5.2. Методы определения гранулометрического состава

Определение гранулометрического состава обломочных горных пород необходимо для оценки их водных свойств и расшифровки условий их образования. Гранулометрический состав грунтов дает возможность судить об их технических свойствах для строительных целей, почв – позволяет определять их структурные особенности, от которых в известной мере зависит их плодородие.

Таблица 5.1

Классификация обломочных горных пород в зависимости от их гранулометрического состава

Название породы	Фракции	Размер частиц, мм
Валуны	Крупные Средние Мелкие	800 800–400 400–200
Булыжник, галька, щебень	Булыжник и крупный щебень Щебень и крупная галька Мелкий щебень и галька	200–100 100–60 60–40
Гравий, хрящ	Крупный Средний Мелкий Очень мелкий	40–20 20–10 10–4 4–2
Песок	Грубый Крупный Средний Мелкий Тонкий	2–1 1–0,5 0,5–0,25 0,25–0,1 0,1–0,05
Пыль	Крупная Мелкая	0,05–0,01 0,01–0,005
Глина	Собственно глина Дисперсная глина	0,005–0,00025 0,00025 и менее

В зависимости от целей исследования, гранулометрический состав может быть определен с различной степенью детальности.

Для определения гранулометрического состава пород существуют несколько видов анализа: ситовой, гидравлический, седиментационный и др.

Наиболее простым, а вследствие этого распространенным является ситовой анализ. Разделение гравийных фракций проводится на грохотах (специальных ситах с отверстиями от 40 до 2 мм). Разделение песчаных фракций (с размерами частиц от сотых долей мм до 2 – 3 мм) производится просеиванием (с промывкой или без неё) через наборы сит с соответственными отверстиями. Разделение более мелких фракций производится гидравлическими методами, основанными либо на различии скорости осаждения частиц разного размера в спокойной воде (т. н. седиментационный анализ), либо на способности струи различной скорости течения увлекать частицы разного размера (т. н. гидравлический анализ). Точность упомянутых методов не превышает 1 %.

5.3. Обработка результатов анализа гранулометрического состава горных пород

Результаты анализа гранулометрического состава пород сводятся в специальные цифровые таблицы (см. табл. 5.2) или изображают графически. Наиболее распространёнными графиками являются гистограммы, циклограммы, графики треугольники и интегральные (кумулятивные) кривые.

Таблица 5.2

Гранулометрический состав горных пород

№ анализа	Размер фракций, мм
	2–1	1–0,5	0,5–0,25	0,25–0,1	0,1–0,05	0,05–0,01	0,01–0,005	0,005–0,001	Менее 0,001
	Процентное содержание частиц, %
1	−	−	2	10	3	61	15	4	5

Гистограмма – столбчатая диаграмма, один из видов графического изображения статистического распределении каких-либо величин по количественному признаку. Гистограмма представляет собой совокупность смежных прямоугольников, построенных на прямой линии.

Для изображения на гистограмме гранулометрического состава горных пород на вертикальной оси откладывают процентное содержание фракций, а на горизонтальной оси – произвольно выбранные равные отрезки. На отрезках, соответствующих каждой фракции, строится как на основании прямоугольник высотой, равной процентному содержанию частиц во фракции.

Гистограмма, изображающая гранулометрический состав горной породы анализа № 1 (см. табл. 5.2) представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Гистограмма гранулометрического состава пород анализа №1

При построении циклограмм, характеризующих гранулометрический состав горных пород, вычерчивается окружность произвольного радиуса. Площадь окружности принимается за 100 %. Величина отдельной фракции показывается в виде сектора, площадь которого пропорциональна ее процентному содержанию. Сектора заштриховываются в соответствии с принятыми к фракциям условным обозначениям.

Циклограмма, изображающая гранулометрический состав горной породы анализа № 1 (см. табл. 5.2) представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Циклограмма гранулометрического состава пород анализа №1

Графические изображения результатов гранулометрического анализа в виде гистограмм и циклограмм имеют существенный недостаток, который заключается в невозможности изображения результатов массовых определений гранулометрического состава на одной гистограмме или циклограмме.

Указанного выше недостатка лишен способ выражения гранулометрического анализа с помощью графика-треугольника, который представляет собой равносторонний треугольник, каждая сторона которого разделена на 100 равных частей. Если принять, что каждая из вершин треугольника отражает нулевое содержание одной из основных фракций, тогда по углам треугольника будет отмечаться стопроцентное содержание этих фракций. Линии, параллельные сторонам, будут соответствовать процентному содержанию той или иной фракции, а это значит, что точка внутри треугольника будет соответствовать составу породы.

По положению точки внутри графика – треугольника можно судить о распределении фракции в горной породе и в зависимости от этого дать определение породы.

График-треугольник гранулометрического состава горной породы анализа № 1 (см. табл. 5.2) представлена на рис. 5.3.

Анализируя расположение точки 1 внутри графика – треугольника, можно сделать вывод, что рассматриваемая порода относится к пылеватым суглинкам.

Рис. 5.3. График-треугольник гранулометрического состава горной породы анализа № 1

Интегральные (кумулятивные) кривые гранулометрического состава строятся в прямоугольной системе координат в полулогарифмическом масштабе (когда по одной оси задается логарифмический масштаб, а по другой – линейный). Отличие полулогарифмического масштаба от линейного заключается в том, что если в первом на шкале абсцисс длина единичного отрезка пропорциональна логарифму разности величин на его концах, в то время как во втором – длина единичного отрезка пропорциональна разности величин на его концах. Использование полулогарифмического масштаба вызвано тем, что при гранулометрическом анализе частицы подразделяются на фракции, размеры которых убывают в геометрической прогрессии. По оси абсцисс откладываются логарифмы диаметров фракций частиц, а по оси ординат – содержание данной фракции в породе в процентах.

Для удобства определения логарифмов диаметров частиц переводят эти размеры из миллиметров в микроны для того, чтобы не получать отрицательных логарифмов (табл. 5.3).

Таблица 5.3