2015-04-01
1846Состояние и свойства горных пород находятся в зависимости от степени заполнения объема горных пород минеральным веществом, структура ми-нерального скелета и порового пространства, физической природы связи между минеральными частицами, фазового состояния породы. Это факториальные характеристики. На основании этого все породы, независимо от их происхождения, можно разделить на три основные группы: твердые; связные (глинистые); раздельно-зернистые.
Состояние и свойства связных и раздельно-зернистых горных пород определяет гранулярный (зерновой) состав, т.е. весовое содержание в породе частиц различной крупности в процентах от общей массы породы в абсолютно сухом состоянии.
Размеры частиц – от нескольких метров (крупные глыбы в крупнообло-мочных породах) до тысячных и миллионных долей миллиметров (коллоидные и глинистые частицы) в глинистых породах.
Гранулярный состав определяет такие показатели, как влажность, по-ристость, пластичность, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницае-мость, набухание и т.п. Для определения гранулярного состава проводят гра-нулометрический анализ, который бывает прямой (непосредственное измере-ние диаметра частиц) и косвенный (через скорость осаждения частиц в воде или воздухе).
|
|
|
Разберем комбинированный метод, основанный на комбинации ситового метода (прямого) и метода пипетки (косвенного).
Ситовой - определение гранулярного состава раздельно-зернистых и песчано-глинистых пород. Набор из 9 сит с размерами отверстий: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Процентное содержание фракции определяется 
, где qi – масса фракции, q – масса образца.
Метод пипетки – оценка гранулярного состава песчано-глинистых пород через скорость осаждения частиц в приготовленной суспензии. Отбор проб суспензии через определенный интервал времени пипеткой с различной глубины с последующим высушиванием и взвешиванием.
Основной способ изображения гранулярного состава песчано-глинистых пород – кривая в полулогарифмическом масштабе (рис.11).
Рис.11. Кривая гранулярного состава: 1 – кривая грансостава однородной глины; 2 – кривая грансостава однородного песка.
Породы делятся по размерам частиц: валуны (камни) – более 200 мм, галька (щебень) – 10-200 мм; гравий (дресва) - 2 – 10 мм; пески – 0,05 – 2 мм; пыль – 0,005 – 0,05 мм; глины - < 0,005 мм.
Количественный показатель гранулярной кривой – коэффициент неоднородности Кн = d60 / d10, где d60 и d10 – контролирующий и эффективный диаметры, определяемые с кривой грансостава. Для однородных пород Кн®1, с равномерным распределением фракций - Кн = 25¸1000 (песок считается однородным при Кн £ 3).
|
|
|
Таблица 16
Классификация глинистых пород по грансоставу
| № | Название пород | Процентное содержание частиц d<0,005 мм |
| Песчаных частиц (d =0,05-2,0) больше, чем пылеватых (d =0,005-0,05) | ||
