Навігація
Головна
 
Головна arrow Географія arrow Грунтознавство
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ МІЦНОСТІ І ДЕФОРМОВАНОСТІ СКЕЛЬНИХ ГРУНТІВ

Для встановлення міцності на одновісний для порід з межею міцності при одноосьовому стисненні не менше 5 МПа застосовують одновісний зразків правильної форми плоскими плитами; для порід з межею міцності при одноосьовому стисканні від 10 до 150 МПа проводять руйнування зразків-плиток плоскими співісними пуансонами [22]. Визначення характеристик міцності і деформованості скельних грунтів проводиться при проектуванні підземних споруд, паль-стійок, гірських робіт і устаткування, вишукуваннях при розробці родовищ корисних копалин, а також при проведенні дослідницьких випробувань.

Скельні породи руйнуються по-різному залежно від температури і тиску. При низькій температурі і високій швидкості деформування скельні породи показують хрупкоупругое поведінку. Вони деформуються пружно до напружень біля 70% межі міцності, потім тріщини поширюються у великому обсязі і скельна порода руйнується з утворенням магістральної тріщини або поверхні відколу. При невеликому всебічному тиску, відповідному малій глибині залягання ґрунтів, або поблизу вільної поверхні руйнування супроводжується утворенням вертикальної розколює тріщини (схема 1 на рис. 8.55, а). При великому всебічному тиску на глибині спостерігається утворення одній площині зсуву (схема 2 на рис. 8.55, а) в навантажувати зразку породи. При дуже великому всебічному тиску руйнування супроводжується утворенням мережі похилих смуг зсуву (схема 3 на рис. 8.55, а).

Міцність на одновісний скельних грунтів

Мал. 8.55. Міцність на одновісний скельних грунтів: а - залежність деформації від напруги для скельних грунтів; б-пружні деформації і деформації повзучості: А, Б. С - пружне деформування, Д - пік міцності, Е тривала міцність; в - стадії деформації повзучості [5]

При низьких швидкостях деформування, підвищених температурах і дуже високому всебічному тиску на графіку залежності напруга-деформація неможливо виявити максимум зусиль, що показує стан руйнування. Зразки показують безперервне деформування з зміцненням, характерне для в'язкопластичних матеріалів. В'язкопластичний деформування супроводжується утворенням бочкообразной форми деформації зразка. Перехід від хрупкоупругого поведінки до в'язкопластичні виникає при збільшенні тиску, температури або порового тиску. Для більшості скельних порід це перехід відбувається при тисках і температурах, не характерних для реальних конструкцій і умов. Однак дня деяких глинистих сланців, вапняків (крейда), кам'яної солі, поташу, гіпсу та ін., Що залягають поблизу поверхні, також характерно в'язкопластичний поведінку навіть при звичайній температурі (5].

У стандартних випробуваннях на міцність зразків скельного грунту осьові напруги поступово зростають до його руйнування. Скельні ґрунти також можуть деформуватися при постійному рівні напруг, це процес деформації називається ползучестью. Повзучість залежить від часу при постійній напрузі і в скельних грунтах пов'язана з поширенням тріщин (рис. 8.55, б). Стандартні випробування показують зростання деформації пропорційно прикладеній напрузі до пікової міцності, при якій зразок скельної породи руйнується. У випробуваннях на повзучість напруги швидко збільшуються і зберігаються незмінними до руйнування. Деформація, відповідна пікової міцності, зазвичай менше деформації при повзучості.

Крива залежності деформації від часу для випробувань на повзучість скельних грунтів має характерні ділянки (рис. 8.55, в): пружна деформація виникає на початку, коли прикладена миттєва навантаження; первинна повзучість йде, коли знижується швидкість деформації; вторинна повзучість характеризується повільними деформаціями. В кінці цієї стадії деформації різко зростають і матеріал руйнується - проходить стадія про

грессірующей повзучості. Протягом першої фази повзучості матеріал пристосовується до прикладеній напрузі і тріщини повільно, майже при постійній швидкості поширюються до стійкого стану. Протягом усталеною вторинної стадії повзучості матеріал руйнується все більше і більше з ростом нових тріщин і розкриттям старих, в третій стадії неконтрольоване зростання тріщин призводить до руйнування зразка [5].

