5. sol stâncos
5.1. Rocks, formațiuni de rocă
5.1.1. roci
Subiectul mecanica rocilor este studiul cristalin în principal masiv (sau, așa cum sunt adesea numite, piatra) roci. Roca este format din minerale mai mult sau mai puțin constantă și caracteristică a compoziției rasei. Compoziția și natura legăturilor mecanice dintre particulele minerale determină proprietățile de rocă [36]. Conform compoziției mineralogice și a distinge rasa polimineral monomineral.
Următoarele tipuri de roci [37]:
1) fluid - este stânca în care particulele se mișcă împreună cu saturația lor fluid (nisipuri mișcătoare-nisipuri);
2) granular vrac - rocă, în care nu particulele legate între ele (nisip, pietriș);
3) conectate - roci în care particulele minerale sunt legături conectate apoase coloidale (luturi, argile);
4) rocă și semi - roci compuse din particule minerale, care sunt conectate între ele prin legături rigide.
De obicei, primele trei tipuri de roci sunt clasificate ca sol cu granulație fină, modelele de comportamentul lor sub sarcină a structurilor care studiază mecanica solului. Ultimul tip de rocă aparține
la clasa de soluri pietroase, care sunt angajate în studiul mecanicii solurilor pietroase. În general, termenul „primer“ este folosit în mod obișnuit în domeniul construcțiilor, în loc de termenul „stâncă“ adoptat în geologie. MN Goldstein înțelege prin termenul „sol“ și roci atunci când sunt privite din punctul de vedere al utilizării în construcții și în scopuri industriale [28].
solurile pietroase sunt împărțite în două grupe: stâncos - primeri având greu cristalină de tip de conexiune structurală; poluskalnyh - soluri cu legături de tip mortar.
Proprietățile mecanice ale solurilor pietroase variază foarte mult, ceea ce impune clasificarea acestora. Există o geologică
(Geneza) și geomecanică (proprietăți mecanice) de clasificare. Conform clasificării de origine (Geneza) toate solurile pietroase sunt împărțite în trei grupe:
1) roci vulcanice. care se formează în timpul solidificării magmei în interiorul scoarței sau după erupție la suprafață.
În primul caz, acestea sunt numite intruziv (adâncime), al doilea - exsudativă (izlivshimisya). Exemple formațiuni intruziv sunt gabros, granit, diorit, sienit; origine exuberant au bazalt, tuf, obsidian, piatră ponce;
2) sediment. formând în distrugerea, transportul și acumularea de moloz; exemplu este nisip, argilă, turbă, calcar, sare gemă;
3) roci metamorfice. format în crusta când este expus la rasa temperatură, presiune și cantități mari de lichide (gaze reactive și soluții); exemple sunt marmura, diferite tipuri de șisturi, gnais, quartzite.
Proprietățile mecanice caracterizează comportamentul solurilor pietroase sub sarcină. Aceste proprietăți includ:
• rezistență. care caracterizează rezistența de limitare la diferite tipuri de sarcini de sol;
• elastică. care caracterizează deformabilitatea elastică a solului la diferite influențe de putere;
• acustic. caracterizează propagarea vibrațiilor elastice în sol.
Cunoașterea proprietăților mecanice ale inginerilor soluri au nevoie pentru a determina reacția masivului de rocă la forță externă se transmite de la instalația. Proprietățile principale includ caracteristici de rezistență și deformare mecanică [37].
5.1.2. caracteristici de rezistență
Rezistența la tracțiune compresiune uniaxială CZH σ - stresul la care un eșantion de rocă este distrusă în domeniul de acțiune al stresului la compresiune uniaxială. Această caracteristică este definită prin formula [38]
compresia canalului σ = K e P S 10,
unde P - sarcină de compresiune distructive, kN; S - aria secțiunii transversale a epruvetă, vezi 2. K e - coeficientul usta-
GOST 21,153.2-84 direcția de impact este [38].
Rezistența la tracțiune σ pr p are o semnificație minimă în practica inginerească decât CZH σ. In majoritatea cazurilor, raportul CZH σ / σ pr p este în intervalul 8-20. Rezistența la întindere σ pr p se măsoară prin formula
5.1.3. caracteristicile de deformare
E d modulul. Determinat de uniaxială comprimat
Se calculează ca TII raportul stresului normal deformarea liniară relativă a probei în direcția sarcinii aplicate. d modulul E și coeficientul de deformare transversală
v într-un interval de tensiune predeterminată (σ n - σ k) este determinată de sarcina
ramuri în funcție de σ - ε conform GOST28985-91 „pietre. Metoda opredeleniyadeformatsionnyhharakteristikpriodnoosnomszhatii „[39].