| Глина тяжёлая | > 60 % | |
| Глина | от 30 до 60 % | |
| Суглинок: | ||
| Тяжелый | от 20 до 30 % | |
| Средний | от10 до 20 % | |
| Лёгкий | от 6 до 10 % | |
| Супесь: | ||
| Тяжёлая | от 3 до 6 % | |
| Лёгкая | < 3 % | |
| Пылеватых частиц (d=0,05-0,005) частиц больше, чем песчаных (d =0,05-2,0) | ||
| Пылеватая глина | >30 | |
| Пылеватый суглинок | от 30 до 10 | |
| Пылеватая супесь | от 10 до 3 | |
| Для раздельно-зернистых пород: | ||
| - Песок крупнозернистый – масса всех частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50% | ||
| - Песок мелкозернистый – масса всех частиц крупнее 0,1 мм составляет 75% и более | ||
| - Песок пылеватый – масса всех частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75% |
Таблица 17
Задание для выполнения работы:
| № варианта | Масса образца q1, г | Гигроскопическая влажность Wг, % | Масса водорастворимых солей, qв.с., г | Суммарное содержание фракций В, % | Объём суспензии Vс , см 3 | Объём пипетки Vп, см 3 | Масса частиц определенного диаметра в объеме пипетки (масса высушенной пробы) | |||||
| А 0,5-0,25 | А 0,25-0,1 | А<0,05 | А < 0,01 | А <0,005 | А < 0,001 | |||||||
| 21,45 | 3,51 | 1,01 | Ф1,0-0,5=3,4 | 0,94 | 2,13 | 0,43 | 0,41 | 0,35 | 0,18 | |||
| 18,24 | 4,34 | 1,32 | Ф1,0-0,5=2,4 | 1,04 | 0,80 | 0,34 | 0,31 | 0,20 | 0,10 | |||
| 18,57 | 2,48 | 1,72 | Ф2,0-0,5=3,4 | 0,74 | 0,46 | 0,34 | 0,27 | 0,21 | 0,13 | |||
| 19,42 | 2,15 | 1,51 | Ф2,0-0,5=20 | 0,66 | 0,48 | 0,33 | 0,20 | 0,14 | 0,06 | |||
| 16,83 | 0,75 | 0,42 | Ф2,0-0,5=18 | 0,64 | 0,86 | 0,30 | 0,27 | 0,22 | 0,15 | |||
| 20,56 | 4,03 | 2,15 | Ф2,0-0,5=24 | 0,96 | 1,12 | 0,35 | 0,28 | 0,19 | 0,11 | |||
| 17,40 | 5,10 | 0,83 | Ф1,0-0,5=4,4 | 0,92 | 0,81 | 0,31 | 0,24 | 0,19 | 0,10 | |||
| 20,46 | 1,14 | 2,35 | Ф2,0-0,5=15 | 0,95 | 0,82 | 0,40 | 0,32 | 0,21 | 0,14 | |||
| 21,59 | 2,40 | 1,65 | Ф2,0-0,5=15 | 1,41 | 0,93 | 0,40 | 0,31 | 0,20 | 0,12 | |||
| 23,45 | 3,51 | 1,01 | Ф1,0-0,5=3,4 | 0,94 | 2,13 | 0,43 | 0,41 | 0,35 | 0,18 | |||
| 18,94 | 1,50 | 1,25 | Ф2,0-0,5=10 | 1,24 | 0,82 | 0,35 | 0,25 | 0,15 | 0,13 | |||
| 21,80 | 5,18 | 1,41 | Ф2,0-0,5=3,4 | 0,83 | 0,91 | 0,41 | 0,31 | 0,15 | 0,08 | |||
| 17,25 | 1,10 | 0,41 | Ф2,0-0,5=10 | 0,52 | 0,74 | 0,29 | 0,25 | 0,21 | 0,16 | |||
| 19,46 | 3,50 | 2,43 | Ф2,0-0,5=20 | 0,72 | 0,88 | 0,28 | 0,21 | 0,15 | 0,07 | |||
| 19,40 | 2,64 | 0,27 | Ф2,0-0,5=1,8 | 0,31 | 0,82 | 0,34 | 0,21 | 0,18 | 0,12 |
| 17,84 | 1,56 | 1,23 | Ф2,0-0,5=10 | 0,44 | 0,36 | 0,31 | 0,26 | 0,20 | 0,16 | |||
| 18,78 | 2,37 | 1,16 | Ф2,0-0,5=16 | 0,84 | 0,62 | 0,33 | 0,24 | 0,17 | 0,09 | |||
| 18,30 | 4,8 | 0,71 | Ф1,0-0,5=5,1 | 0,82 | 1,21 | 0,34 | 0,31 | 0,22 | 0,10 | |||
| 21,24 | 1,58 | 0,67 | Ф2,0-0,5=12 | 0,70 | 0,54 | 0,38 | 0,31 | 0,23 | 0,18 | |||
| 21,54 | 1,42 | 1,04 | Ф1,0-0,5=2,8 | 1,18 | 1,05 | 0,43 | 0,31 | 0,19 | 0,11 | |||
