Модуль деформации для скальных грунтов

Испытания скальных грунтов | Прибор одноосного сжатия | Испытания горных пород | Прибор сосредоточенного нагружения | ПрогрессГео

Для характеристики деформационных свойств грунтов используются: модуль деформации E (модуль упругости Еу и модуль общей деформации Еобщ), коэффициент поперечного расширения р., модуль сдвига G и модуль объемного сжатия К.

Показатели деформационных свойств в пределах справедливости закона Гука связаны определенными зависимостями, которые позволяют по двум любым показателям определять остальные.

Модуль упругости Eу равен отношению напряжения при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации.

Модуль общей деформации Еобщ равен отношению напряжения при одноосном сжатии к общей относительной деформации.

Очевидно, что Еобщ < Eу. Для линейно-деформируемых материалов модуль упругости равен модулю деформации и не зависит от напряжения, т. е. является величиной постоянной. Но для большинства горных пород модуль упругости и модуль общей деформации являются переменными показателями, зависящими от величины и продолжительности действия давления.

В зависимости от продолжительности давления на грунт различают: модуль динамической упругости Ел, модуль статической упругости Eд и модуль общей деформации Еобщ. Между этими модулями существует такое соотношение: Eд > Eу > Еобщ

Разница между статическим модулем упругости и модулем общей деформации зависит от вида породы и ее структуры: для скальных пород отношение Eу к Еобщ равно примерно 2, а для рыхлых глинистых пород может достигать нескольких порядков, так как их деформация происходит в результате существенного уплотнения грунта.

Для расчета осадки сооружений при действии статических нагрузок используется величина равновесного модуля общей деформации Еобщ, а при расчете деформаций от. кратковременных динамических нагрузок — величина Eу. Модуль динамической упругости Eд применяется в основном для установления определенных корреляционных соотношений.

Влияние минералогического состава на упругие свойства скальных грунтов. К настоящему времени накоплено значительное количество данных по упругим константам основных породообразующих минералов. Значение модуля упругости различных минералов изменяется в широком пределе. Такие минералы, как корунд, пирит, гранаты, магнетит, гематит, жадеит, оливин, циркон, обладают высокими значениями модуля упругости, равными или превышающими упругость стали (2•105 кГ/см ²). Затем идут минералы с высокой упругостью: диопсид, эпидот, авгит, роговая обманка, флюорит, апатит. Такие широко распространенные в осадочных дисперсных грунтах минералы; как кварц, полевые шпаты, слюды, кальцит, обладают средней упругостью. И наконец, есть минералы (серпентин, гипс и др.), обладающие низкой упругостью.

Влияние минералогического состава слагающих породу частиц на упругость можно установить лишь для образцов пород, обладающих незначительной пористостью (п<1%). При больших значениях пористости упругость пород определяется их структурно-текстурными особенностями (в основном пористостью, трещиноватостью и размером частиц).

У малопористых пород упругие параметры непосредственно зависят от упругих констант слагающих их минералов. Так, слюды дают понижение упругих констант пород, а темноцветные минералы и гранат —

повышение. Поэтому особенно высокой упругостью обладают ультраосновные породы и эклогиты. Упругость плагиоклазов зависит от их состава: с повышением основности упругие константы плагиоклазов растут. В связи с этим лабродориты по своей упругости занимают среднее место между кислыми и основными породами. Особо высокой упругостью обладает жадеит — минерал, типичный для особо плотных пород больших глубин. Этот и другие факты показывают, что упругость минералов и пород оказывается тем выше, чем при больших давлениях они образовались.

Высокими значениями модуля деформации, близкими по величине к модулю упругости основных минералов, обладают эклогиты, перидотиты, амфиболиты, пироксениты, габбро и диабазы, т. е. породы, принадлежащие к ультраосновным и основным интрузивам.

Влияние пористости и трещиноватости на модуль упругости и модуль общей деформации скальных пород. При рассмотрении изменения модуля упругости близких по минералогическому составу пород, но имеющих различную пористость, видно, что для каждой петрографической группы пород значения модуля упругости уменьшаются с ростом пористости. Для пород с высокой пористостью (n>10%) величина модуля упругости будет полностью определяться влиянием пористости.

