5. Физические, водные и механические свойства рыхлых несвязных и

МЯГКИХ СВЯЗНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Удельный вес основных породообразующих минералов песча­ных и глинистых пород изменяется мало, вследствие чего и удель­ный вес большинства этих пород колеблется в сравнительно не­больших пределах, от 2,65 до 2,75 кГ/смЗ.

Объемный вес определяется удельным весом, пористостью и влажностью породы. Обычно чем больше пористость и влажность породы, тем меньше ее объемный вес.

Пористость ха­рактеризует естественную уплотненность и склонность к деформациям песчаных и глинистых пород. Она зависит от дисперсности пород, т. е. от формы и разме­ра частиц, степени отсортированности и однородности. Чем меньше коэффициент неоднородности гранулометрического состава пород, тем обычно выше их пористость. Поэтому пористость глинистых пород обычно выше, чем песков, гравелистых и других обломочных пород, хотя поры и пустоты у последних крупнее.

Влажность является одной из основных характеристик физиче­ского состояния песчаных и особенно глинистых пород. В зависимости от степени влажности (от количества заполняющей поры воды), изменяются прочность, деформируемость и устойчивость по­род. Влажность обычно определяется отношением объема или веса (массы) воды в породе к объему или весу абсолютно сухой породы в процентах или долях единицы.

Для характеристики степени насыщения пород водой в инженерной геологии часто используют коэффициент водонасыщения G, или отношение естественной влажности пород к их полной вла­гоемкости в долях единицы (от 0 до 1). Величина коэффициента водонасыщения позволяет судить о фазовом составе песчаных и глинистых пород: 1. G = О. Порода абсолютно сухая и состоит из двух фаз – твердой (скелета породы) и воздуха; 2. G < 0,1. Порода воздушно-сухая и состоит из трех фаз ­твердой, воздуха и физически связанной воды. Глинистые породы в воздушно-сухом состоянии отличаются наибольшей прочностью, связностью и твердостью, а воздушно-сухие песчаные грунты, на­оборот, - рыхлые и сыпучие; 3. G от 0,1 до 0,5. Порода слабовлажная и состоит из трех фаз - твердой, воды и воздуха. Слабовлажные глинистые по­роды отличаются повышенной связностью и прочностью, они обыч­но находятся в твердом, полутвердом (вязкопластичном) состоянии. Песчаные породы при такой влажности имеют кажущуюся связ­ность, которая резко снижается при испарении влаги. 4. 0,5 < G < 1. Порода сильновлажная, состоит из трех фаз. Сильновлажные глинистые породы обычно находятся в пластичном (вязкотекучем) состоянии, их связность и прочность понижены. 5. G = 1. Порода водонасыщена и состоит из двух фаз - твер­дой и воды. Такие породы обычно слагают водоносные горизонты и залегают ниже уровня грунтовых вод.

Консистенция (состояние) породы при определенной влажно­сти зависит от вязко­сти глинистой породы, т. е. от прочности структурных связей между частицами. Эти связи обуславливают внутреннее сопротивление частиц породы перемещению при приложении внешней нагрузки. В зависимости от влажности консистенция глинистых пород может быть текучей, пластичной или твердой при действии одинаковой внешней нагрузки. Степень консистенции глинистых пород наглядно проявляется при их деформации.

Определенным консистенциям глинистых пород соответствуют свои степени влажности, которые принято называть пределами консистенции. Наиболее важными при определении фи­зического состояния глинистой породы являются предел текучести и предел пластичности. Между пределами текучести и пластичности глинистые породы обычно находятся в пластичном состоянии, т. е. могут под действием внешней нагрузки принимать различную форму и сохранять ее после устранения нагрузки, не изменяя объема.

Интервал влажности, соответствующий пластичному состоянию глинистой породы, называется числом пластичности. При максимальных числах пластичности, больше 17 %, порода высокопластична и классифицируется как глина, при числе пластичности 7-17 % порода среднепластична - суглинок, при числе пластичности 1-7 % порода слабо пластична - супесь. Пластичность глинистых пород зависит еще от минерального состава глинистых частиц, размер которых, как из­вестно, не превышает 0,002 мм. Глинистые монтмориллонитовые породы всегда более пластичны, чем гидрослюдистые, а последние обычно более пластичны, чем каолинитовые.

Таким образом, пластичность глинистых пород определяется в основном содержанием и минеральным составом тонкодисперсных (глинистых) частиц, а также активностью их взаимодействия с во­дой - гидрофильностью.

Для оценки консистенции глинистых пород широко применяют методы пенетрации и зондирования, состоящие в определении со­противления пород проникновению в них наконечников определенной формы и размеров. Если глубина погружения наконечника не превышает его высоты, метод называют пенетрацией, а если превышает­ – зондированием.

Относительная плотность песчаных пород. Плотность сло­жения обломочных пород имеет первостепенное значение при оцен­ке возможностей их использования в качестве основания для различных сооружений. Помимо пористости, которая сильно варьируется, дополнительно определяют относительную плотность сложения Id. Для этого сравнивают плотность песка естественного сложения с плот­ностями, соответствующими его наиболее рыхлому и наиболее плотному сложению.

Рыхлые песчаные и другие малоуплот­ненные породы в приповерхностных слоях земной коры (обычно до 10 м) можно рассматривать как динамичные системы с характерны­ми режимами влажности, значениями пористости и геостатической нагрузки. При этом чем больше влажность и пористость пород, тем хуже их строительные качества как грунтов.

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА