CC BY
19
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОР.ДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГ О КРАСНОГО ЗНДМЕНИ
_ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА_
Том 201 1972
I
МЕТОД И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУСКАЛЬНЫХ 1 ПОРОД МИКРОПЕНЕТРОМЕТРОМ
В. Н. ПУЛЯЕВ, В. В. КРАВЧЕНКО, Ю. С КАЗАЗАЕВ (Представлена научным семинаром кафедры гидрогеологии и инженерной геолопш)
Введение
Поиски новых скоростных и информационных методов исследования свойств пород составляют исключительно важную задачу инженерной геологии. В последнее время в практике инженерно-геологических изысканий широко применяются зондирование, пенетрация, микропенетра-ция [Ь 2, 5].
В нашем случае объектом исследований служили полускальные породы мезозоя Березовского буроугольного месторождения Канско-Ачин-ского бассейна, залегающие на глубинах до 200—250 м. £1о данным кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Томского политехнического института породы имеют различный состав и свойства [3, 4]. Так, в разрезах чаще выделяются песчаники и алевролиты с глинистым цементом, аргиллиты и пласты бурого угля, достигающие 90 м мощности. Временное сопротивление раздавливанию слабых пород колеблется от 2,0 до 50,0 т/м2 и сцепление 2,0—3,0 т/м2, среднепрочных, имеющих кар-бонатно-глинистый цемент, 50—250 т/м2 и сцепление 5—10 т/м2; прочных с глинисто-карбонатным цементом 250—150б т/м2 и особопрочиых с карбонатным и кремнистым «цементом более 1500 т/м2. Последние составляют в разрезах не более одного процента.
Методика микропенетрации пород
Испытания проводили микропенётромет-ром, сконструированным на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии Томского политехнического института автором настоящей статьи, преимущественно для исследования полускальных пород. Прибор прост по конструкции и состоит из нажимного винта, рамы-стойки, комплекта динамометров, конусов с углами заострения 30°, 45°, 17,5° и рабочего цилиндра нагружаемого исследуемой породой.
Опыты ставились на монолитах и образ-* цах, отобранных при бурении скважин. Пе-нетрация производилась по слоистости и нормально к слоистости пород. В полевых усло-
Рис. 1. Микропене гро-метр. 1—шток, 2—рама, 3—динамометр, 4—кону', 5—обойма, 6—исследуемая порода
виях микропенетраций была проведена через 0,2^0:5 м, а в лаборато-
пии через 1—2 м. * .
Ряд исследователей (П. А. Ребиндер, 1960, В. Ф. Разоренов, 1964, Л. Л. Кошляк, 1964, И. М. Горькова, 1966) считает, что испытания пород чаще всего следует проводить конусом с углом заострения 30°, вызывающим при его погружении наименьшее смятие и уплотнение структуры пброды в поле дейс!1-вия конуса. В случае испытания таким конусом в качестве характеристики прочности полускальных пород принималась величина удельного сопротивления при погружении конуса на глубину один сантиметр. Нагрузки на конус через нажимной шток и »динамометр прикладывались равномерно и непрерывно. Указанным методом в поле и лаборатории было выполнено, более 450 опытов, в том. числе с песчаниками 195, алевролитами 155, аргиллитами 50, углистыми алевро-
»И. КфСР ✓
г—
А
/
\ У
/ \
/
J У t •
У !Ж,КГ
литами и аргиллитами 20 и суглин^ ками 30.
Часть монолитов, испытанных микропенетрометром, осторожно вынималась из кольца и раздавливалась на прессе или испытывалась ^ в сдвиговом приборе с целью полу-
чения временного сопротивления раздавливанию и сдвигу и сопоставления результатов микропенетрации с указанными характеристиками.
9 10 «0 30 40 £0 60 70 «0 90
Рис. 2. График зависимости временного сопротивления раздавливанию от удельного сопротивления микропенетрации пород
Результаты микропенетрации по типам пород
Суглинки. Удельное сопротивление данных пород, полученное микропенетрометром, оказалось 0,2—5 кг/см2. При этом наблюдается его снижение с глубиной от 4—5 кг/см* до 0,2—0,5 кг/см2, что объясняется водонасыщением суглинков ниже 3—4 м.