Трещиноватость скальных пород является основным фактором, определяющим их деформируемость и прочность. Поверхность трещин в результате наличия макро- и микроскопических выступов и впадин обычно бугристая. Поэтому реальная площадь контакта двух блоков породы может быть в 100—100 000 раз меньше геометрической площади касания. Ввиду этого при возникновении сжимающих напряжений, нормальных к плоскости трещины, на выступах и прилегающих к ним зонах происходит концентрация напряжений, превышающих прочность материала выступа. В результате пластического деформирования или хрупкого разрушения выступов происходит сближение двух поверхностей. При этом увеличивается площадь реального контакта поверхностей и сопротивление деформированию.

С увеличением трещиноватости кварцевых порфиров деформационные показатели резко уменьшаются, при этом модуль упругости значительно превышает модуль общей деформации. Это объясняется тем, что при действии давления породы испытывают большие остаточные деформации. Причем по мере роста трещиноватости (увеличение Т или К_тр) эта разница становится больше. Закрытие и смыкание трещин под давлением, определяющее появление остаточных деформаций, приводит также к тому, что модуль общей деформации для второго цикла нагружения в 1,5—2 раза выше модуля общей деформации для первого цикла нагружения.

Выветривание скальных горных пород приводит к появлению и расширению микротрещин, ослаблению связей между зернами, а также к изменению химического состава пород. Поэтому деформационные и прочностные свойства пород зависят от степени их выветрелости. Из таблицы видно, что с глубиной пористость гранита уменьшается, а деформационные и прочностные показатели возрастают. На глубине 49 м гранит уже настолько прочен, что для него модуль упругости равен модулю общей деформации.

Неблагоприятное влияние трещиноватости на деформационные и прочностные свойства скальных пород уменьшается при цементации. При этом трещины заполняются цементным раствором, который после схватывания увеличивает сопротивление породы деформациям. В среднем модуль деформации скальных пород после цементации возрастает в 1,5 раза.

Влияние слоистости скальной породы на модуль деформации. При сжатии образцов слоистых осадочных скальных пород модуль деформации в направлении параллельно слоям обычно выше, чем перпендикулярно слоям. Это можно объяснить тем, что в первом случае сопротивляются более жесткие слои породы, тогда как во втором сжимаемость определяется в основном деформацией наиболее податливых слоев, зажатых между жесткими как между плитами. Очевидно, что фактор времени будет играть более заметную роль во втором случае, так как деформация жестких элементов породы будет протекать быстрее.

Следует подчеркнуть исключительно низкое значение коэффициента Пуассона для кварца (0,08), что обусловлено каркасным строением его кристаллической решетки. Поэтому значительное содержание кварца в породе приводит к уменьшению значения коэффициента. В скальных грунтах коэффициент Пуассона изменяется также в узких пределах — 0,1—0,3. В зависимости от увеличения пористости он снижается: в известняках-ракушечниках от 0,23 до 0,17, в органогенных известняках от 0,27 до 0,23, в мраморизованных органогенных известняках от 0,32 до 0,30. Но по мере перехода от плотных кварцитов к более пористым песчаникам увеличивается от 0,10—0,14 до 0,18—0,29.

Для дисперсных грунтов величина коэффициента Пуассона изменяется от 0,1 до 0,5. Большое значение имеет влажность: для сухого песка ц. равен 0,1—0,25, для водонасыщенного — 0,44—0,49.

В скальных грунтах решающее влияние на величину коэффициента Пуассона оказывает трещиноватость. В трещиноватой породе на деформацию сплошной ее части будет тратиться только часть общего усилия, другая часть будет тратиться на смыкание трещин и разрушение выступов; возникающее при этом расширение не будет вызывать расширение всего образца.

Коэффициент Пуассона. Коэффициент Пуассона является показателем способности породы к изменению объема в процессе деформации под действием напряжений. Обычно употребляемый в расчетах коэффициент Пуассона относится к упругой деформации.

Коэффициент Пуассона главных породообразующих минералов изменяется в небольших пределах: от 0,08 до 0,34. Можно выделить группу минералов с низким значением: от 0,08 до 0,16, в которую войдут в порядке возрастания кварц, гематит, пирит; затем группу минералов, для которых коэффициент изменяется от 0,21 до 0,29. Эта группа наиболее многочисленна и объединяет такие минералы, как полевые шпаты, слюды и другие силикаты. И, наконец, небольшая группа минералов имеет повышенное значение коэффициента: от 0,31 до 0,34 — серпентин, гипс, циркон.

Коэффициент Пуассона кристаллов зависит от типа кристаллической решетки и направления действия напряжения относительно кристаллографических осей. Для пород зависит от минералогического состава, трещиноватости и пористости.

Модуль упругости грунта – описание свойства и определение

Модуль упругости грунта (Еу) – это соотношение между сжимающим напряжением грунта и относительной обратимой деформацией, которую оно вызывает. Выражается показатель в МПа и определяется для правильного расчета усадки, нагрузки на основания фундаментов и дорожное полотно.

• Модуль упругости грунта
• Упругие деформации грунтов
• Что такое модуль упругости
• Методы определения модуля упругости
• Определение модуля упругости жестким статическим штампом
• Виды модулей упругости
• Упругие характеристики грунтов
• Упругие свойства скальных грунтов
• Способ образования породы
• Минеральный состав
• Структура и текстура грунта
• Состав и количество порового заполнителя
• Температура
• Упругие свойства дисперсных грунтов
• Упругие свойства мерзлых грунтов
• Практическое значение модуля упругости

Упругость свойственна всем грунтам. Она зависит от строения и некоторых внешних факторов. Детальнее об этом вы узнаете в этой статье.

Упругие деформации грунтов

Упругой деформацией грунта называют его способность восстанавливать свою форму и объем после снятия механической нагрузки. При сжатии, растяжении или сдвиге происходит смещение частиц, сжатие воды и водных пленок, сближение отдельных молекул минералов. Если нагрузка не критическая, после ее устранения объем воды и воздуха восстанавливается, а отдельные частицы занимают свое место.

Вместе с упругими возникают остаточные деформации. Большинство грунтов после снятия давления не восстанавливаются полностью. Когда число остаточных деформаций значительно превосходит упругие, материал разрушается.

Способность к упругим деформациям – это положительное свойство. Оно увеличивает прочность грунта. Упругий материал способен выдержать большие нагрузки без дефектов, изменения объема и формы. Поверхность грунта восстанавливается после снятия нагрузки, усадка немного замедляется.

Что такое модуль упругости

Модуль упругости характеризует сопротивление грунта растяжению или сжатию (линейным деформациям).

У скальных и твердых связных грунтов она подчиняется закону Гука и вычисляется по формуле:

Закон Гука применим к относительно однородным системам. Грунты такими не являются. При выветривании, увлажнении, увеличении дисперсности их упругие свойства изменяются. Зависимость между напряжением и вызванным им сопротивлением становится нелинейной. Она может увеличиваться при уплотнении, затем на некоторое время стабилизироваться и падать при увеличении нагрузки. Поэтому для вычисления показателя используются более сложные формулы.

В расчетах модуля упругости грунтов применяется коэффициент Пуассона (v или μ) – соотношение относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению.

Относительное поперечное сжатие определяется как:

Относительное продольное удлинение определяется как:

Формула коэффициента Пуассона:

v=-(∆d/d)/(∆l/l)

С учетом коэффициента Пуассона модуль упругости рассчитывают по формуле:

Методы определения модуля упругости

Модуль упругости определяется несколькими методами:

• Одноосным сжатием
  Подробно о нем вы можете прочитать в нашей статье Прочность грунта на сжатие.
• Трехосным сжатием
  Этот метод применяется для вычисления общих деформаций грунта – упругих и остаточных.

Модуль упругости вычисляется по формуле:

Показатель можно рассчитаться с учетом коэффициента Пуассона:

Детальнее о методе трехосного сжатия вы можете прочитать в нашей статье Сопротивление грунта сдвигу.

• Жестким штампом в полевых условиях
  Этот метод чаще всего применяется в дорожном строительстве и прописан в ОДМ 218.5.007-2016.

Подробно о последнем методе мы расскажем дальше.

Определение модуля упругости жестким статическим штампом

Исследование проводится в полевых условиях при температуре воздуха не ниже 5°С.

В работе используются следующие инструменты:

• Жесткий круглый штамп толщиной 2,5 см и диаметром 30 см
• Домкрат
• Насос с вмонтированным манометром, который показывает данные с точностью не менее 0,6 МПа
• Выдвижная штанга, которая должна обеспечивать выдвижение опор на расстояние 145-155 см (на штанге выбиты соответствующие отметки, помогающие измерить удаление)
• Круглый индикатор по типу часов с точностью измерений до 0,01 мм
• Планка для измерений

Штамп прикрепляется к упору. Чаще всего для этого используются груженые автомобили, катки, жесткие противовесы. Масса упора должна обеспечить максимальную нагрузку от штампа на грунт.