| 12,30 | 2,40 | 0,58 | Ф2,0-0,5=18 | 1,04 | 0,28 | 0,24 | 0,22 | 0,18 | 0,15 | |||
| 15,40 | 3,10 | 1,51 | Ф1,0-0,5=2,8 | 0,54 | 0,48 | 0,24 | 0,18 | 0,15 | 0,11 | |||
| 17,60 | 4,21 | 1,24 | Ф1,0-0,5=3,1 | 0,55 | 1,02 | 0,27 | 0,25 | 0,18 | 0,10 | |||
| 19,74 | 2,84 | 1,12 | Ф1,0-0,5=2,1 | 1,21 | 1,41 | 0,32 | 0,20 | 0,20 | 0,12 | |||
| 20,31 | 2,50 | 0,67 | Ф2,0-0,5=12 | 0,94 | 2,13 | 0,43 | 0,41 | 0,12 | 0,07 | |||
| 16,27 | 0,85 | 0,71 | Ф1,0-0,5=4,5 | 1,11 | 1,30 | 0,41 | 0,35 | 0,21 | 0,15 | |||
| 18,13 | 4,35 | 2,16 | Ф2,0-0,5=21 | 0,84 | 0,72 | 0,34 | 0,28 | 0,19 | 0,11 | |||
| 19,71 | 2,71 | 1,16 | Ф2,0-0,5=10 | 0,96 | 0,81 | 0,36 | 0,30 | 0,24 | 0,15 | |||
| 20,51 | 0,62 | 0,41 | Ф1,0-0,5=5,7 | 0,53 | 0,49 | 0,35 | 0,25 | 0,19 | 0,11 | |||
| 17,38 | 4,14 | 0,61 | Ф2,0-0,5=13 | 0,83 | 0,79 | 0,31 | 0,21 | 0,18 | 0,15 | |||
| 21,71 | 5,11 | 1,13 | Ф1,0-0,5=3,6 | 0,56 | 1,07 | 0,47 | 0,34 | 0,25 | 0,10 | |||
| 20,17 | 0,91 | 0,54 | Ф1,0-0,5=17 | 1,02 | 1,12 | 0,47 | 0,26 | 0,19 | 0,12 | |||
| 13,38 | 1,15 | 0,75 | Ф2,0-0,5=4,2 | 1,04 | 0,28 | 0,24 | 0,21 | 0,19 | 0,11 |
Пример выполнения расчетов:
Исходные данные:
q1 – масса образца (г); Wг – гигроскопическая влажность; qв.с. – масса водорастворимых солей; Vс – объём суспензии; Vп - объём пипетки
q1 =20,32 г; Wг = 2,58 %; qв.с. = 0,63 г; В = 1,5%= Ф0,5-1,0
Vс = 1000 см 3 ; Vп = 25 см 3; А 0,5-0,25 = 1, 12 г; А 0,25-0,1=1,38 г;
А<0,05= 0,35 г; А < 0,01 = 0,31 г; А <0,005 =0,24 г; А < 0,001=0,15 г
Необходимо:
- рассчитать процентное содержание фракций 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001; <0,001 мм;
- построить суммарную кривую гранулярного состава;
- определить процентное содержание глинистых, пылеватых и песчаных частиц;
- установить наименование породы.
1. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание гигроскопической влажности:
г
2. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание водорастворимых солей:
|
|
|
г
3. Определяем в образце содержание фракций, выделенных ситовым методом:
а) Ф1,0 – 0,5 = В= 1,5%;
б) 
в) 
В’= В + Ф0.5 - 0.25 = 5,75 + 1,5 =6,67 %
4. Определяем совокупное содержание в образце фракций, выделенных пипеточным способом:
а) 
В’’= B’ + Ф0,25 – 0,1 = 7,25+6,67=13,92 %
б) 
в) 
г) 
5. Определяем интервальное содержание фракций, выделенных пипеточным способом:
а) Ф0,1 – 0,05 = 100 – В” - Ф<0,05 = 100 – 13,92 – 62,83 = 23,25%
б) Ф0,05 – 0,01 = Ф<0,05 - Ф<0,01 = 62,83 – 55,65 = 7,18%
в) Ф0,01 – 0,005 = Ф<0,01 - Ф<0,005 = 55,65 – 43,08 = 12,57%
г) Ф0,005 - 0,001 = Ф<0,005 - Ф<0,001 = 43,08 – 28,72 = 14.36%
6. Проверяем, суммируя фракции:
В + Ф0,5 – 0,25 + Ф0,25 – 0,1 + Ф0,1 – 0,05 + Ф0,05 – 0,01 + Ф0,01 – 0,005 +
+ Ф0,01 – 0,005 + Ф<0,001 = 1,5 + 5,75 + 6,67 + 23,25 + 7,18 + 12,57 +
+ 14,36 + 28,72 = 100 %
6. Результат расчётов сводим в табл. 12.
Таблица 12
| Содержание частиц | |||
| в интервальном виде | в совокупном виде | ||
| d, мм | Ф, % | d, мм | Ф,% |
| 1,0 - 0,5 | 1,5 | < 1,0 | |
| 0,5 - 0,25 | 5,75 | < 0,5 | 98,5 |
| 0,25 - 0,1 | 6,67 | < 0,25 | 92,75 |
| 0,1 - 0,05 | 23,25 | < 0,1 | 86,08 |
| 0,05 - 0,01 | 7,18 | < 0,05 | 62,83 |
| 0,01 - 0,005 | 12,57 | < 0,01 | 55,65 |
| 0,005 - 0,001 | 14,36 | < 0,005 | 43,08 |
| < 0,001 | 28,72 | < 0,001 | 28,72 |
8. Необходимо по данным таблицы построить кривую гранулярного состава (рис.12). Так как по оси абсцисс данные откладываются в логарифмическом масштабе. То необходимо выбрать масштаб. Позволяющий разместить график на листе формата А4. Кратными значениями для десятичного логарифма будут следующие размеры частиц: 0,0001-0,001-0,01-0,1-1,0-10,0 мм. При размерах листа 30 см наиболее целесообразно выбрать масштаб 5 см, тогда 5 диапазонов умножить на 5 см равно 25 см. начало координат 0,0001 мм через 5 см – 0,001, еще через 5 -0,01 и т.д. Так как lg1,0=0, то все значения менее 1,0 будут отсчитываться влево от этой величины, а более – вправо. Например, чтобы найти положение на оси абсцисс значение диаметра 0,5 мм, необходимо:
- определить lg 0,5 = -0,301
- масштаб построения 5 см, поэтому: -0,3 х 5 см = -1,5 см
- откладываем 1.5 см влево от значения 1,0 мм (lg1,0 = 0). Остальные значения определяются аналогично.
9. По кривой гранулярного состава определяем коэффициент неоднородности:
если Кн =1, то порода однородная по составу, Кн =25-1000 порода с равномерным распределением, следовательно в нашем случае порода с равномерным распределением фракций.
|
|
|
10. Определяем по процентному содержанию частиц d<0,005 мм название породы по классификации, приведенной в табл.16.
Процентное содержание глинистых частиц – 43,08%, пылеватых частиц – 19,75%, песчаных частиц – 36,17%.
Т.к. процентное содержание песчаных частиц больше пылеватых, а глинистых частиц d<0,005 мм в исследуемой породе равно 43,08%, следовательно, наша порода – глина.
Список рекомендуемой литературы:
1. Геологический словарь. – М.: Недра, 1978, Т.1; Т.2.
2. Месторождения полезных ископаемых. // Под ред. Ермолова В.А. – М.: МГГУ, 2001, 570 с.
3. Гальперин А.М., Зайцев В.С., Норватов Ю.А. Инженерная геология и гидрогеология. – М.: Недра, 1989, 383 с.
4. Горное дело. Терминологический словарь. // Л.И.Барон. Г.П.Деминюк, Г.Д.Лидин и др. – М.: Недра. 1981, 479 с.
5. Справочник по инженерной геологии. // Под ред. М.В.Чурининокова. – М.: Недра, 1981, 325 с.
6. Горная энциклопедия в 5-ти томах. – М.: Советская энциклопедия, 1986
7. Условные обозначения для горной графической документации. – М.: Недра, 1981, 304 с.
8. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Энциклопедия. – М.: Недра, 1973
9. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. В трех томах. – М.: Недра, 1969
10. Краткий курс месторождений полезных ископаемых. /Под ред. Вахромеева С.А. – М.: Высшая школа, 1967
11. Гальперин А.М., Зайцев В.С., Кириченко Ю.В. Практикум по инженерной геологии. – М.: МГГУ, 2001, 101 с.
12. Курс рудных месторождений //Под ред.В.И.Смирнова. – М.: Недра, 1986
13. Леоненко И.Н., Русинович И.А., Чайкин С.И. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Т.3. Железные руды. – М.: «Недра», 1969, 319 с.
