Лабораторная работа № 1

Макроскопическое определение

свойств горных пород

Теоретическая часть

ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД,

как грунтов

Камень сейчас в руках человека -

не забава и роскошь, а прекрасный материал,

которому мы сумели вернуть его место,

материал, среди которого лучше и веселее жить.

А. Е. Ферсман

ГОРНАЯ ПОРОДА – это скопление зёрен минералов, более или менее постоянных в количественном и качественном отношении. Они образуются в результате естественных физико-химических процессов в земной коре и прилегающих к ней оболочках. В настоящее время известно около 1000 разновидностей горных пород.

Горные породы изучает наука петрография (от греч. «петрос» - камень и «графо» - пишу, описываю). Она сформировалась как самостоятельная ветвь геологической науки во второй половинеXIXвека, когда был изобретен поляризационный микроскоп, позволяющий детально изучать строение и состав горных пород.

Свойства горных пород в большой степени зависят от условий и места их образования – от ГЕНЕЗИСА. Поэтому все горные породы делят, в зависимости от генезиса, на три типа:

• магматические (МГП), образовавшиеся при застывании магмы в глубине земной коры или лавы на её поверхности;

• осадочные (ОГП), образовавшиеся на земной поверхности вследствие осаждения материала выветривания пород в воздушной или водной среде;

• метаморфические (МетГП) – появившиеся в результате преобразования (метаморфизма) уже существующих горных пород.

В зависимости от условий и места образования каждый тип горных пород делится на несколько групп.

Все три типа неразрывно связаны и взаимодействуют между собой (рис. 1):

Рис. 1 Схема образования и преобразования горных пород

Каждая горная порода обладает целым рядом свойств, позволяющих отличить её от других, и оценить возможность использования в том или ином виде.

СОСТАВ горных пород является первой из важнейших характеристик:

а) минеральный составгорных пород разнообразен, но для каждой конкретной породы постоянен. Минералы, входящие в состав горных пород делят по количественному содержанию на:

- главные (породообразýющие), каждый из которых составляет не менее 10% от объёма породы и определяет её свойства;

- второстепенные (акцессόрные) составляют не более 10% от объёма породы, не являются её неотъемлемой частью, но могут сильно влиять на свойства горной породы.

В зависимости от количества породообразующих минералов горные породы делят на мономинеральныеиполиминеральные. Один и тот же минерал может быть в одной породе главным, а в другой – второстепенным;

б) химический состав горных пород оценивается валовым химическим анализом, горные породы не имеют химических формул;

СТРОЕНИЕ

Структура (от лат. structura - строение, порядок) – вторая важнейшая характеристика горных пород, отражающая их внутреннее строение. Она определяется размером и формой минеральных частиц, количественным соотношением слагающих породу элементов и характером их взаимодействия друг с другом. Структура отражает условия образования горной породы.

Текстура (от лат. textura - ткань, строение, сплетение, сложение) - третья важнейшая характеристика горной породы, отражающая её внешний облик. Определяется взаимным расположением составных частей породы, характером и способом заполнения пространства.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Окраска горной породы определяется, в основном, цветом минералов, входящих в её состав, и может играть важную роль в оценке пород, применяемых в строительстве.

Плотность– характеристика горной породы, зависящая от её минерального состава и упаковки частиц, равная отношению массы к единице объёма (т/м³; г/см³). При изучении горных пород необходимо учитывать разницу между плотностью минеральных частиц и плотностью породы в целом с учётом пор и трещин.

ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Трещиноватость– степень развития трещин в массиве горных пород. Трещины могут возникать в любых монолитных горных породах, когда те не выдерживают приложенной к ним нагрузки. Показатель трещиноватости увеличивается на всём протяжении существования массива пород. Но для инженера-строителя важно знать не только густоту трещин, но и причину их возникновения:

• первичная трещиноватость возникает уже в процессе формирования горных пород и связана с изменением объёма массива. Фигуры, выделяемые из массива пород системой первичных трещин, называютсяотдельностью;

• вторичная трещиноватость:

~ тектоническая возникает в результате тектонических движений участков земной коры. Они проявляются в виде землетрясений и приводят к образованию прямолинейных трещин шириной до нескольких десятков метров и длиной до нескольких километров. Такие трещины часто залечиваются обломками, и становятся незаметными на поверхности земли, но отчётливо видны на аэрофотоснимках. Они существенно усложняют, а иногда делают невозможным проведение строительных работ, поэтому обязательно фиксируются при изучении местности и обозначаются на картах красными жирными линиями;

~ экзогенная трещиноватость связана с выветриванием. Такие трещины извилисты, имеют ширину до нескольких сантиметров и глубину до 10-15 см. Не оказывают влияния на строительные работы.

Прочность – способность горных пород сопротивляться разрушению от действия внутреннего напряжения. Для горных пород, применяемых в строительстве, основным прочностным показателем является предел их сопротивления одноосному сжатию -R_сж, выражается в кг·с/см² или МПа. В зависимости от величины этого показателя горные породы подразделяют:

R_сж > 120 МПа – очень прочные;

50 - 120 МПа – прочные;

15 - 50 МПа – средней прочности;

5 - 15 МПа – малопрочные;