После закрепления штампа его устанавливают на поверхность грунта. Площадка должна быть совершенно ровной. Если этого не удается добиться, поверхность подсыпают песком. В центр штампа ставят чистый домкрат (на нем не должно быть следов пыли, глины или песка). Затем к домкрату подключают насос.

С помощью уровня устанавливают штангу в горизонтальное положение. Ее опоры должны располагаться на расстоянии 1,25-1,5 м от опор автомобиля или катка, служащих в качестве упора. В центре штампа прикрепляют измерительную планку и индикатор, используют для крепления подшипники. Планка должна свободно перемещаться в отверстии, а индикатор – занимать строго вертикальное положение.

Стартовое давление в домкрате выставляют на уровне 0,02 МПа. Индикатор устанавливают на отметке 0 и начинают испытание.

Порядок проведения опыта следующий:

• В домкрате создают давление 0,6 МПа
• Нагрузку выдерживают, пока просадка штампа не будет 0,03 мм/мин
• Записывают показания индикатора
• Снижают давление до 0,02 МПа
• Следят за показаниями индикатора, пока деформация не исчезнет, записывают его данные

Опыт повторяют несколько раз, записывают данные и высчитывают усредненное значение упругой деформации.

Затем высчитывают модуль упругости по формуле:

Показатель определяют также на расстоянии 0,9 м и 2,4 м от места приложения нагрузки. В этих точках измеряют упругие деформации, фиксируют их средние значения.

После этого рассчитывают модуль упругости по формуле:

Сейчас выпускаются ударные штампы, которые позволяют быстро и удобно вычислять модуль упругости в полевых условиях. Они состоят из штанги, упора движущегося устройства, наносящего удары по грунту в свободном падении. Штампы оснащены электронными дисплеями, на которых сразу отображаются показатели модуля упругости.

Такие приборы применяются на частных строительных площадках, при прокладке небольших дорог, тротуаров. При возведении высотных зданий или строительстве крупных автомобильных трасс используют методики, прописанные в нормативных документах.

Виды модулей упругости

Для полного представления об упругих деформациях грунта определяют несколько видов модулей упругости:

• Модуль упругого сдвига или жесткости
  Показатель определяется при испытании грунта на устойчивость к сдвигу. Вычисляется он по соотношению между напряжением сдвига (τ) и размером упругой деформации. При сдвиге упругая деформация определяется как изменение прямого угла между плоскостью, по которой действует горизонтальное (касательное) напряжение.
• Модуль объемной упругости
  Он определяется в ситуации, когда на грунт действует нагрузка со всех сторон. Исследования проводят методом трехосного сжатия.
• Модуль длительной упругости
  Измеряется он при долговременных статических нагрузках. Отражает число связей в горной породе, которые могут восстанавливаться после нагрузки. Показатель определяют при строительстве зданий, при наличии пластических деформаций в грунте.
• Динамический модуль упругости
  Он измеряется при кратковременных нагрузках длительностью до 0,1 с. Этот вид показывает, как будет реагировать грунт на удары и быстрое движение автомобилей. Чаще всего он применяется в дорожном строительстве.
• Требуемый модуль упругости
  Это показатель, обеспечивающий максимальную надежность дорожного полотна на протяжении определенного промежутка времени. Он зависит от характеристик грунта и дорожной одежды, интенсивности траффика на трассе.
• Модуль упругости эквивалентный
  Это усредненный показатель для всех слоев дорожной одежды – грунтового основания, песчаной и щебневой подушки, бетона, асфальта.

Дальше мы расскажем, от чего зависит модуль упругости и склонность к упругим деформациям у разных групп грунтов.

Упругие характеристики грунтов

В этом разделе мы рассмотрим показатели для грунтов:

• Скальных
• Дисперсных
• Мерзлых

Упругие свойства скальных грунтов

У скальных грунтов упругие деформации возникают при силе нагрузки, равной 70-75% разрушающей. По этому качеству они значительно превосходят связные и несвязные дисперсные грунты. Модуль упругости в самой группе может значительно отличаться.

На него влияет целый ряд факторов:

• Способ образования породы
• Минеральный состав
• Структура и текстура
• Состав и количество порового заполнителя
• Температура

Дальше мы детальнее опишем влияние каждого из факторов.