E d modulul. MPa determinat conform formulei
E = σ d la - σ n. e 1k - ε 1N
Coeficientul de deformare transversală
v = ε 2k - ε 2N. e 1k - ε 1N
Modulul de elasticitate E și raportul Poisson la receptorii p determinate
în același interval de tensiune pe ramuri de refulare în funcție σ -. ε conform standardului GOST 28985-91 [39]
Modulul de elasticitate E este determinată de formula
nyedeformatsiiobraztsavkontseinachalediapazonaprirazgruzke. Proprietățile acustice joacă un rol important în cadrul studiului
sol pietros, deoarece este necesar pentru rezolvarea problemelor dinamice de interacțiune a structurilor cu masa de rocă cunoștințele lor, atakzhe în determinarea caracteristicilor sale elastice în domeniu. Dintre toate tipurile de vibrații elastice predstavlyayutprodolnye interes practic, poperechnyeipoverhnostnye (Rayleigh) unde [31].
5.1.4. Deformarea soluri pietroase în condiții de comprimare
După cum sa arătat mai sus, sol pietros sub rezistenta la compresiune este mult mai mare decât în tensiune. Acesta este motivul pentru care toate structurile care interacționează cu masivul stâncos, să depună eforturi pentru a proiecta astfel încât masivul de rocă deformată în domeniul solicitări de compresiune. Cu toate acestea, trebuie să se țină seama de faptul că procesul de deformare a solului foarte pietros are loc în diferite moduri. Ea se manifestă în primul rând, în faptul că modulul în condiții de comprimare mai mare decât în tensiune. deformarea la rupere a rocii este în mod substanțial liniară, iar eșecul are loc într-un interval de timp foarte scurt. Când comprimați roci masive chiar mai puternice observate deformare neliniare. Un modul de deformare determinată de curba de înclinare tensiune-deformare și depinde de tensiunea și proba de încărcare și descărcare rocă secvențială - din ciclul de testare [40].
În probleme practice ca modulul de deformare ca regulă, tangenta utilizată și modulii secante. Modulul tangentei se măsoară la o tensiune care corespunde cu jumătate din rezistența la compresiune uniaxială și modulul secant - este panta liniei trasate de origine printr-un punct de pe curba corespunzătoare nivelului de stres cerut.
Nivelul de stres afectează coeficientul de deformare laterală, care poate rock într-un mod convențional luată ca valoare constantă. Caracteristici deformație soluri pietroase, de asemenea, depind de natura și starea de stres asupra ratei de încărcare a probei.
proces Deformirovanieskalnyhgruntovpredstavlyaetsoboyslozhnyyfizichesky, prin urmare, o serie de ipoteze și starea tulpina materialului este idealizat în calculele inginerești. Cel mai simplu model este modelul unui corp elastic liniar. Cu toate acestea, poziția deformării liniar elastic conduce contradicții ksuschestvennym. Mai preferat este un model care reproduce funcționarea neliniară a solurilor pietroase, dar numărul parametrilor unui astfel de model este crescut în mod semnificativ, aceste părți aopredelenie parametrovtrebuettrudoemkiheksperimentalnyhissledovany [40].
Luând în considerare faptul că deformarea materialelor în timpul comprimării depinde de tipul unui stat ocupat în care eșantionul testat, în studiul deformațiilor în direcții diferite, tensorul stresul este separat în două părți: o tensor minge - tensiuni de compresiune normale, care sunt identice în toate direcțiile (starea de stres hidrostatică) și subliniază deviatoric. în care fiecare component al componentei tensorului scade starea de stres hidrostatice (fig. 5.1). Această separare este cauzată de faptul că tensorul minge este responsabil doar pentru variația volumului eșantionului, iar stresul deviatoric determină schimbarea formei și a fracturii [37] ei.
Fig. 5.1. compresie hidrostatica (a) și compresiune deviatoric (b)
5.1.5. Criterii de rezistență și aplicarea lor
la distrugerea solurilor pietroase
Particularitatea limitând deformarea solurilor pietroase este o scădere treptată a rezistenței pe măsură ce crește tulpina. Luați în considerare o diagramă completă de deformare rocă. Se poate observa că curba de deformare a dincolo este împărțit în două secțiuni. Ramura descendentă a diagramei începe într-un punct care se numește o putere de vârf și supus dispărând intermediarului și stresul cel principal este rezistența la compresiune uniaxială. Descending ramură se termină într-un punct în care roca intră într-o stare apropiată de cea a masei de rocă distruse (distrugerea ruine). Ulterior, când în continuare rezistența de deformare rămâne constantă, și se numește o valoare reziduală (fig. 5.3) [37].
La puterea de la sol ca deformare influențează viteza de aplicare a sarcinii. Odată cu creșterea puterii sale de vârf de toate creșterile de sol de rocă.
Fig. 5.3. Figura 1 σ = f (ε 1) pentru diferite valori ale laturii de presiune: și - gresie; b - Norite
Temperatura poate afecta, de asemenea rezistența solului: temperatura crește, există o tranziție de la friabilitate la plasticitate. Cu toate acestea, mult mai interesant din punctul de impact asupra rezistenței de vârf a solurilor pietroase reprezintă presiunea porilor. Acest efect este descris de „tensiune efectivă“ [40].
