CC BY
44
дробления повысилась на 30-35 % и соответствует марке И-1 по ГОСТ 8267-93.
По данным интернет-источников, для ударно-центробежных дробилок производительностью 220 т/ч необходим двигатель мощностью 200-250 кВт, а для конусных дробилок аналогичного дробления при производительности 150 т/ч - электродвигатель мощностью порядка 315 кВт.
В Ы В О Д Ы
1. На основе теоретического анализа и экспериментальных исследований установлена аналитическая зависимость (8) для определения необходимой скорости удара кусков дробимого материала об отбойное кольцо центробежно-ударной дробилки.
2. Предложено для уменьшения энергозатрат при дроблении каменного материала реализовать прямой удар кусков об отбойную поверхность, для чего внесены изменения в конструкцию дробилки.
3. Предложена аналитическая зависимость (9) для определения оптимальной силы удара кусков каменного материала об отбойную поверхность центробежно-ударной дробилки.
4. Экспериментально установлено, что цен-тробежно-ударные дробилки по сравнению с конусными позволяют получить более качествен-
ный щебень ввиду малой лещадности (до 10 %) и большего содержания требуемых кусков размером 5-15 мм, а по сравнению со щековыми дробилками достигается увеличение прочности зерен щебня с марки 600 до 1000.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Барон, Л. И. Разрушение горных пород свободным ударом / Л. И. Барон, И. Е. Хмельковский. - М.: Наука, 1971. - 203 с.
2. Создание опытного образца роторно-ударной ДИМ для рудных и нерудных материалов производительностью до 10 т/ч: отчет о НИР / НИПКИ «Параметр» при ДГМИ; рук. темы П. П. Королев. - Алчевск, 1993. - 17 с. -ГР № 0193 У024515.
3. Осколенко, Г. Н. Исследование дробления и измельчения силикатных и других материалов в центробежной роторной мельнице-дробилке: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.05.06 / Г. Н. Осколенко. - Днепропетровск, 1965. - 27 с.
4. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики / А. А. Яблонский, В. М. Никифорова. - М.: Лань, 2002. -768 с.
5. Багян, Э. Р. Исследование и разработка способа механического дробления хрупких материалов свободным ударом с использованием центробежного ускорителя: ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук / Э. Р. Багян; Ин-т геотехн. механики АН УССР. - Днепропетровск, 1986.
6. Ложечников, Е. Б. Обоснование и реализация многооперационного измельчения в проходной мельнице центробежного типа / Е. Б. Ложечников, А. К. Гавриле-ня // Вестник БНТУ. - 2007. - № 2. - С. 43-48.
Поступила 03.10.2012
УДК 624.154
ГРУНТОВЫЕ УСЛОВИЯ НИГЕРИИ
Канд. техн. наук, доц. БОЙКО И. Л., аспиранты АЛХАССАНМ., АДЕДЖУМО Т. В.
Белорусский национальный технический университет
Общие сведения о геологии Нигерии. Нигерия - западноафриканская страна, расположенная в тропической зоне в непосредственной близости к экватору от 4° до 14° северной широты и от 2° до 15° восточной долготы. На севере она граничит с Республикой Нигер, на во-
стоке - Республикой Камерун, а на западе -Республикой Бенин. На северо-востоке страны расположено озеро Чад, на юге страна омывается водами Гвинейского залива Атлантического океана, а север страны расположен на южной окраине пустыни Сахары. Площадь Ниге-
^И Наука итехника, № 1, 2013
рии составляет 923768 км2, население, по сведениям ООН, - около 160 млн чел. [1].
Климат - жаркий, тропический, влажный на юге и полузасушливый на севере страны. В климате страны выделяются влажные и сухие (междождевые) периоды года. Сезонные дожди формируются под влиянием юго-западных муссонных ветров с моря и теплого сухого пыльного северо-восточного пассата гарматтан со стороны пустыни Сахары. Геоморфология грунтов Нигерии и их четвертичная история формировались под влиянием интенсивности и периодичности дождей. Грунты Нигерии сложены осадочными и кристаллическими породами, распределенными по территории страны в почти равных пропорциях [2-6] (рис. 1).