Способ образования породы

Модуль упругости возрастает в породах, которые образовались при высоком давлении в недрах земли. Самый высокий показатель у грунтов магматического происхождения – базальтовых, гранитных, оливиновых, порфиритовых. Немного снижается он у магматических.

У осадочных грунтов модуль упругости самый низкий. Он во многом зависит от типа включений и минерального состава, о котором вы можете прочитать дальше.

Минеральный состав

Упругость грунта зависит от свойств каждого отдельного минерала, входящего в состав породы. На показатель влияет плотность упаковки атомов в кристаллической решетке, молекулярная масса отдельных элементов.

Было подмечено, что самой высокой упругостью обладают основные скальные грунты (базальтовые, оливиновые, порфиритовые, габбро). Показатель снижается, если в грунте содержится серпентинит, гипс, слюда. Включения корунда, жадеита и кварцита, наоборот, повышают упругость.

В таблице ниже даны модули упругости скальных грунтов разного состава.

Структура и текстура грунта

Самой высокой упругостью обладают монолитные грунты с минимальной пористостью. В процессе выветривания в массиве появляются трещины, увеличивается количество пор. Это ведет к снижению показателя.

Многие скальные грунты имеют слоистую структуру. Если напряжение прикладывается параллельно слоев, упругость материала возрастает. При перпендикулярном к слоям приложении силы она падает.

Состав и количество порового заполнителя

Грунтовые поры могут быть заполнены воздухом, жидкостью или минеральной субстанцией. Воздух не обладает упругостью, поэтому грунт становится более чувствительным к деформациям и разрушению, его упругость снижается.

При заполнении пор скального грунта водой повышается его динамический модуль упругости. Грунт становится более устойчивым к периодическим кратковременным нагрузкам (например, ударам или проезду автомобилей). Статический модуль упругости водонасыщенного грунта снижается.

Если заполнителем служит песок или глина, упругость скального грунта возрастает как при статических, так и при динамических нагрузках. Она будет зависеть от плотности заполнителя – чем она выше, тем эффективнее восстанавливается объем грунта после снятия нагрузки.

Температура

У всех скальных грунтов при повышении температуры увеличивается склонность к пластическим деформациям и падает упругость. Это связано с возрастанием подвижности атомов и молекул. Прочность связей между отдельными элементами уменьшается, и грунт становится более чувствительным к разрушениям.

Упругие свойства дисперсных грунтов

У дисперсных грунтов модуль упругости намного ниже, чем у скальных. Даже при незначительных нагрузках в них преобладают необратимые пластические деформации.

У несвязных разновидностей зависимость между модулем упругости и напряжением нелинейная. При нагрузке происходит уплотнение грунта, что ведет к возрастанию показателя. В момент максимальной плотности упругие деформации начинают преобладать над пластическими. Но при возрастании давления ситуация меняется, модуль упругости начинает снижаться, пока не происходит разрушение грунта.

У связных грунтов упругость во многом зависит от консистенции. Показатель высокий у сухих грунтов. Он значительно возрастает при незначительном увлажнении, когда вода еще не разрывает контакты между частицами и выступает дополнительным упругим связующим веществом. При переходе в пластично-текучую и текучую консистенцию упругость резко снижается, начинают преобладать необратимые деформации.

Твердые связные грунты при нагрузках, не разрывающих контакты между их отдельными частицами, ведут себя как скальные. Если структурные связи разрушаются, упругость снижается. При дальнейшем уплотнении она будет повышаться до определенного предела, как у несвязных дисперсных грунтов.

В таблице поданы модули упругости некоторых дисперсных грунтов.

Упругие свойства мерзлых грунтов

На модуль упругости мерзлых грунтов влияет три фактора:

• Порода, образующая грунт
• Температура
• Количество льда

У скальных мерзлых грунтов упругость зависит главным образом от породы. Она лишь незначительно повышается при снижении температуры. Это более заметно в материалах с высокой пористостью и трещиноватостью.

Включения льда мало влияют на характеристики крупнообломочных грунтов. Зато в песчаных материалах со снижением температуры упругость существенно возрастает.

В глинах, суглинках и супесях остается много незамерзшей пленочной воды даже при низких температурах. Поэтому их упругость при замерзании возрастает не так существенно, как у песков.

Практическое значение модуля упругости

Модуль упругости определяют в таких сферах:

• При возведении домов
• В дорожном строительстве
• При обустройстве территории (обустройстве тротуаров, пешеходных дорожек, проездов между домами)

При возведении домов показатель учитывают при расчетах усадки фундамента, которая немного замедляется в упругих грунтах. Также стоит обратить внимание на модуль упругости при трамбовке грунта. Если не приложить достаточной силы, его объем будет восстанавливаться.

Еще важнее учитывать модуль упругости в дорожном строительстве. Если у основания он достаточно высокий, после проезда автомобилей прогибы дорожного полотна быстро восстанавливаются. При низкой упругости грунта деформации углубляются, со временем становятся заметны следы от шин, колеи. В результате срок службы покрытия сокращается.

Низкую упругость грунта можно компенсировать за счет дорожной одежды. Но качество такой дороги будет ниже. Поэтому большое внимание уделяют основаниям – укрепляют грунт или проводят его замену.

При благоустройстве территории также следует обратить внимание на модуль упругости грунта. Нагрузки на пешеходные дорожки меньше, чем на автомобильные трассы. Но при малой упругости грунта они тоже могут разрушаться, что повлечет дополнительные средства на ремонт.

Стоит уделять внимание проездам между домами, по которым передвигаются автомобили на небольшой скорости, и стоянкам. В этих местах важен высокий показатель как статического, так и динамического модуля упругости. Ведь на малых скоростях нагрузка на дорожное покрытие не уменьшается, а на стоянках еще и увеличивается.

Определение модуля упругости – обязательная часть исследования в дорожном строительстве. В ведущих странах мира именно по этому показателю определяют качество и надежность дорожного покрытия. Но при возведении домов также изучают упругие свойства грунта. Это позволяет правильно рассчитать тип фундамента, нагрузку на основание, продумать метод его укрепления. Для точного измерения модуля нужны специальные приборы. Исследования проводятся специалистами в полевых и лабораторных условиях.

Рок | Определение, характеристики, формирование, цикл, классификация, типы и факты

размер камня

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Габриэль-Огюст Добре Артур Л. Дэй Ганс Клоос

Похожие темы:

осадочная порода метаморфическая порода вулканическая порода расслоение криосейсм

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Какие бывают типы геологических пород?

Горные породы часто классифицируют двумя способами; первый основан на процессах их образования, в которых горные породы классифицируются как осадочные, магматические и метаморфические. Горные породы также обычно классифицируют по размеру зерен или кристаллов.

Что такое магматические породы?

Магматические породы образуются из застывшей магмы или лавы. Считается, что магма образуется в слое частично расплавленной породы под земной корой на глубине менее 60 километров (40 миль). Лава – это жидкая магма на поверхности Земли и застывшая горная порода, образованная остывшей лавой.

Что такое осадочные породы?

Осадочные породы образуются из отложившегося и литифицированного минерального материала. Окаменелости обычно находят в осадочных породах.

Что такое метаморфические породы?

Метаморфические породы образуются, когда физические и химические изменения происходят в магматических, осадочных или других метаморфических породах.

Что такое рок-цикл?

Цикл горных пород — это процесс, который объясняет основные взаимосвязи между изверженными, метаморфическими и осадочными породами. Процесс зависит от температуры, давления, времени и изменения условий окружающей среды в земной коре и на ее поверхности.

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

горная порода , в геологии встречающаяся в природе и связная совокупность одного или нескольких минералов. Такие агрегаты составляют основную единицу, из которой состоит твердая Земля, и обычно образуют узнаваемые и картографируемые объемы. Горные породы обычно делятся на три основных класса в зависимости от процессов, которые привели к их образованию. К этим классам относятся (1) магматические породы, затвердевшие из расплавленного материала, называемого магмой; (2) осадочные породы, состоящие из обломков ранее существовавших пород или материалов, выпавших из растворов; и (3) метаморфические породы, которые образовались из магматических или осадочных пород в условиях, вызвавших изменения минералогического состава, текстуры и внутренней структуры. Эти три класса, в свою очередь, подразделяются на многочисленные группы и типы на основе различных факторов, важнейшими из которых являются химические, минералогические и текстурные признаки.

