностей грунтов рассчитывают следующие параметры в установленном порядке: число пластичности (Iр); консистенцию (В(Iр)); относительную консистенцию (Дк).
Далее определяют физическое состояние грунтов и их форму.
Ниже рассмотрено подробное решение задачи № 3, данные определения расчетных параметров приведены в таблице 1.10.
Описание подробного решения задачи № 3 при определении:
числа пластичности (Iр) – как разности между Wт и Wр;
консистенции (В(Iр) – см. формулу 1.13;
относительной консистенции (Дк) – см. формулу 1.14.
Таблица 1.10 – Пример решения задачи № 3
№ варианта |
Естественная влажность |
Влажность на границе текучести |
Влажность на границе раскатывания |
Число пластичности |
Консистенция (показатель текучести) |
Относительная консистенция |
W, % |
Wт, % |
Wр, % |
Iр, % |
В(Iр) |
Дк = 1-В(Iр) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Дано: |
Определить: |
|||||
10 |
35 |
34 |
10 |
24 |
1,041 |
-0,041 |
2а |
31 |
30 |
17 |
13 |
1,038 |
-0,038 |
3а |
23 |
24 |
5 |
19 |
0,947 |
0,053 |
4а |
15 |
19 |
10 |
9 |
0,556 |
0,444 |
5а |
49 |
60 |
33 |
27 |
0,593 |
0,407 |
6а |
15 |
24 |
15 |
9 |
0,000 |
1,000 |
7а |
18 |
23 |
19 |
4 |
-0,250 |
1,250 |
8а |
25 |
52 |
42 |
10 |
-1,700 |
2,700 |
|
||||||
№ варианта |
Определение физического состояния глинистых грунтов после нарушения их естественного сложения |
|||||
Физическое состояние после нарушения естественного сложения |
Консистенция (форма) |
Соотношение влажностей |
||||
7 |
8 |
9 |
||||
10 |
текучее |
вязкотекучая |
W>Wт |
|||
2а |
текучее |
вязко-текучая |
W≥Wт |
|||
3а |
переход от текучей к пластичной |
липко-пластичная |
W ≤ Wт |
|||
4а |
пластичное |
вязко-пластичная |
Wр<W<Wт |
|||
5а |
пластичное |
полутвердая |
Wр<W<Wт |
|||
6а |
полутвердое |
полутвердая |
W=Wр |
|||
7а |
переход от полутвердой к твердой |
твердая |
W≤Wр |
|||
8а |
твердое |
жидкотекучая |
W<Wр |
|||