При випробуванні скельних грунтів встановлюються такі показники:

  • • межа міцності на одновісний /? з , МПа;
  • • модуль пружності £, МПа;
  • • коефіцієнт Пуассона v.

Для встановлення міцності на одновісний застосовують такі методи [22]:

  • 1) одновісний зразків правильної форми плоскими плитами (породи з межею міцності при одноосьовому стисненні не менше 5 МПа);
  • 2) руйнування зразків-плиток плоскими співісними пуансонами (породи з межею міцності при одноосьовому стисканні від 10 до 150 МПа).

Метод одновісного стиску зразків правильної форми плоскими плитами [22]. Суть методу полягає у вимірюванні максимального значення руйнівного тиску, прикладеного до плоских торцях правильного циліндричного зразка через плоскі сталеві плити.

Для випробування застосовують: верстат копіювально-шліфувальний з плоским чавунним диском, що обертається навколо вертикальної осі, або верстат плоскошліфувальний; машини випробувальні або преси, максимальне зусилля яких не менше ніж на 20 ... 30% перевищує граничну наїрузку на зразок; плити сталеві товщиною не менше 0,3 діаметра d (сторони квадрата) зразка і діаметром, на 3 ... 5 мм перевищує діаметр (діагональ квадрата) зразка, пристрої установочні (рис. 8.56), оснащені сферичним шарніром (застосовують при відсутності на випробувальній машині верхній підвісний сферичної плити), шліфпорошок.

Схема установчого пристрої для випробувань на стиск зразків плоскими плитами

Мал. 8.56. Схема установчого пристрої для випробувань на стиск зразків плоскими плитами

Розміри і об'єм проб повинні забезпечувати виготовлення зразків необхідної чисельності, розмірів і орієнтування щодо направлення шаруватості; допускається виробляти консервацію проб негігроскопіческіх порід бітумінірованной папером, поліетиленовою плівкою або іншими водонепроникними матеріалами, які не взаімодействущімі з гірською породою.

При відборі проб гігроскопічних порід (кам'яні солі, аргіліти і т. П.) Додатково відбирають кілька шматків розміром не менше 30 х 30 х 10 мм і загальною масою не менше 200 г для визначення початкової вологості проби. Шматки дроблять до часток розміром менше 10 мм і відразу ж поміщають в бюкси, які для надійної герметизації обмотують клейкою стрічкою. Вихідну вологість фіксують в паспорті проби.

Для випробування виготовляють циліндричні або призматичні (з квадратним поперечним перерізом) зразки вибурюванням або випилюванням на каменерізної машині з штуфів і кернів, їх торцеві поверхні шліфують на шліфувальному верстаті. Зразки з гігроскопічних порід виготовляють без застосування промивної рідини і до початку випробування зберігають в ексикаторі. З шаруватих гірських порід, або з порід з спрямованої трещиноватостью, виготовляють зразки, однаково орієнтовані щодо направлення шаруватості (тріщинуватості). Розміри зразків повинні відповідати розмірам, зазначеним у табл. 8.66.

Таблиця 8.66

Розміри звертай при масових і порівняльних випробуваннях

параметр зразка

Розміри при випробуваннях, мм

масових

порівняй

тільних

кращі

допускаються

Діаметр (сторона квадрата)

42 ± 2

Від 30 до 80 включ.

42 ± 2

Відношення висоти зразка до його діаметру

Від 1.0 до 2.0

Від 0.7 до 2.0

2 ± 0.05

Зразки однієї вибірки повинні мати однакові розміри. Допускаються відхилення розрахункових значень діаметра d t і висоти І, кожного зразка від їх середніх арифметичних значень і по всім зразкам вибірки: по діаметру до I мм і по висоті до 2 мм. Кількість зразків при масових випробуваннях має бути не менше 6, при порівняльних випробуваннях має бути не менше 10.