Общие сведения

Типы горных пород

Узнайте, как магматические, осадочные и метаморфические породы превращаются друг в друга в цикле горных пород

Просмотреть все видео к этой статье минералы и обычно летучие вещества, такие как газы и пар. Поскольку составляющие их минералы кристаллизуются из расплавленного материала, магматические породы образуются при высоких температурах. Они возникают в результате процессов глубоко внутри Земли — обычно на глубине от 50 до 200 километров (от 30 до 120 миль) — в средней и нижней коре или в верхней мантии. Магматические породы подразделяются на две категории: интрузивные (внедренные в земную кору) и экструзивные (выдавленные на поверхность суши или дно океана), и в этом случае остывающий расплавленный материал называется лавой.

Осадочные породы – это породы, которые отлагаются и литифицируются (уплотняются и сцементируются вместе) на поверхности Земли с помощью проточной воды, ветра, льда или живых организмов. Большинство из них откладывается с поверхности земли на дно озер, рек и океанов. Осадочные породы в основном слоистые — т. е. они имеют слоистость. Слои можно отличить по цвету, размеру частиц, типу цемента или внутреннему расположению.

Метаморфические породы образуются в результате изменения ранее существовавших пород под воздействием высоких температур, давления и химически активных растворов. Изменения могут носить химический (композиционный) и физический (текстурный) характер. Метаморфические породы часто образуются в результате процессов глубоко внутри Земли, в результате которых образуются новые минералы, текстуры и кристаллические структуры. Происходящая перекристаллизация происходит в основном в твердом состоянии, а не в результате полного переплавления, и ей может способствовать пластическая деформация и присутствие внутрипоровых жидкостей, таких как вода. Метаморфизм часто приводит к очевидной слоистости или полосчатости из-за разделения минералов на отдельные полосы. Метаморфические процессы могут происходить и на земной поверхности вследствие ударов метеоритов и пирометаморфизма, происходящего вблизи горящих угольных пластов, воспламеняющихся от ударов молнии.

Геологические материалы — минеральные кристаллы и типы вмещающих их пород — циклически переходят в различные формы. Процесс зависит от температуры, давления, времени и изменения условий окружающей среды в земной коре и на ее поверхности. Цикл горных пород, показанный на рисунке 1, отражает основные отношения между изверженными, метаморфическими и осадочными породами. Эрозия включает выветривание (физический и химический распад минералов) и транспортировку к месту отложения. Диагенез, как объяснялось ранее, представляет собой процесс образования осадочной породы путем уплотнения и естественной цементации зерен, или кристаллизации из воды или растворов, или перекристаллизации. Превращение осадка в горную породу называется литификацией.

Текстура горной породы – это размер, форма и расположение зерен (для осадочных пород) или кристаллов (для изверженных и метаморфических пород). Также важны степень однородности породы (, т. е. однородность состава по всей поверхности) и степень изотропности. Последнее представляет собой степень, в которой объемная структура и состав одинаковы во всех направлениях породы.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Анализ текстуры может дать информацию об исходном материале породы, условиях и среде отложения (для осадочных пород) или кристаллизации и перекристаллизации (для изверженных и метаморфических пород соответственно), а также о последующей геологической истории и изменениях.

Классификация по размеру зерен или кристаллов

Общие текстурные термины, используемые для типов горных пород в зависимости от размера зерен или кристаллов, приведены в таблице. Категории размера частиц получены из шкалы Уддена-Вентворта, разработанной для отложений. Для магматических и метаморфических пород термины обычно используются в качестве модификаторов — например, среднезернистый гранит. Афанитовый - это описательный термин для мелких кристаллов, а фанеритовый - для более крупных. Очень крупные кристаллы (размером более 3 сантиметров или 1,2 дюйма) называются пегматитовыми.

Для осадочных пород существуют широкие категории размеров отложений: крупные (более 2 миллиметров или 0,08 дюйма), средние (от 2 до ¹ / ₁₆ миллиметров) и мелкие (менее ¹ / ₁₆ миллиметра). К последним относятся ил и глина, которые имеют размер, неразличимый человеческим глазом, и также называются пылью. Большинство сланцев (литифицированная версия глины) содержат некоторое количество ила. Пирокластические породы образовались из обломочного (от греческого слова «сломанный») материала, выброшенного из вулканов. Блоки — это осколки, выбитые из твердой породы, а бомбы расплавляются при выбросе.

