Физико-механические свойства скальных и элювиальных грунтов, методы их изучения

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Скальные грунты состоят из каменных горных пород, с трудом поддающихся разработке взрыванием или дроблением клиньями, отбойными молотками и т.п.

Скальные породы имеют малую общую пористость (менее 5 %), полускальные - средней (5-20 %) или даже высокой (более 20 %) пористостью.

Трещиноватость можно характеризовать как дополнительную пористость, возникающую в породах в результате тектонических движений и экзогенных процессов (выветривание)

Водопоглощение - для плотных кристаллических пород менее 1%; для трещиноватых, пористых скальных и полу скальных пород может выражаться десятками процентов.

Водонасыщение – способность горной породы поглощать воду при избыточном давлении в 15-20 МПА или в вакууме. Чем выше коэффициент водонасыщения, тем больше доля свободных пор в породе и тем легче порода насыщается в водой, фильтрует, разрушается в результате морозного выветривания.

Под водопрочностью следует понимать способность твердых горных пород сохранять механическую прочность, устойчивость и целостность при взаимодействии с водой. Показателем водопрочности является коэффициент размягчения К_рз, учитывающий степень уменьшения механической прочности породы после насыщения ее водой.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Предел прочности твердых пород оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к образцу горной породы в момент его разрушения (потеря сплошности)

Rz=Pmax\ F

F – площадь образца, см

Pma- внешняя нагрузка, Н

Rz-временное сопротивление сжатию или предел прочности, МПА

На прочность горных пород влияет: минеральный состав, характер внутренних связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости. Наименьшей прочностью обладают размягчаемые породы.

Модуль упругости Е_у и модуль общей деформации Е_о определяют величину напряжений, вызвавших единичную относительную деформацию породы в результате приложения внешней нагрузки.

Коэффициент Пуассона (поперечной деформации) определяет, в какой мере происходит изменение объема грунта в процессе деформации и зависит от минералогического состава грунта, пористости и трещиноватости.

Коэффициент бокового давления (коэффициент распора) учитывает часть вертикальной нагрузки, передающейся в стороны.

Элювиальные грунты— грунты, возникшие при выветривании пород и оставшиеся на месте своего происхождения. Частицы этих грунтов отличаются остро угловатой (неокатанной) формой.

Физико-механические свойства элювия зависят от минерального состава горных пород, из которых он образовался. Щебнистые грунты кислых магматических пород (гранита, кварцевого порфира, липарита) имеют нормативное давление 10 кг/см2, а основных (габбро, диабаза, базалита) – 7 кг/см2.

Элювиальные песчаные грунты характеризуются значительной структурной прочностью. Крупные и среднезернистые пески, в зависимости от коэффициентов пористости, имеют нормативное давление 1.6-2.5 кг/см2.

Характеристики, определяемые опытным путем

m₁ – масса твердых частиц грунта

V₁ – объем твердых частиц грунта

m₂ – масса воды в порах (массу воздуха не учитываем)

V₂ – объем пустот (заполненных водой и воздухом

1)	Плотность грунта ненарушенной (естественной) структуры	Удельный вес грунта
	r = = (т/м³)	g = r · q (кН/м³) [15…22 кН/м³]
2)	Плотность твердых частиц грунта	Удельный вес твердых частиц
	r _s = = (т/м³)	g _s = r _s ·q (кН/м³) [25…28 кН/м³]
3)	Весовая влажность грунта
	W = = % (изменяется в широких пределах и особенно важна для глинистых грунтов)