Зразок, в залежності від наявності або відсутності на випробувальній машині підвісний сферичної плити, розміщують, відповідно, або тільки між сталевими плитами, або в установчому пристрої (рис. 8.56). Поєднавши вісь зразка з центром нижньої опорної плити випробувальної машини, зразок навантажують рівномірно до руйнування зі швидкістю 1 ... 5 МПа / c. Записують максимальну величину руйнує зразок сили Р в кілоньютонах, із зазначенням відносини hid для зразка.

При необхідності визначають вологість проби безпосередньо в момент випробування. Для цього подрібнюють уламки зразків до частинок розміром менше 10 мм, поміщають в бюкси і зважують. Роздроблену породу поміщають в бюкси нс пізніше ніж через 10 хв, а зважують не пізніш як через 30 хв після випробування.

Значення межі міцності при одноосьовому стисканні (МПа) для кожного / -го зразка вибірки обчислюють за формулою

де Р - руйнівне зразок сила, кН; S - площа поперечного перерізу зразка, см 2 ; А'н - безрозмірний коефіцієнт висоти зразка, рівний 1 при відношенні висоти до діаметру 2 ± 0,05. Для інших значень відносини hid коефіцієнт К і встановлюють по табл. 8.67.

Обчислене з точністю: для площі поперечного перерізу зразка - до 0.01 см 2 , округлюють - до 0,10 см "; приватних значень і середнього значення відносини hid - до 0,10; приватних значень і середнього арифметичного значення, а також середнього квадратичного відхилення межі міцності при одноосьовому стисканні - до 0,01 МПа, (при цьому значення менше 10 МПа залишають без зміни, значення від 10 до 100 МПа округлюють до 0,10 МПа, а значення більше 100 МПа - до 0,50 МПа); значень коефіцієнта варіації - до 0,01.

Таблиця 8.67

Значення коефіцієнта К "

т

0.70

0.80

0.90

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

кв

0.68

0-72

0.76

0.80

0-86

0.90

0.94

0.97

1.00

Метод руйнування зразків-плиток плоскими співісними пуансонами [22]. Суть методу полягає у вимірюванні максимальної руйнує сили, яка додається до торців зразка через сталеві плоскі зустрічно і співвісно спрямовані пуансони. Метод запропонований в 1960 р Г.Н. Кузнєцовим і Б.В. Матвееевим для масових досліджень.

Для проведення випробування застосовують (крім перерахованих у першому способі приладів): пристрій навантажувальний (рис. 8.57) або будь-якої іншої конструкції, що встановлюється на опорну плиту випробувальної машини, що забезпечує зустрічно-співвісний додаток навантаження до торців зразка через сталеві пуансони діаметром 11,27 мм ( або пуансони діаметром 7,98 мм) з плоскопараллельнимі торцевими поверхнями.

Схема навантажувального пристрою для руйнування зразків-плиток

Мал. 8.57. Схема навантажувального пристрою для руйнування зразків-плиток

Для випробування виготовляють зразки-плитки у вигляді дисків. Допускається виготовляти образци- плитки неправильного обриси в плані з необробленими бічними поверхнями за умови, що контури їх торців та бокових поверхонь дозволяють вписати диск необхідного розміру. Зразки повинні мати діаметр від 30 до 100 мм; висоту - від 10 до 12 мм (для порід з межею міцності при одноосьовому стисканні не більше 120 МПа) або від 7,5 до 8,5 мм (для порід з межею міцності при одноосьовому стисканні понад 100 МПа). Кількість зразків повинно бути не менше 6.

Зразок поміщають між пуансоном навантажувального пристрою (рис. 8.57), встановленого в центрі опорної плити випробувальної машини (преса), поєднуючи центр диска з віссю навантаження. Зразок навантажують через пуансони рівномірно до руйнування зі швидкістю 0,1 ... 0,5 кН / с. Записують максимальну величину руйнує зразок сили Р в кілоньютонах, зафіксовану силовимірювачем випробувальної машини, із зазначенням відносини т = hid для зразка. При необхідності визначають вологість проби безпосередньо в момент випробування.

Значення межі міцності при одноосьовому стисканні (МПа) для кожного зразка обчислюють за формулою (8.25), де So - умовна площа поперечного перерізу зразка, см 2 , що обирається, по табл. 8.68.

Таблиця 8.68

Умовна площа поперечного перерізу зразка

Діаметр зразка (диска), мм

30

40

50

60

70

80

90

100

Умовна площа So, см 2 :

при пуансоні діаметром 11,27 мм

1,52

  • 1,79
  • 1,06

2,03

2,26

2,50

2,72

2,94

3,16

при пуансоні діаметром 7,89 мм

0,90

1,23

1,39

1.56

1.72

1,89

2.05

Умовна площа поперечного перерізу зразка отримана експериментально і в неявній формі відображає залежність між межею міцності породи при одноосьовому стисканні і міцністю породи в умовах всебічного стиснення в обсязі, укладеному безпосередньо між пуансоном і навколишнього цей обсяг породної матрицею [22].

Фортеця скельних порід оцінюють коефіцієнтом фортеці (/) - умовної характеристикою опірності руйнування породи по формулі: / 2 R c / 100.

Опір породи стиску залежить від мінералогічного складу, текстури, структури, характеру цементу і ступеня виветрелості. Структурно-текстурні особливості грунтів є найважливішим внутрішнім фактором, що визначає величину тимчасового опору стисненню. При випробуваннях на одновісний найбільші значення R c (за інших однакових умов) будуть характерні для скельних ґрунтів з іншими фазовими (цементаційна і кристалізаційними) контактами, а найменші - для грунтів зі змішаними або перехідними (точковими) контактами. При цьому характер діаграми "навантаження-деформація", а також тип деформування будуть різними для тендітних, крихке-пластичних і пластичних грунтів.

У різних типів скельних грунтів міцність на одноосьовий стиск змінюється в широких межах: найбільша у магматичних і метаморфічних грунтів, а найменша у осадових скельних грунтів і виветрелих різниць (табл. 8.69).

Дисперсність грунтів також впливає на параметри міцності. З ростом дисперсності (зменшенням розміру часток, зерен, кристалів і ін.) В одиниці об'єму грунту збільшується число контактів між структурними елементами, внаслідок цього збільшується і міцність структури в цілому. Тому дрібнозернисті і мелкокристаллические скельні грунти завжди мають великі значення міцності на стиск, ніж їх грубозернисті або крупнокрісталліческіе різниці за інших однакових умовах. Найбільшою міцністю характеризуються равнозерністие і дрібнозернисті кристалічні породи - базальти, кварцити і ін.

Таблиця 8.69

Тимчасовий опір стисненню основних типів скельних грунтів [50]