Термин «горная порода» относится к основному объему материала, включая зерна или кристаллы, а также содержащееся в нем пустотное пространство. Объемная часть объемной породы, не занятая зернами, кристаллами или природным вяжущим материалом, называется пористостью. Другими словами, пористость представляет собой отношение объема пустот к общему объему (зерна плюс пустое пространство). Это пустое пространство состоит из пор между зернами или кристаллами в дополнение к пространству трещин. В осадочных породах объем порового пространства зависит от степени уплотнения осадка (уплотнение обычно увеличивается с глубиной залегания), от упаковки и формы зерен, степени цементации и степени сортировки. . Типичными цементами являются кремнистые, известковые, карбонатные или железосодержащие минералы.

Сортировка — это склонность осадочных пород иметь зерна одинакового размера — , т. е. , иметь узкий диапазон размеров (см. рис. 2). Плохо отсортированный осадок демонстрирует широкий диапазон размеров зерен и, следовательно, имеет пониженную пористость. Хорошо отсортированный указывает на довольно равномерное распределение размеров зерен. В зависимости от типа плотной упаковки зерен пористость может быть значительной. Следует отметить, что в инженерном использовании — , например, геотехническое или гражданское строительство — терминология сформулирована противоположно и называется градацией. Хорошо отсортированный осадок — это (геологически) плохо отсортированный, а плохо отсортированный осадок — это хорошо отсортированный.

Общая пористость охватывает все пустотное пространство, включая те поры, которые связаны между собой с поверхностью образца, а также те, которые закрыты природным цементом или другими препятствиями. Таким образом, общая пористость (ϕ _T ) равна, где Vol _G — объем зерен (и цемента, если он есть), а Vol _B — общий насыпной объем. В качестве альтернативы можно рассчитать ϕ _T из измеренных плотностей основной породы и (моно)минеральной составляющей. Таким образом, где ρ _B - плотность массивной породы и ρ _G - плотность зерен ( т.е. минерал, если состав мономинералогический и однородный). Например, если песчаник имеет ρ _B 2,38 грамма на кубический сантиметр (г/см ³ ) и состоит из зерен кварца (SiO ₂ ) с ρ _G г 2,66 /см ³ , общая пористость

Кажущаяся (эффективная, или нетто) пористость – это доля пустотного пространства, исключающая закупоренные поры. Таким образом, он измеряет объем пор, который эффективно взаимосвязан и доступен для поверхности образца, что важно при рассмотрении хранения и движения подземных флюидов, таких как нефть, грунтовые воды или загрязненные флюиды.

КАКОВЫ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД?

Сурьяканта | 13 февраля 2015 г. | Геотехнический, Рок | 8 комментариев

Модуль упругости породы

Модуль упругости породы зависит от нескольких факторов, таких как

• Тип породы
• Пористость
• Зернистость
• Содержание воды

Величина модуля упругости может быть определена статическим или динамическим методами. Более высокое значение модуля упругости свидетельствует о хорошем качестве породы, имеющем хороший состав. Типичные значения модулей упругости некоторых распространенных приведены в таблице ниже.

Модуль упругости некоторых обычных горных пород

Типы горных пород	Название скал	Модуль упругости Юнга (Е), кг/см 2 *10 5
Изверженные породы	Базальт	2,0 – 10,0
	Диабаз	3,0 – 9,0
	Габбро	6,0 – 11,0
	Гранит	2,6 – 7,0
	Симите	6,0 – 8,0
Осадочные породы	Доломит	2,0 – 4,4
	Известняк	1,0 – 8,0
	Песчаник	0,5 – 8,6
	Сланец	0,8 – 3,0
Метаморфические породы	Гнейс	2,0 – 6,0
	Мрамор	6,0 – 9,0
	Кварцит	2,6 – 10,2
	Сланец	4,1 – 7,2

Коэффициент Пуассона породы

Коэффициент Пуассона измеряет отношение поперечной деформации к осевой деформации в линейно-упругой области.

---

Learn more

• 
  Противоскользящие полоски на ступени
• 
  Цвета кабеля по фазам
• 
  Печь мангал для беседки
• 
  Бегония бауэра тайгер
• 
  Пересадка красной смородины осенью на новое место
• 
  Биде для чего предназначено
• 
  Кабель наружный
• 
  Стиральная машина стучит при отжиме
• 
  При какой температуре заливается бетон
• 
  Подвесной кабель канал
• 
  Как включить котел





ФИО* E-mail* Запрос*

Прикрепить файл