Инженерно геологическая оценка пород. Свойства и их показатели

Горная порода как геологическое тело имеет историю развития и характеризуется определенной изменчивостью. В данном случае под изменчивостью понимается связь между значениями показателей свойств и пространственно-временными координатами. Решают эту задачу геологическими и инженерно-геологическими методами. Условия залегания нарушенность, вылетеность, оценивают геологическими методами, а инженерно-геологическими определяют свойства.

К инженерно-геологическим свойствам пород относится: деформируемость, прочноть, деформируемость, дискретность, проницаемость. Эти свойства характеризуются в показатели. Показатели подразделяют на прямые и расчетные. Прямыми называют показатели которые определены по результатам физического експеремента, опыта.

А) расчетные – получены в результате математических операций, преобразования прямых.

Инженерно-геологические свойства делят на действующие и прогнозные.

Действующие – характеризуют состояние которым обладает горная порода в момент исследования как результат совместного действия полей: гравитации, теплового, электромагнитного, радиационного, земли.

Прогнозные – характеризуют будущее состояние горной породы которое возникнет при передаче давления, изменения состояния по влажности, изменения температуры и т.п. Режим определения прогнозных показателей, определяют так чтобы существовало подобие будущего состояния среды в основании сооружения и состояния образца. Также инженерно-геологические свойства подразделяют на группы, по природе взаимодействия между компонентами горной породы, фазами. Под фазами понимают – различное агрегатное состояние вещества. А свойства делят на группы: физические, физико-химические, физико-механические.

К физическим относят – плотность грунта частиц, природную влажность, гранулометрический соств, теплоемкость и т.д.

К физико-химическим относятся такие, которые являются следствие взаимодействия компонентов раствора (золя или геля)

К физико-механическким относятся такие которые проявляются при внешнем механическим действии на горную породу. Это: деформируемость, реологические свойства, прочность.

Деформационные свойства характеризуют поведение грунта при передаче нагрузок не превышающих критические., время не учитывается.

Реологические свойства характеризуют – развитие деформации во времени под действие постоянной нагрузки.

Прочность характеризуется способностью грунта к сопротивлению в момент предшествующий разрушению.

К деформационным показателям относят: модуль упругости, коэффициент Пласона, модуль осадки, модуль деформации, коэффициент сжимаемости и консолидации.

Коэффициент Пласона (мю) характеризует соотношение между продольными и поперечными деформациями. Для большинства грунтов (0.2-0.5).

Модуль осадки, характеризует сжимаемость грунта мощностью 1м.

А – кефициент уплотнения. Определяется по результатам компрессионных испытаний в лаборатории в условиях невозможность бокового расширения.

Компрессией - называется опыт в ходе которого определяют закон изменения коэффициента пористости в определенном интервале давлений.

Терцаги установил что это изменение может быть выражено следующим законом: Е=е0-С * лог*сигма/лог* сигма+1

е0 – начальное значение коэффициента пористости грунта.

Сигма – нормальное напряжение.

В небольшом интервале давлений криволенейная зависимость коэффициента пористости Е от напряжения сигма может заменятся прямой. Угловой коэффициент это коэффициент сжимаемости. Математический смффсл коэффициент сжимаемости угол наклона. Физический смысл это характеристи деформируемости материала. Зная коэффициент пористости рассчитывают модуль общей деформации. В этой формуле (бета) – коэффициент который учитывает невозможность расширения, определяется коэффициентом Пласона (бета) = мю/1-мю² . Как правило (бета (0,8)

К показателям реологическим войств относят С ^Е

Показатели прочности бывают для скальных грунтов – временное сопротивление сжатию. Для нескальных: С(фи) (тау предельная).

Временное сопротивление одноосному сжатию характеризует усилия при которых происходит разрушение скального образца. Параметры прочности С и (фи) имеют математический и физический смысл. Эти параметры определяют в условиях одноплоскостного среза или при испытания в стабелометре когда образец доводится до разрушения. Прямая делит плоскость на 2 части, и показывает условие при котором в данных грунтах происходит разрушение при заданной величине внешней силы. Параметры прямой (танг фи) и (С)

(танг. Фи) – характеризует наклон прямой и коэффициент трения между частицами.

С – удельное сцепление, характеризует положение прямой на координатной плоскости и характеризует силу внутренних связей между частицами грунта в момент предшествующий разрушению. Но в природных условия находится в сложном, напряженном состоянии. Т.е. действующие силы вызывают напряжение по всем трем координатным осям трехмерного пространства. В окресностях всякой точки можно выделить параллелепипед и рассчитать нормальные (сигма) и касательные (ТАО) напряжение действующий на ребрах параллелепипеда. (рисунок)

Моделирует разрушение образца, опыт который выполняют в стабилометре. Образец цилиндрической формы заключают в резиновую оболочку, помещают в рабочую камеру, которая заполнена жидкостью. Давление создается и получается всестороннее обжатие. Поэтому считают что действуют 2 напряжения: (сигма 1) и (сигма 2), и они равны. В результате построения кругов Мора получают те же самые параметры прочности грунта, но определенные в сложном состоянии. (рис 2)

Реологические свойства характеризуют развитие деформации во времени. Т.е. если в результате серии опытов по параллельным образцам получены кривые длительного деформирования то можно определить зависимость деформации от напряжение на заданный момент времени. (рис3) Сама кривая зависимость Е от Т в испытании грунта на консолидацию.

Консолидацией называется – процесс уплотнения водонасыщенного дисперсного грунта во времени при постоянном давлении. Результаты испытания оформляют в виде графика, коэффициент пористости (е, фукция от времени (t). (рис 4) Выделяют фазы 1- упругой деформации, 2 – первичной консолидации и 3- вторичной консолидации. Считают что в любой момент времени действующее давление это сумма: ефективного (сигма) и нейтрального (порового) давления. Ефективное давление возникает в минеральном скелете от внешней нагрузки, а поровое полагают что в начальный момент времени нагрузка передается на воду и начинается отток жидкости, из-за чего изменяется коэффициент пористости. По мере оттока давление воспринимается минеральным скелетом и начинается на 3ей стадии его уплотнение. Весь процесс описывается следующим выражением: (рис 5). А первая фаза выражается законом уплотнения, который в дифференциальной форме записывается в следующем виде: (рис 6). В общем процесс деформирования грунта описывается с позиции механики сплошной среды. Известно что существуют следующие теоретические варианты разных закономерностей деформирования. (рис 7). График а характеризует самый распространенный вид деформирования который включает различные участки. Упругого деформирования (0-2), вязкого (2-3), пластического (3-4), стадии прогрессирующего и затухающей ползучести. Точка 1 называется предел пропорциональности, точка 2 называется предел упругости. На участке вязкого деформирования скорость деформации – постоянна. В дальнейшем нет. Также ыделяют варианты идеально упруго-пластического деформирования, упруго пластического с ленейным упрочнением (г), криволенейный (д). Для этих вариантов используют разные механические модели.