Групи скельних грунтів

Підгрупи і типи грунтів

Тимчасовий опір стисненню МПа

магматичні

інтрузивні

граніти

діорити

сиеніти

габро

  • 80 .. .380
  • 140 .. .310
  • 100 .. .220 190 ... 320

ефузивні

порфіриту

андезити

базальти

  • 130 .. .260
  • 80 .. .260 90 ... 460

метаморфічні

Кварцит залізисті скарнах

Сланці піщанисті сланці глинисті

  • 220 .. .380
  • 180 .. .270
  • 12 .. .89
  • 7 .. .87

Доломіти

12 ... 150

крем'янисті

140 ... 240

вапняки

хемогенние

5 ... 95

осадові

глинисті

24 ... 35

пісковики

алевроліти

аргіліти

5 ... 150

12 ... 40

16 ... 51

Великий вплив на міцність надає однорідність структури. Наявність в структурі грунту неоднорідностей різного порядку, представлених дефектами кристалів, микротрещинами, пустотами, порами і іншими формами, призводить до зниження міцності на стиск, гак як будь-яка неоднорідність може стати "зародком" магістральної тріщини або поверхні руйнування. Тому найбільшою міцністю на стиск при інших однакових умовах мають скельні грунти з найбільш однорідною, "бездефектной" структурою. Така структура характерна для багатьох рівномірно зернистих різниць магматичних (наприклад, гранітів) і метаморфічних грунтів (мраморов, кварцитів і ін.), А також багатьох типів осадових скельних грунтів (хемогенних вапняків, доломіту, пісковиків, алевролітів аргиллитов). Всі ці ґрунти з однорідною структурою, як правило, відрізняються більш високими характеристиками міцності в порівнянні з їх неоднорідними різницями.

Склад і кількість рідини впливає на питому поверхневу енергію скельного грунту і тим самим впливає на величину роботи, яку здійснюють за розриву структурних зв'язків, тому контакт твердої фази грунту з поверхнево-активним середовищем (рідиною або газом) призводить до зниження міцності (ефект Ребіндера). У грунтах такий поверхнево-активним середовищем найчастіше є вода і водні розчини. Вода, проникаючи по порах і мікротріщин в глиб грунту, послаблює структурні зв'язки і збільшує дефектність структури грунту в цілому, і в результаті цього будь-який водонасищенний грунт завжди має більш низьку міцність, ніж той же грунт в сухому стані.

Пористість і тріщинуватість ґрунтів , будучи елементами їх неоднорідностей, впливають на значення параметрів міцності однозначно: чим більше пористість і тріщинуватість грунту, тим нижче значення його тимчасового опору стисненню. Оскільки зі збільшенням ступеня виветрелості грунтів зазвичай збільшується і їх тріщинуватість, то при цьому знижуються і їх показники міцності. Виветрелие різниці будь-яких грунтів завжди мають більш низьку міцність на одноосьовий стиск [50].

Для попередньої оцінки підстав, складених з елювіальний магматичних порід і осадових зцементованих порід, допускається використовувати значення межі міцності на одновісний в водонасиченому стані R c грунтів, наведені в табл. 8.70-8.71.

Таблиця 8.70

Середні значення фізичних характеристик і зрадь міцності на одновісний /? з елювіальний магматичних порід

Різновид елювіальний грунтів за ступенем виветрелості

Характеристики елювіальний скельних грунтів магматичних порід

Щільність р г / см 3

Коефіцієнт пористості е

/? <. МПа

Ступінь размягчаемості в воді

Слабови вітрів перші

більш 2.7

менш 0.1

Болес 15

Неразмягчаемие

виветрелие

2,5 <р <2,7

0,1 <е <0,2

5 <R <<15

практично неразмягчаемие

сильновивітрілі

2,2 <р <2.5

Болес 0,2

менше 5

розм'якшує

Визначення деформаційних показників скельних грунтів [40]. Суть методу полягає у вимірюванні стискає сили, яка додається до торців зразка, і викликаних цією силою поздовжніх і поперечних деформацій. Метод передбачає знання або визначення межі міцності при одноосьовому стисканні випробовуваної породи. Деформаційні характеристики гірських порід слід визначати в діапазоні необхідних напруг, при цьому діапазон напруг від 5 до 50% від межі міцності при одноосьовому стисканні є обов'язковим.

Випробування зразків проводять для визначення залежності "напруга-деформація" і наступних деформаційних характеристик гірських порід з межею міцності при одноосьовому стисненні не менше 5 МПа:

  • • модуля пружності Е, МПа;
  • • коефіцієнта Пуассона р
  • • модуля деформації Ео, МПа;
  • • коефіцієнта поперечної деформації v.

