Гранулометрический состав породы

 

 

№ п/п	Размер фракции, мм	Масса фракции qi, r	Содержание фракции Pi, %	Суммарное содержание фракций, %
	Более 10
	10 – 7
	7 – 5
	5 – 3
	3 – 2
	2 – 1
	1 – 0,5
	0,5 – 0,25
	< 0,25	0,25 – 0,05 0,05 – 0,01 < 0,01
	Сумма	Sqi = 200	SPi = 100

 

Примечание: В табл. 1 приведён пример расчёта гранулометрического состава пробы.

5.2. Рассчитать процентное содержание (P_i) каждой фракции в пробе по формуле

, (1)

где q_i – масса фракции; Q – общая масса пробы (Q = Sq_i).

5.3. Процентное содержание фракции с размером частиц менее 0,25 мм делится на 3. Полученное число условно принимают за содержание фракций: 0,25 – 0,05; 0,05 – 0,01 и менее 0,01 мм. Условность вычисления связана с тем, что для определения истинного содержания этих фракций в пробе требуется применение других методов гранулометрического анализа.

5.4. Вычислить суммарное процентное содержание фракций в пробе. Для этого, начиная с самой мелкой фракции (< 0,01 мм), последовательно суммируются процентные содержания фракций до 100 %. Каждое из полученных чисел показывает суммарное процентное содержание фракций, которые меньше диаметра наиболее крупной фракции, вошедшей в данную сумму.

5.5. Построить интегральную кривую гранулометрического состава породы. Гранулометрический состав породы для наглядности и сравнительной характеристики изображают в виде интегральных (суммарных, кумулятивных) кривых. Построение кривых рекомендуется проводить в полулогарифмическом масштабе. Это позволяет наносить на график содержание мелких фракций с достаточной точностью и производить дальнейшие расчёты.

По вертикальной оси (ординате) графика откладываются суммарные содержания фракций в процентах в масштабе 1 мм – 1 %, начало координат соответствует 0. По горизонтальной оси (абсциссе) показывают соответствующие процентам размеры фракции в миллиметрах, но не в обычном линейном масштабе, а в логарифмическом масштабе, начало координат соответствует 0,01 мм. Создание логарифмической шкалы занимает много времени, поэтому заготовленную основу для построения графика получить в препараторской. Построить интегральную кривую, используя данные табл. 1 – графы 2 и 5. Например, для фракции 1–0,5 мм суммарное содержание частиц составляет 37 %. Эти проценты откладывают на графике для диаметра 1 мм, понимая, при этом, что в породе содержится 37 % частиц с диаметром менее 1 мм. То есть каждая точка на полученной кривой показывает, сколько в породе в процентах по массе содержится частиц с диаметром меньше данного.

5.6. Определить на полученной кривой действующий диаметр – d₁₀, средний диаметр – d₅₀, контролирующий диаметр – d₆₀ и рассчитать коэффициент неоднородности – С_н.

Например, d₁₀ находят следующим образом. От точки на оси ординат, соответствующей 10 %, проводят линию, параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой гранулометрического состава и от точки пересечения опускают перпендикуляр до оси абсцисс; точка на этой оси и будет искомым диаметром d₁₀ (см. рис. 1, кривая 3). Аналогичным образом находятся d₅₀, d₆₀.

Коэффициент неоднородности рассчитывается по формуле

 

 

С_н = d₆₀/d₁₀

 

Рис. 1. Примеры интегральных кривых гранулометрического состава рыхлых пород различной степени однородности. Кривая 3 построена по данным, приведённым в табл.1. Для этой кривой d₁₀ = 0,05 мм, d₅₀ = 2 мм, d₆₀ = 3,0 мм, С_н = d₆₀ /d₁₀ = 60,0

Анализ результатов

 

6.1. Привести названия и числовые значения d₁₀, d₅₀, d₆₀, C_н.

6.2. На основании гранулометрического состава исследуемого грунта определить его место в инженерно-геологической классификации (дать название). Наименование вида грунта дается по той части фракций, которая составляет свыше 50 % породы (песок, крупнообломочный грунт). Название разновидностей определяется исходя из соотношения фракций грунта (табл. 2).

6.3. Оценить степень однородности породы по форме кривой гранулометрического состава породы и по коэффициенту неоднородности С_н.

Если кривая гранулометрического состава крутая (см. рис. 1, кривая 1), то порода по гранулометрическому составу однородная, хорошо отсортированная, её можно назвать монодисперсной. Если кривая пологая (см. рис. 1, кривая 3) – сортировка обломков породы плохая или её нет, порода неоднородная, её называют разнозернистой или полидисперсной. Между монодисперсными и полидисперсными породами и соответствующими им формами кривых существуют многочисленные переходные разновидности. Например, кривая может состоять из крутых и пологих участков. Крутые участки кривой отвечают резкому возрастанию содержания фракций соответствующего размера, пологие – малому содержанию или отсутствию фракций. Такие кривые характеризуют смешанные, резкоразнозернистые породы. На рисунке кривая 2 характеризует бидисперсную породу. Коэффициент неоднородности является численной характеристикой и позволяет количественно оценить степень неоднородности гранулометрического состава исследуемого грунта (см. § 1.3.)

6.4. Оценить возможность явления суффозии в исследуемой породе (см. § 1.4).

6.5. Выполнить задание:

а) определить по построенной кривой грансостава содержание фракций 0,8–1,9 мм, 3,5–10 мм;

б) определить диаметр частиц, меньше которого в породе содержится 22 %, 43 % частиц;

в) определить диаметр частиц, больше которого в породе содержится 58 %, 85 % частиц.

Содержание в породе фракций любого размера определяется по интегральной кривой гранулометрического состава. Для этого к оси абсцисс необходимо восстановить перпендикуляры из точек, ограничивающих размер фракции до пересечения с кривой, из точек пересечения провести две горизонтальные параллельные линии до оси ординат и подсчитать процентное содержание интересующей фракции.

 

Таблица 2

Классификация по гранулометрическому составу

природных дисперсных крупнообломочных грунтов

и песков (по ГОСТ 25100-95)

 

Вид и разновидность грунтов	Размер зёрен (частиц), мм	Содержание зёрен (частиц), % по массе
Крупнообломочные: – валунный (при преобладании неокатанных обломков – глыбовый)   – галечниковый (при неокатанных обломках – щебенистый)   – гравийный (при неокатанных обломках – дресвяный) Пески: – гравелистый – крупный – средней крупности – мелкий – пылеватый	>200   > 10   > 2     > 2 > 0,50 > 0,25 > 0,10 > 0,10	> 50   > 50   > 50     > 25 > 50 > 50 ³ 75 < 75

 

Примечание: Вид грунта (песок или крупнообломочный грунт) определяют по преобладающей сумме фракций. Грунт крупнообломочный – несвязный дисперсный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %. Песок – несвязный дисперсный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 %. Разновидность в пределах вида определяют последовательным суммированием процентов содержания частиц, для крупнообломочных грунтов сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм, далее крупнее 2 мм, а для песков – сначала крупнее 2 мм, затем крупнее 0,50 мм и т. д. Наименование разновидности принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименования в таблице. При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта в наименование крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

 

Контрольные вопросы

1. Что понимается под гранулометрическим составом пробы?

2. Что такое гранулометрическая фракция? Назовите фракции, выделяемые при классификации пород по гранулометри-ческому составу.

3. Что такое гранулометрический анализ? Какой метод гранулометрического анализа является основным для песчаных пород? Опишите его суть.

4. Почему для построения интегральной кривой гранулометрического состава используется полулогарифмический масштаб?

5. От чего зависят форма, крутизна интегральной кривой гранулометрического состава?

6. Показатель неоднородности гранулометрического состава Сн породы. Как он вычисляется, что отражает?

7. Для решения каких задач используются данные гранулометрического анализа?

8. Попробуйте дать сравнительную характеристику гранулометрического состава обломочных пород прибрежно-морской зоны и шельфовой зоны, эоловых и ледниковых обломочных отложений.

9. Почему суффозия возможна в резко неоднородных по грансоставу породах?

10. Попробуйте оценить влияние гранулометрического состава на водопроницаемость пород.

 

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава. – М.: Изд-во стандартов, 1979. – 13 с.

2. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. – М.: Изд-во стандартов, 1996. – 29 с.

3. Ломтадзе В. Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. – Л.: Недра, 1990. – 328 с.

4. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. – Л.: Недра, 1984. – 511 с.

5. Маслов Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. – М.: Высш. шк., 1982. – 512 с.

6. Гальперин, А. М. Геология: Часть IV. Инженерная геология:учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению "Горное дело"/ А. М. Гальперин, В. С. Зайцев. – М.: «Горная книга» МГГУ, 2010. - 568 с. http://www.biblioclub.ru/book/69816/

 

 

Лабораторная работа № 7