5.1.6. masa de rocă fisurate și proprietățile sale
Crack. un punct de vedere mecanic, este discontinuitatea masa de rocă, interfața pe care există un decalaj deformari de câmp. Fisuri în cele mai multe cazuri, este singurul factor, care determină deformarea și rezistență proprietăți ale masei de rocă, precum și permeabilitatea apei. Având în vedere acest lucru, este necesar să aibă o idee clară
proprietăți fizice, mecanice și hidro-geologice ale fisurilor,
precum și modul în care acestea afectează interacțiunea structurilor inginerești cu un masiv stâncos.
Determinarea poziției crăpătură în spațiu, iar dimensiunea sa este o problemă majoră în studiul de fisuri. Soluția acestei probleme este necesar să se stabilească care formează roca masivului blocuri de dimensiuni [37].
Se presupune că fisura este reprezentată în planul spațial. Apoi, poziția sa este determinată de doi parametri: unghiul de incidență (unghiul maxim de înclinare a planului) măsurat
de la orizontală, și direcția (azimutul) de incidență - unghiul măsurat în sens orar din direcția săgeții spre nord. Pentru a afișa planul de fractură locație este utilizată cel mai frecvent metoda de suprafață stereographic. Detalii această metodă este descrisă în manualul MG Zertsalova [37].
Proprietatile mecanice ale fisurilor. Proprietăți deformație fisuri importante din două puncte de vedere: deplasare într-o direcție normală la planul de fractură (tulpina normală) și mobile de-a lungul planului de fractură (deformarea de forfecare).
tulpina normală. Doi factori determină procesul normal al pereților fracturii de deformare: fisuri au practic nici o rezistență la tracțiune; compresie limitând limitele maxime posibile fisuri pereților de închidere, care nu se pot prevyshatrasstoyaniyamezhdunaiboleeudalennymitochkamieestenok [37].
deformare la forfecare. Ca rezultat, fisuri teste de forfecare, în care un perete este deplasat în raport cu celălalt, stabilit relația dintre tensiunile de forfecare și deformațiile de forfecare.
Atunci când este testat la forfecare caracteristică a rezistenței la rupere este tensiunea de forfecare într-un plan de limitare fisura, care este atinsă în timpul experimentului. În cazul în care caracteristicile de rupere casantă, cum doi: vârf de rezistență reziduală pr τ și τ ost. Atunci când eșecul de plastic de stres limită de forfecare se consideră că, la care fluxul de plastic începe sparge materialul de umplutură.
5.1.7. formațiuni Rock. concepte de bază
Rock masiv - un corp geologic, format din soluri pietroase, origini combinate și dezvoltarea ulterioară a unei îmbinări care cooperează cu construcția. În ciuda faptului că formațiunile de rocă sunt adesea compuse din roci masive și puternice, acestea ar putea fi disecat prin diverse fisuri, și, din punctul de vedere al unui inginer poate avea proprietăți mecanice slabe. Mai mult, comportamentul matrice poate afecta substanțial regimul hidrogeologic, starea naturală a stresului [37].
matrice Rock structură și stare caracterizată. structură solidă - o formă, apariția și poziția relativă a rocilor, formând anumite corpuri geologice (elementele de matrice ale structurii).
Principalii indicatori de stare matrice includ: fractură, gradul de dezagregare a rocilor carstice, saturație a apei, etc. condiții geotermale.
Volumul reprezentativ - este volumul masei de rocă, reducerea suplimentară a mărimii care va conduce la schimbări ale proprietăților sale mecanice.
Fracturare, anizotropia și eterogenitatea maselor de rocă.
Fracture matrice soluri pietroase este calitativ caracteristică condiției rasei, indicând prezența fisurilor în issleduemomobekte. Treschinyklassifitsiruyutsyaporazlichnympriznakam.
Prin origine distinge fisuri primare care apar în răcirea și cristalizarea topiturii în formațiunea de rocă; fisuri tectonice care apar sub influența mișcării relative a maselor în scoarța terestră; fisuri supragenice formate la contactul cu pietre atmosfera și hidrosfera [37]. De o importanță deosebită sunt fracturile tectonice. Printre acestea sunt defecte (inverse defecte, defecte, modificări). La intersecțiile fisuri tind să formeze zone în care activ și o adâncime mare a proceselor de alterare apar.
În conformitate cu gradul de deschidere a fisurilor sunt împărțite în deschise, închise și ascunse. fisuri ascunse este dificil să se stabilească un mod vizual. fisuri închise pot fi observate cu ochiul liber. crăpătură viitoare de deschidere cavitatea vizibil, care este de obicei umplut cu un material diferit. Gradul de fisurare determină masa de rocă scobitură, care se caracterizează printr-un coeficient k m fractură voidage. determinată de raportul dintre volumul golurilor
(Fisuri) la unitatea de volum a masivului de rocă. Clasificarea solurilor pietroase pe voidage coeficient k m fractură (%) conform
SNiP2.02.02-85 "Osnovaniyagidrotehnicheskihsooruzheny" [41]: