Определение показателей состояния горной породы

К основным показателям состояния горных пород в инженерной геологии относятся:

Плотность – масса единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равная отношению массы породы к ее объему: . т/м³, г/см³.

Плотность сухой породы – масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему: . т/м³, г/см³.

Плотность минеральных частиц – масса минерального скелета породы в единице его объема, численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему: . т/м³, г/см³.

Пористость – это отношение объема пор ко всему объему горной породы.

Доля (объем) минеральных частиц в объеме V породы равна отношению объема минерального скелета V_c ко всему объему породы V_o

; доли ед.

n=1-m, где n – объем пор; m – объем твердого тела.

m=1-n

Умножим V_c на q_c и V_o на q_c, тогда , доли ед.

С учетом , величину n (объем пор) можно выразить через плотности породы:

.

Коэффициент пористости – это отношение объема пор в горной породы к объему ее твердой части , доли единиц. Может быть более 100% (1,0 дол.ед.).

Пористость и коэффициент пористости связаны между собой соотношениями: ; .

Отсюда: .

Также можно выразить коэффициент пористости:

.

Все показатели взаимосвязаны, и могут быть выражены (найдены) через другие показатели свойств.

При инженерно-геологической оценке горных пород используются следующие показатели влажности:

а) весовая влажность W - отношение массы воды q_в, заполняющей поры породы, к массе сухой породы q_с: или, разделив числитель и знаменатель на V_o, имеем: , %, доли единиц, может быть более 100%

б) объемная влажность W_o - отношение объема воды V_в в порах к объему V_o этой породы: ; учитывая, что ; имеем: ; или через весовую влажность: (т.к. );

в) коэффициент водонасыщения G - отношение воды V_в в горной породе к объему пор V_п: , ;

по величине G = 0 ¸ 1,0 выделяют породы: маловлажные (0 ¸ 0,5); влажные (0,5 ¸ 0,8); водонасыщенные (> 0,8).

Задание:

Образец породы V₀ и массой q₀ после высушивания при температуре 105°С занимает объем V_с и весит q_с. Определить плотность, плотность сухой породы, плотность минеральных частиц, пористость, коэффициент пористости, весовую влажность, объемную влажность и коэффициент водонасыщения.

Таблица 15

Варианты заданий

Вариант	Объем V0, м3	Масса q0, г	Объем Vс, м3	Масса q0, г
		87,52	30,48	81,09
		86,14	26,22	75,62
		88,34	26,48	81,09
		94,46	25,67	70,34
		99,67	28,85	78,48
				88,7
		107,1		92,8
		119,3		105,1
		123,4		109,1
		110,2		95,9
		126,5		112,2
		113,52	30,8	98,9
		127,5		113,2
		129,5		115,26
		121,4		107,1
		87,52	28,22	75,62
		86,14	26,48	75,62
		88,34	28,22	75,62
		94,46	28,22	75,62
		99,67	28,22	75,62
		87,52	25,68	81,09
		86,14	30,48	81,09
		88,34	30,48	81,09
		94,46	30,48	81,09
		99,67	30,48	81,09
		94,46	25,67	70,34
		99,67	28,85	78,48
				88,7
		107,1		92,8
		119,3		105,1
		87,52	30,48	81,09
		86,14	26,22	75,62
		88,34	26,48	81,09

Пример выполнения расчетов:

Образец породы V₀ = 56 см³ и массой q₀ = 99,67 г после высушивания при температуре 105°С занимает объем V_с = 28,85 см³ и весит q_с =78,48 г.

1. Плотность – масса единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равная отношению массы породы к ее объему: г/см³.

2. Плотность сухой породы – масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему: г/см³.

3. Плотность минеральных частиц – масса минерального скелета породы в единице его объема, численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему: г/см³.

4. Пористость – это отношение объема пор ко всему объему горной породы.

или (48,5%)

5. Коэффициент пористости – это отношение объема пор в горной породы к объему ее твердой части.

или

, доли единиц.

6. Весовая влажность W - отношение массы воды q_в, заполняющей поры породы, к массе сухой породы q_с: доли единиц или 27,0%, может быть более 100%

7. Объемная влажность W_o - отношение объема воды V_в в порах к объему V_o этой породы: или дол.ед. или 37,8%.

8. Коэффициент водонасыщения G – отношение объема воды V_в в горной породе к объему пор V_п:

;

По величине G = 0 ¸ 1,0 выделяют породы: маловлажные (0 ¸ 0,5); влажные (0,5 ¸ 0,8); водонасыщенные (> 0,8), следовательно рассматриваемая порода является влажной.