Таблиця 8.71

Значення межі міцності на одновісний елювіальний осадових зцементованих порід

ступінь

виветрелості Kwr

Значення /? "МПа, для елювіальний осадових скельних грунтів

Аргіліти і алевроліти

Пісковики з переважанням цементу

глинистого

карбонатного

1> Kwr> 0.95

12 ... 20

30 ... 50

50 ... 95

0.95> Kwr > 0.9

8 ... 12

15 ... 30

30 ... 50

0.9> Kwr > 0.85

5 ... 8

7,5 ... 15

10 ... 30

0.85> Kwr > 0.8

2.5 ... 5.0

5.0 ... 7.5

5 ... 10

Kwr менш 0.8

менш 2.5

менше 5

менше 5

Для визначення меж міцності гірських порід застосовують: установку колонкового буріння або верстат вертикально-свердлильний, або радіально-свердлильний верстат для вибурювання зразків з проб гірських порід; машину каменерізну, забезпечену відрізними алмазними колами діаметром не менше 250 мм; стійку з індикатором годинникового типу; прес з гідравлічним приводом або універсальну випробувальну машину потужністю, на 20 ... 30% перевищує руйнує силу; індикатори багатооборотні з ціною поділки 0,001 мм або індикатори годинникового типу з ціною поділки 0,01; тензорезистори - для вимірювання відносних деформацій; тензометри, що забезпечують вимір поздовжніх і поперечних деформацій зразків з похибкою не більше 2%; прилади та пристрої, що забезпечують точність вимірювання реєстрації відносних деформацій і навантажень не менше 2%; клей для наклейки тензорезисторів.

Для випробування виготовляють циліндричні або призматичні (з квадратним перетином) зразки. Зразки вирізають на каменерізної машині з штуфів або кернів, їх торцеві поверхні шліфують; при необхідності шліфують бічні поверхні. Зразки з гігроскопічних порід виготовляють без застосування промивної рідини і до початку випробування зберігають в ексикаторі. Розміри зразків повинні відповідати

наступним вимогам: діаметр d (сторона квадрата а) при масових випробуваннях від 30 до 90 мм (Л: d = 2,0 и 0,1), при порівняльних випробуваннях 42 ± 2 мм (Л: d = 2,00 ± 0, 05). Діаметр (сторона квадрата) зразків повинен бути не менше 10-кратного лінійного розміру зерен (неоднорідностей), що складають породу. Вимірювання проводять штангенциркулем з похибкою не більше ± 0,1 мм. Кількість зразків при порівняльних випробуваннях має бути не менше 5, при масових - не менше 3. Зразки повинні мати однакові розміри, допускається відхилення значень діаметра (сторін квадрата) кожного зразка від середнього арифметичного не більше ± 1 мм і висоти не більше ± 3 мм.

Кількість чутливих елементів датчиків деформацій, що закріплюються на зразку, має бути не менше двох для кожного виду деформацій (рис. 8.58). Їх розташовують рівномірно по периметру в середній по висоті частини бічної поверхні зразка без накладення друг на друга. Для вимірювання поперечних деформацій повинні застосовуватися тільки фольгові тензорезистори. Зразок, оснащений датчиками деформацій, встановлюють на випробувальній машині (пресу), датчики деформацій підключають до реєструючої апаратури.

Розташування чутливих елементів датчиків деформацій

Мал. 8.58. Розташування чутливих елементів датчиків деформацій

Зразок навантажують до початкового напруги про 0 (напруги пригрузки), що становить 5% від межі міцності при одноосьовому стисканні (<т <> = 0,05 /? З ). Значення деформацій при напрузі про 0 приймають за умовний нуль відліку деформацій. Індикатори годинного типу встановлюють в положення нульового відліку з натягом на 1-2 обороту великої стрілки.

Деформації зразка реєструють не менше ніж при десяти значеннях напруги стиснення в процесі навантаження до максимального заданого значення і при подальшому розвантаженні до також їх фіксуючи.

При дискретної записи відліків інтервал часу між відліками не повинен перевищувати 10 с при навантаженні і розвантаженні зразка. Тривалість зупинки при переході від навантаження до розвантаження не повинна перевищувати 30 с.

Значення навантажень Р , зафіксовані силовимірювачем випробувальної машини (преса), і відповідні їм показання приладів для деформацій (поздовжніх е і поперечних £ 2) записують в журнал випробувань. При необхідності визначають вологість випробуваного зразка.