Рельеф в зоне распространения кристаллических пород представлен обширными пятнами равнин, над которыми возвышаются крутые склоны холмов. Высота холмов колеблется от нескольких метров и достигает в некоторых местах более 600 м.
Сформированы холмы стойкими к выветриванию горными породами. Образование их связано с процессами выветривания и эрозией окружающих пород в условиях влажного тропического климата. Накопление продуктов эрозии горных пород происходило в междуречьях крупных рек. Породами, слагающими холмы, являются старые и молодые граниты и кварциты [2].
Характерным рельефом участков, занимаемых осадочными породами, являются обширные плоские и очень пологие наклонные равнины, которые разделены остатками плоских, покрытых латеритовыми грунтами, холмов. Высота этих холмов достигает 300 м [2].
Грунтовые условия. Климатические условия тропического региона определяют форми-
рование осадочных грунтов, образование которых происходит в основном путем процесса химического выветривания магматических, осадочных и метаморфических горных пород [7]. Имеют место и процессы физического выветривания [8]. Выветренные неперемещенные материалы образуют элювиальные отложения. Наиболее важными конечными продуктами выветривания являются глины и кварцевые пески. В этом регионе в конечных продуктах выветривания часто присутствует оксид железа. Он придает красноватую, коричневатую и желтоватую окраску грунтам, обычно называемым латеритами [2]. Наиболее распространены в Нигерии глинистые грунты. Часто встречающиеся элювиальные грунты - суглинки и глины, содержащие оксиды железа и феррасо-лы, имеющие схожие физико-механические характеристики.
Тропический климат страны способствовал процессам глубокого выветривания горных пород и образованию пологих склонов, мощность продуктов выветривания на которых составляет 30 м от поверхности, а в трещиноватых породах - и более. В засушливой северной части Нигерии мощность слоев грунта, сложенных продуктами выветривания, достигает не более 15 м. Состав и характеристики элювиальных грунтов во многом зависят от состава горных пород, из которых они сформированы [2].
Влияние на свойства элювиальных грунтов как оснований фундаментов оказывает не только состав их материнских (коренных) пород, но и текстура, состоящая из различных слоев, залегающих почти параллельно поверхности земли. Эти горизонты генетически связаны и отражают процессы выветривания. Текстура элювиальных грунтов является важным аспектом, оказывающим значительное влияние на строительные свойства грунтов основания. Геологические разрезы отражают степень выветривания грунтов по глубине, начиная от коренных пород к умеренно и чрезвычайно выветренным породам и заканчивая полностью выветренными породами, растительными грунтами и гумусом верхнего слоя почвы. Геологические разрезы могут значительно различаться по типам и составам материнских пород, скорости эрозии, зависящей от региональных климатических условий [9]. Постепенный переход на инженерно-геологическом разрезе от коренной породы до полностью выветренного грунта демонстрирует рис. 2.
■■ Наука
итехника, № 1, 2013
VI - грунт
V - полностью '¿-¿у, я выветрена порода . '"С
IV - чрезвычайно выветрена порода
III - умеренно выветрена порода (50-90 %)
II - немного выветрена порода
I - коренная скальная порода
Гумус и верхни й слой почвы
Рис. 2. Типичный геологический разрез для тропического климата Нигерии
Элювиальные грунты имеют лучшие строительные свойства в сравнении с делювиальными, поэтому использование их в качестве оснований фундаментов более предпочтительно [8]. Делювиальные грунты (слаборазвитые и гид-роморфные) наиболее широко распространены в Нигерии вдоль берегов рек и в прибрежных районах.
В северо-восточной части страны в прибрежной зоне озера Чад встречаются относящиеся к тропическим элювиальным грунтам вертисоли, которые отличаются способностью значительно набухать или уменьшаться в объеме при изменении влажности. Основные типы грунтов Нигерии и их распространение на территории страны представлены на рис. 3 [9].
■ -■ - ■ _Слаборазвитые
I I Железистые , , и гидроморфные I-1 грунты ™ грунты
ЦШ ферралигиче- | Вертисоли
У///////Л Ские грунты 1 ::::: 1
Рис. 3. Типы грунтов Нигерии и их распространение на территории страны
На территории Нигерии можно выделить четыре группы грунтов:
• слабые (слаборазвитые и гидроморфные);
• вертисоли (значительно изменяющие объем при изменении влажности);
• ферралитические (суглинки и глины с достаточной несущей способностью);
железистые тропические (с высокой несущей способностью).
Наука
итехника, № 1, 2013_
Слабые грунты распространены вдоль рек и в прибрежной зоне океана. Представлены кварцевыми песками в смеси с глинами, состоящими из каолинита и гидрослюды. Физические и механические свойства слабых грунтов имеют значительные отличия, поскольку охватывают различные генетические группы [9, 10]. Недавние отложения в основном являются слабыми грунтами и могут залегать на значительную глубину. Такие грунты имеют высокую пластичность и невысокую прочность, что ограничивает их использование в качестве основания плитных фундаментов. Исследование органических глин в районе Лагоса показало, что их физико-механические характеристики лежат в следующих пределах: природная влажность Ж = 15-120 %; влажность на границе текучести Ж = 20-150 %; влажность на границе раскатывания Жр = 10-50 %; удельный вес частиц у8 = 25-26 кН/м3; удельное сцепление С = 3-31 кПа; угол внутреннего трения ф = = 0о-7о; удельный вес при природной влажности уь = 16-19 кН/м3; коэффициент пористости е = 0,65-1,20; степень влажности 8Г = 0,55-1,00; модуль деформации Е = 6-16 МПа.
Вертисоли представлены черными тяжелыми глинистыми грунтами, сформировавшимися в относительно сухом саванновом климате и состоящими из пород, богатых кальцием. Механические свойства вертисолей определяет преобладание в их составе глинистых частиц из монтмориллонита. Их отличают низкая водопроницаемость, высокая пластичность, набухание и усадка. При исследовании вертисолей северо-восточной Нигерии были определены следующие пределы физико-механических характеристик: природная влажность Ж = 8-40 %; влажность на границе текучести Жь = 78-93 %; влажность на границе раскатывания Жр = = 21-31 %; показатель текучести 1Ь = 47-72 %; удельное сцепление С = 120-220 кПа; угол внутреннего трения ф = 4°-12о; линейные де-
формации набухания - 11-21%; удельный вес частиц = 25,0-25,6 кН/м3; набухание без приложения нагрузки - 50-90 %; давление набухания - 120-130 кПа; удельный вес при природной влажности уь = 19-21 кН/м3; коэффициент пористости е = 0,35-1,30; степень влажности 8Г = 0,5-1,0; модуль деформации Е = 7-18 МПа.
Использование вертисолей в качестве основания фундаментов приводит к недопустимым деформациям, появлению трещин в надземных конструкциях и развитию аварий зданий и сооружений даже при применении конструктивных мер, компенсирующих неравномерность осадок. В силу этого вертисоли в основании фундаментов заменяются другими грунтами с хорошими строительными свойствами, либо прорезаются сваями.
Железистые и ферралитические грунты широко распространены в Нигерии и относятся к надежным основаниям. Это, как правило, плотные элювиальные глинистые грунты, в которых с увеличением глубины происходит постепенный переход от полностью выветренного грунта к коренной породе. В разрезе часто встречаются выщелоченные или осажденные в нем в виде пятен конкреций или латеритового гравия свободные оксиды железа. Этот процесс называется латеритизацией и является обычным в тропиках. Грунт в основном состоит из каолинита, остаточного кварца и свободных оксидов железа, преобразовавшихся в неактивные формы [9]. Такие грунты обычно называют красными тропическими и считают хорошим основанием. Они являются грунтами средней пластичности и не подвержены набуханию и усадке благодаря составу слагающих их минералов. При исследовании железистых и ферра-литических грунтов Нигерии были определены следующие пределы физико-механических характеристик: природная влажность Ж = 6,55-38 %; влажность на границе текучести Ж = 36-50 %; влажность на границе раскатывания Жр = = 18-44 %; показатель текучести 1Ь = 6-26 %; удельный вес частиц у8 = 25,3-27,0 кН/м3; удельное сцепление С = 24-140 кПа; угол внутреннего трения ф = 18°-26°; удельный вес при природной влажности уь = 17-21 кН/м3; коэффициент пористости е = 0,5-0,8; степень влажности 8Г = 0,3-1,0; модуль деформации Е = 8-29 МПа.
Предельное давление для такого грунта составляет 240-310 кПа [10], а при большом содержании латеритового гравия - до 500 кПа.
В Ы В О Д Ы
1. Инженерно-геологические условия Нигерии представлены различными грунтами, строительные свойства которых меняются в значительных пределах. На территории страны можно выделить четыре основные группы грунтов: слабые (слаборазвитые и гидроморфные); вер-тисоли (значительно изменяющие объем при изменении влажности); ферралитические (суглинки и глины с достаточной несущей способностью); железистые тропические с высокой несущей способностью.
2. На строительные свойства грунтов решающее влияние оказали состав горных пород, из которых они сформировались, климат и рельеф местности, структура и текстура грунта. В связи со значительным разнообразием строительных свойств грунтов при проектировании и строительстве зданий и сооружений на территории страны следует выбирать тип и конструкции фундаментов, обеспечивающих надежную эксплуатацию зданий и наименьшие затраты на их устройство.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. http://web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/CO-UNTRIES/AFRICAEXT/ NIGERIAEXTN-18/05/2011.
2. Durotoye, B. Geomorphology and Quaternary deposits of Nigeria / B. Durotoye // Tropical soils of Nigeria I Engineering Practice / edited by S. A. Ola - A. A. - Balkema-Rotterdam, 1983. - Р. 1-17.
3. Rahaman, M. A. Sedimentary and crystalline rocks of Nigeria / M. A. Rahaman, S. Malomo // Tropical soils of Nigeria I Engineering Practice / edited by S. A. Ola - A. A. Bal-kema- Rotterdam, 1983. - Р. 18-38.
4. Shitta, K. A. Lithostratigraphy of Nigeria-Review / K. A. Shitta: Proceedings of 32nd seminar on Engineering Geothermal Reservoir. - Stenford University - Stenford, California, 2007. - Р. 1 -9.
5. McCurry, P. A. General Review of the Geology of the Precambrian to Lower Palaeozoic Rocks of Northern Nigeria / P. А. McCurry // Geology of Nigeria-2nd edition / edited by C. A. Kogbe. Abiprint & Pак Ltd. Ibadan, Nigeria, 1989. -Р. 13-38.
6. Rahaman, M. A. Review of the Basement Geology of South-western Nigeria / M. A. Rahaman// Geology of Nige-ria-2nd edition / edited by C. A. Kogbe. Abiprint & Pак Ltd. -Ibadan, Nigeria, 1989. - Р. 39-56.
7. Xuat, W. W. K. Foundation Engineering in Tropical soils / W. W. K. Xuat // Foundation Engineering: Design and Construction in Tropical soils / W. W. K. Xuat, F. Haj. Ali-Toylor & Francis Group. - LLC- London, 2006. - Р. 1-11.
8. Bowles, J. E. Analysis and Design of Foundations / J. E. Bowles - 5th edt. - McGraw-Hill Company. - New York, 1997. - 1207 c.
9. Malomo, S. Weathering and weathering products of Nigerian rocks-Engineering implications / S. Malomo // Tropical soils of Nigeria I Engineering Practice / edited by S. A. Ola - A. A. Balkema- Rotterdam, 1983. - Р. 39-60.
10. Carter, M. Correlation of soil properties / M. Carter, S. Bentley: Pentech press publishers. - London, 1991. - 130 c.
Поступила 28.03.2012
итехника, № 1, 2013
