3.2. Гранулометрический состав (гмс)*

ГМС представляет относительное содержание (в % по весу) частиц различной крупности в сыпучей горной породе. ГМС определяется ситовым анализом и представляется графиком. Для большей наглядности и удобства пользования крупность частиц d откладывается на логарифмической шкале.

Крупность частиц, соответствующая 10% их содержания в горной породе, называется действующим диаметром. .

Отношение диаметра частиц d₆₀, соответствующего 60% их содержания в горной породе, к действующему диаметру d_l называется коэффициентом ее неоднородности К_н.

ГМС и, следовательно, К_н определяют основные физико-механические свойства сыпучей породы: пористость, сжимаемость, водопроницаемость, насыпной вес, сопротивление сдвигу и др.

3.3. Сжимаемость сыпучей породы

Под сжимаемостью сыпучей породы понимается снижение ее объема за счет уменьшения пористости. Сжимаемость сыпучей породы определяется в одометре (рис.8). Для снижения влияния трения по вертикальным стенкам принимается .

По данным исследования в одометре строится компрессионная кривая (рис.9) зависимости коэффициента пористости ε от приложенного давления Р

Коэффициент пористости представляет отношение объема пор V_п к объему сыпучей породы V:

,

где:

V – объем твердых частиц;

γ – насыпной вес породы;

δ – удельный вес породы (твердых частиц).

Даже при очень высоком давлении Р коэффициент пористости ε (рис.9) нельзя довести до нуля ( ). Наклон кривой к горизонту характеризует сжимаемость породы под давлением, величина tgα называется коэффициентом сжимаемости.

Рис.8. Схема одометра:

1 – порода; 2 – стальной цилиндр; 3 – днище;

4 – стальная пластина; Р – давление

Рис. 9. Компрессионная кривая:

а – при однократном нагружении; б – при многократном (с разгрузкой) нагружении; Р₀ – начальное давление

3.4. Сопротивляемость сдвигу (срезу)

Сопротивление сдвигу сыпучей порода определяется в сдвиговом приборе (рис. 10).

Рис. 10. Схема сдвигового прибора:

1 – верхнее подвижное кольцо; 2 – нижнее подвижное кольцо;

3 – стальная пластина; 4 – сыпучая порода; Р – уплотняющая сила;

Т – сдвигающее усиление; τ – удельное сопротивление сдвигу

График зависимости сопротивления сдвига сыпучей породы от величины смещения верхнего кольца сдвигового прибора приведен на рис. 11.

Рис. 11. Зависимости сопротивления сдвига от величины смещения:

А – плотная порода; Б – рыхлая порода

Как видно из рис.11, на участке 1–3 сопротивление сдвигу зависит от начальной пористости породы и величины смещения верхнего кольца сдвигового прибора. В точке 3 сопротивление сдвигу для данной породы становится постоянным независимо от ее начальной пористости. Это сопротивление сдвигу называется предельным τ_пред, а соответствующее ему смещение верхнего кольца сдвигового прибора – предельным смещением .

Рост сопротивления сдвигу в области точки 2 объясняется наличием сил зацепления, неупорядоченно расположенных частиц в плоскости сдвига. Начиная с точки 3, расположение частиц в плоскости сдвига становится упорядоченным и сопротивление сдвигу принимает постоянную величину τ_пред.