За результатами випробувань будують графіки залежностей "напруга про - деформація £" (рис. 8.59), на яких кожному зафіксованому рівню напружень image468відповідають відносні деформації зразка: поздовжні при навантаженні image470 image471і Під час розвантаження image472; попсрєчньіє при навантаженні image473І при розвантаженні image474[40].

Модуль деформації Е і коефіцієнт поперечної деформації в заданому діапазоні напруг (σ "-σ до ) визначаються по навантажувальних гілкам залежностей σ-е за формулами (8.4) і (8.5). Модуль пружності і коефіцієнт Пуассона визначаються в цьому ж діапазоні напруг по розвантажувальним гілкам залежності о-в по цим же формулами.

Залежності напружень про від деформацій і

Мал. 8.59. Залежності напружень про від деформацій і:

При використанні тензометрів, що вимірюють абсолютні деформації, розраховують відносні деформації зразка за формулами: є = АІ / 1, Є2 = Ad / dala), де / - база вимірювання поздовжніх деформацій зразка, мм; А / зміна бази при зміні навантаження на зразок, мм; d (а) - діаметр (сторона квадрата) зразка, мм; Δd / Δа - зміна діаметра (сторони квадрата) при зміні навантаження на зразок, мм.

Обробку результатів випробувань зразків проводять за таким порядком: обчислюють до другої значущої цифри середнє арифметичне значення по пробі для £ Ь, v, //, Е, їх середні квадратичні відхилення і коефіцієнти варіації, розділивши середні квадратичні відхилення на середнє арифметичне значення.

Пружність скельних грунтів . Скельні ґрунти відразу після прикладення навантаження в значному діапазоні напруг виявляють пружні властивості, тому для характеристики їх деформаційних властивостей в основному використовують модуль пружності (Е) і коефіцієнт Пуассона (v). На величину значень показників деформаційних властивостей скельних грунтів впливає не тільки спосіб випробувань грунтів, а й особливості їх складу і будови. Діапазон зміни пружних констант у скельних грунтів основних типів наведено в табл. 8.72, з якої випливає, що серед магматичних інтрузивних грунтів найбільша пружність характерна для основних і ультраосновних різниць (олівінітов, перідотітов і ніроксенітов): чим при високому тиску утворилася порода, тим вище її пружні характеристики.

Серед магматичних ефузивних і метаморфічних скельних грунтів при інших однакових умовах найбільша пружність відзначається у найбільш однорідних і нетріщинуватих грунтів. Серед осадових скельних грунтів найбільшою пружністю володіють пісковики з кварцовим і залозистим цементом, що містять магнетит і гематит, мають високі пружні константи.

Вплив мінерального складу на пружні властивості ґрунтів найбільш сильно проявляється при порівнянні мономінеральних грунтів або при порівнянні низькопористих скельних грунтів. Наявність в грунті слюдистих мінералів, а також гіпсу, серпентину знижує пружні характеристики грунту, тоді як домішка темноколірних мінералів, жадеита і корунду підвищує їх.

Іншим важливим фактором, що впливає на деформаційні властивості скельних грунтів, є їх структурно-текстурні особливості. Для пористих тріщинуватих скельних грунтів визначальним фактором їх пружності є величина пористості і тріщиною пустотности Збільшення пористості і тріщиною пустотности (наприклад, при вивітрюванні) у всіх типах скельних грунтів призводить до зниження величини їх пружних характеристик.

Величина коефіцієнта Пуассона для всіх скельних грунтів збільшується з водонасиченого грунту (при статичних і динамічних визначеннях). З табл. 8.72 також слід відмінність величин модулів пружності і коефіцієнтів Пуассона скельних грунтів.

Таблиця 8.72

Деформаційні властивості скельних грунтів [50]

Грунт

Модуль пружності Е . ГПа

Модуль зсуву G . ГПа

Коефіцієнт Пуассона v

Магматичні інтрузивні грунти

граніти

сиеніти

габро

діабази

перідотіти

  • 39 ... 78
  • 60 ... 65
  • 86 ... 105
  • 21 ... 120
  • 152 ... 160
  • 12 ... 29.2
  • 24. "26
  • 40. "46
  • 11 ... 48
  • 60. "62
  • 0,12. "0,29
  • 0.22
  • 0,24
  • 0,26. "0,32
  • 0,23 ... 0,260

Магматичні еффузівние грунти

андезітовиє порфірити

базальти

туфобрекчії

туфи Попільні

  • 47 ... 73
  • 3 ... 69
  • 23 ... 63
  • 5 ... 30
  • 20 ... 30
  • 1,9 ... 33,0
  • 11. "28
  • 1 ... 17
  • 0.17. "0,24
  • 0,10 ... 0,25
  • 0.15
  • 0.14. "0.19

метаморфічні грунти

гнейси

скарни

Кварцит

сланці песчано-

глинисті

  • 39 ... 105
  • 67 ... 130
  • 75 ... 95
  • 5 ... 75
  • 18 ... 47
  • 32. "49
  • 37 ... 45
  • 2 ... 31
  • 0,11 ... 0,28
  • 0,16 ... 0,24
  • 0.14
  • 0.1. "0.39

Осадові зцементовані грунти

вапняки

глинисті

Доломіти

мергелі

  • 0,3 ... 12
  • 3 ... 43
  • 1,1 ... 6,0
  • 0.14 ... 5.9
  • 4.1 ... 19.0
  • 0,9 ... 2,8
  • 0.26 ... 0.30
  • 0.25 ... 0,31
  • 0,28. "0,31

пісковики:

кварцитові

18 ... 68

22. "46

0.09 ... 0.19

карбонатні

глинисті

алевроліти

  • 0,4 ... 29
  • 0,6 ... 28
  • 7 ... 30
  • 0.19 ... 0.45
  • 0,3 ... 12,8
  • 3.3 ... 14,5
  • 0,23 ... 0.24
  • 0,18. "0,30
  • 0,20 ... 0,30

Магматичні і особливо метаморфічні скельні грунти виявляють анізотропію пружних властивостей - залежність величини пружних параметрів від напрямку деформування, а точніше від ступеня орієнтації структурних елементів (текстури). Найменшою анізотропією характеризуються вивержені грунти з масивною текстурою, а найбільшою - метаморфічні грунти з орієнтованої текстурою - гнейси, сланці, а також осадові грунти з шаруватою текстурою. Модуль деформації в напрямку, паралельному шаруватості, завжди вище, ніж в напрямку, перпендикулярному шаруватості.

Істотний вплив на пружні характеристики скельних грунтів надає характер заповнювач пір і тріщин. Повітряно-сухі грунти мають більш низькі значення динамічних пружних констант ніж водонасичені, так як повітря не володіє пружністю в порівнянні з водою, з цієї ж причини тріщинуваті скельні грунти з мінеральним заповнювачем мають більшу пружністю, ніж без заповнювача. Статичні ж модулі пружності Е грунтів, навпаки, знижуються при водонасиченні зразків, так як вода обумовлює деяке прояв грунтами пластичних властивостей. Причому вплив водонасичення на пружні константи тим більше, чим вище пористість і тріщинуватість грунту.

Величина пружних констант залежить також і від масштабного фактора, т. Е. Від обсягу грунту, який випробовується. Чим більше обсяг, тим більше в ньому ймовірність знаходження різних дефектів (пор, тріщин і ін.) І вище їх щільність, з ростом обсягу грунту, який випробовується знижуються величини пружних констант.

Із зовнішніх факторів, що впливають на пружні константи, основне значення має температура грунту. Встановлено, що для всіх типів скельних грунтів з ростом температури зростає прояв пластичних і зменшується прояв пружний їх властивостей, тому при нагріванні скельних грунтів величини пружних констант закономірно знижуються [50].

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук