Основні фізичні властивості гірських порід

 

Найголовнішими фізичними властивостями гірських порід є щільність мінеральної частини і щільність породи, пористість, а для порід напівскальних, піщаних і глинистих також і вологість. Ці властивості взаємозалежні і в цілому виражають фізичний стан порід, тобто їх якісну визначеність як в умовах природного залягання, так і в тілі споруд (греблях, дамбах, насипах і ін.) і відвалах.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ЩІЛЬНІСТЬ ГІРСЬКИХ ПОРІД

 

Фізичні характеристики слід визначати не менше чим для двох паралельних проб, що відбираються з досліджуваного зразка грунту.

Щільністю гірської породи (ρ) називають її масу в одиниці об'єму при природному складанні і вологості. Чисельно вона дорівнює відношенню маси породи до її об'єму.

 

Метод безпосередніх вимірів

Визначення щільності гірських порід методом безпосередніх вимірів проводять в тих випадках, коли представляється можливим вирізати зразки правильної геометричної форми.

Обладнання і матеріали

1) ваги технічні; 2) лінійка з діленнями або штангенциркуль.

 

Послідовність визначення

1. З моноліту гірської породи вирізують, випилюють або вибурюють зразок правильної форми у вигляді куба, прямокутного паралелепіпеда або циліндра.

2. Зразок вимірюють лінійкою або штангенциркулем і обчислюють об'єм V.

3. Зважують зразок на технічних вагах з точністю до 0,01 г і одержують масу m.

4. Обчислюють щільність гірської породи ρ (г/см³) за формулою:

ρ = m / V

Розбіжність результатів між паралельними визначеннями допускається в межах до 0,02 г/см³.

 

Метод ріжучого кільця

 

Цей метод визначення щільності застосовують для м'яких гірських порід – глин, суглинків, супісків, пісків, з яких можна вирізати зразок ріжучим кільцем (ГОСТ 5180–84).

 

Обладнання і матеріали

1) кільце з некородійного металу із загостреним ріжучим краєм, діаметром не менше 50 – 70 мм, заввишки не більш за діаметр і не менше половини діаметру, з товщиною стінок 1,5 – 2 мм; 2) штангенциркуль; 3) ніж; 4) ваги технічні.

 

 

Послідовність визначення

1. Кільце-пробовідбірник змащують з внутрішньої сторони тонким шаром вазеліну або консистентного мастила.

2. Верхню зачищену площину зразка грунту вирівнюють, зрізаючи надлишки грунту ножем, встановлюють на ній ріжучий край кільця і гвинтовим пресом або вручну через насадку злегка вдавлюють кільце в грунт, фіксуючи межу зразка для випробувань. Потім грунт зовні кільця обрізують на глибину 5—10 мм нижче ріжучого краю кільця, формуючи стовпчик діаметром на 1–2 мм більше зовнішнього діаметру кільця. Періодично, по мірі зрізання грунту, легким натиском преса або насадки насаджують кільце на стовпчик грунту, не допускаючи перекосів. Після заповнення кільця грунт підрізують на 8—10 мм нижче ріжучого краю кільця і відділяють його.

Грунт, що виступає за краї кільця, зрізають ножем, зачищають поверхню грунту врівень з краями кільця і закривають торці пластинками.

При пластичному або сипкому грунті кільце плавно, без перекосів вдавлюють в нього і видаляють грунт довкола кільця. Потім зачищають поверхню грунту, накривають кільце пластинкою і підхоплюють його знизу плоскою лопаткою.

3. Кільце з грунтом і пластинками зважують.

4. Обробка результатів.

Щільність грунтуr, г/см³, обчислюють за формулою

 

r = (m₁ – m₀ – m₂) / V,

 

де m₁ — маса грунту з кільцем і пластинками, г;

т₀ — маса кільця, г;

m₂ — маса пластинок, г;

V — внутрішній об'єм кільця, см³.

Розбіжність результатів між паралельними визначеннями допускається в межах до 0,02 г/см³.

Цифрові дані записують в журнал:

№№ п/п	Дата	Лаборатор-ний номер зразка	Номер виробки	Глибина відбору зразка грунту, м	Номер кільця	Номер пластинок
верхньої	нижньої

 

Маса кільця з грунтом і пластинками| m1, г	Маса кільця m0, г	Маса пластинок, г	Маса грунту, г	Об'єм грунту V, см3	Щільність грунту r, г/см3
верх-ньої	ниж-ньої	зразка	середня

 

Метод зважування у воді

Цей метод визначення щільності гірських порід найбільш точний, він може застосуються в тих випадках, коли не представляється можливим вирізати зразки геометрично правильної форми (ГОСТ 5180–84).

 

Обладнання і матеріали

1) ваги технічні; 2) ваги технічні, пристосовані для зважування зразка породи у воді, або спеціальні гідростатичні ваги; 3) парафін; 4) ніж; 5) нитки і фільтрувальний папір.

 

Послідовність визначення

1. Вирізують зразок грунту об'ємом не менше 50 см³ і надають йому округлу форму, зрізаючи гострі виступаючі частини.

2. Зразок обв'язують тонкою міцною ниткою з вільним кінцем завдовжки 15–20 см, що має петлю для підвішування до сережки вагів.

3. Парафін, що не містить домішок, нагрівають до температури 57–60ºС.

4. Зразок грунту, що обв'язаний ниткою, зважують.

5. Зразок грунту покривають парафіновою оболонкою, занурюючи його на 2–3 с в нагрітий парафін. При цьому бульбашки повітря, виявлені в застиглій парафіновій оболонці, видаляють, проколюючи їх і загладжуючи місця проколів нагрітою голкою. Цю операцію повторюють до утворення щільної парафінової оболонки.

6. Охолоджений парафінований зразок зважують.

7. Потім парафінований зразок зважують в посудині з водою. Для цього над чашею вагів встановлюють підставку для посудини з водою так, щоб виключити її торкання до чаші вагів (або знімають підвіс з чашею з сережки, урівноваживши ваги додатковим вантажем). До сережки коромисла підвішують зразок і опускають в посудину з водою. Об'єм посудини і довжина нитки повинні забезпечити повне занурення зразка у воду. При цьому зразок не повинен торкатися дна і стінок посудини.

Рис.1.1 Схема гідростатичного зважування зразка.

 

8. Зважений зразок виймають з води, промокають фільтрувальним папером і зважують для перевірки герметичності оболонки. Якщо маса зразка збільшилася більш ніж на 0,02 г в порівнянні з початковою, зразок слід забракувати і повторити випробування з іншим зразком.

9. Щільність грунту r, г/см³ обчислюють за формулою

де

т — маса зразка грунту до парафінування, г;

V₁ – об'єм зразка парафінованого грунту, см;

V₂ – об'єм парафінової оболонки, см.

Об'єм парафінованого зразка гранту визначається по формулі:

де

ρ_w – щільність води, 1г/см³;

m₁ – маса грунту в парафіновій оболонці, г;

m₂ – маса грунту в парафіновій оболонці у воді г;

Об'єм парафінової оболонки визначається по формулі:

де

r_n — щільність парафіну, що приймається рівною 0,900 г/см³;

Розбіжність результатів між паралельними визначеннями допускається в межах до 0,02 г/см³.

 

Цифрові дані записують в журнал:

№№ п/п	Дата	Лабораторний номер зразка грунту	Номер виробки	Глибина відбору зразка грунту, м

 

Маса, г	Щільність, r, г/см3
грунту до парафіну-вання	парафінованого грунту	Парафіновано-го грунту у воді	контрольне зважування парафінованого грунту	зразка	середня

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2