Песчаники имеют удельное сопротивление микропенетрации 2—100 кг/см2 и более, причем чаще оно составляет 5—7 кг/см2, коэффициент анизотропии 1—4, чаще 2. ,
Алевролиты показали те же крайние значения удельного сопротивления микропенетрации, что и песчаники, но в разрезах ниже зоны выветривания оно оказалось 10—30 кг/см2 и лишь иногда 30—100' кг/см2 и более. Коэффициент анизотропии для алевролитов Достигает 6, чаще 2—3.
Аргиллиты под конусом микропенетрометра часто раскалываются по микротрещинам. В нетрещиноватых пробах удельное сопротивление микропенетрации оказалось 3—100 кг/см2. Коэффициент анизотропии для слоистых аргиллитов 3^8.
Углистые алевролиты и аргиллиты в свежем состоя-/ нии характеризуются достаточно высоким удельным сопротивлением микропенетрации, достигающим 20—100 кг/см2. Но прочность данных пород быстро снижается при выветривании и нахождении их на воздухе. Цолучено много примеров, когда керн породы в течение 2—3 суток полностью разрушался в мелкий щебень.
Установлено, что с глубиной закономерных изменений прочности
пород не наблюдается, как это отмечается для суглинков. Лишь в зоне выветривания встречаются породы , с низкими удельными сопротивлениями микропенетрации не более 10 кг/см2, с другой стороны, в разрезе имеются песчаники с глинистым цементом на глубинах до 150 м, имеющие удельное сопротивление 2—5 кг/см2.
Анализ результатов
В работе И. М. Горьковой приведен сводный график, подчеркиваю- ' щий зависимость данных микропенетрации и временного сопротивления раздавливанию ряда типов пород [1]. Выяснено, что для некоторых видов пород в области значений прочности ниже 30 кг/см2 наблюдается прямая пропорциональность между сопротивлением раздавливанию и пенетрацией. В нашем случае данная зависимость по полускальным породам, отмеченного выше месторождения, не имеющим видимой тре-шииоватости, получена для диапазона, прочности ох нуля до 90 кг/см2. Следует подчеркнуть, что для выяснения указанной зависимости монолитные образцы пород подвергались одноосному сжатию и микропенетрации при фиксированных влажностях. Нагрузки от штампа и конуса на породу в том и другом случае передавались нормально к наслоению.
Одновременно установлено, что в породах с коэффициентом анизотропии, близким к единице, связь между данными микропенетрации и сцеплением выражается кривой и является более четкой.
Выводы
В заключение отметим, что .применительно к полускальным породам метод микропенетрации необходимо широко применять на всех стадиях инженерно-геологических исследований, особенно при разработке инженерно-геологических классификаций пород. Метод экономичен и позволяет быстро определять косвенные классификационные показатели. Так, например, в случае пенетрации керна по скважине глубиной 100 м через 0,5—1 м потребовалось затратить всего лишь 5 часов. Лабораторный же метод определения временного сопротивления раздавливанию этих же, монолитов потребовал 60—65 часов и доставку монолитов в лабораторию. Кроме того, применение метода микропенетрации может значительно сократить количество отбираемых монолитов, не снижая существенно достоверности получаемой информации; при мощности слоя песчаников в 26 ж по результатам микропенетрации достаточно было отобрать 2 монолита, а при отсутствии ее потребовалось бы отобрать 5—6 монолитов.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. М. Горькова. Теоретические основы оценки осадочных пород в инженерно-геологических целях. «Наука», 1966.
2. Л. Л. Кош л як. Исследование процесса разрушения естественной структуры глины в пластичном состоянии. Автореферат канд. дисс. М,, 1961.
3. Ф. П. н и ф а и т о в, Ю. А. У с ы н и н, Е А. Писарев. Инженерно-геологическая характеристика первого участка Березовского буроугольного месторождения. Труды ТИСИ, Томск, 1967.
4 Ф. П. Н и ф а н т о в, В. Н. П у л я е в. Инженерно-геологические условия Урюпской площади Березовского буроугольного месторождения. Известия ТПИ, т. 185, 1970.
5. В .Ф, Разаренов. Определение тренья, и сцепления грунтов по результатам совмещенных испытаний методами Яенетрации и вращательного среза. Кн. «Скоростные методы инж.-геол. исследований для целей массового строительства», «Недра», 1964.
Я Том 201.
