30. Классификация горных пород и глинистых грунтов, методы их испытаний. Разработка месторождений горных пород, характеристика карьеров.

Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) материалом оснований зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

Грунт скальный — грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.

Грунт полускальный — грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурный связи цементационного типа.

Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (Rc ³ 5 МПа — скальные грунты, Rc < 5 МПа — полускальные грунты).

Грунт дисперсный — грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия струк­туры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др).

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов.

Классификация

Класс природных скальных грунтов — грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными) подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Природные скальные грунты:

1.скальные:

- магматические(интрузивные(глубинные) и эффузивные(излившиеся))

- осадочные

- метаморфические

2.полускальные:

- эффузивные

- осадочные

Класс природных дисперсных грунтов — грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Класс	Группа	Подгруппа	Тип		Вид
Дисперсные (с механически­ми и водно-коллоидными структурными связями)	Связные	Осадочные	Минеральные	Силикатные Карбонатные Железистые Полиминеральные	Глинистые грунты
			Органо-минеральные		Илы Сапропели Заторфованные грунты
			Органические		Торфы и др.
	Несвязные	Осадочные	Минеральные	Силикатные Карбонатные Полиминеральные	Пески Крупнообломоч­ные грунты

Класс природных мерзлых грунтов — грунты с криогенными структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов — грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека, подразделяют на группы, подгруппы, типы и виды.

Методы испытаний

Щебень: дробимость при сжатии, раздавливаемость в цилиндре; гранулометрический состав: частные остатки, полные остатки получают рассеиванием на ситах; содержание пылевидных частиц, глинистых и илистых; содержание зерен пластинчатой, лещадной и игловатой формы; износ в полочном барабане(истираемость); морозостойкость(число циклов замораживания/оттаивания и потеря в массе до 3%; содержание зерен слабых пород.

Песок: зерновой состав, модуль крупности; содержание пылевидных, илистых частиц; содержание органических соединений; коэффициент фильтрации; насыпная плотность.

Глинястые грунты: границы текучести; границы раскатывания.

Глинистые грунты

Глинистые грунты относятся к группе связных. Они являются продуктом механического распада и химического разложения горных пород. Глинистые грунты представляют собой агрегаты мельчайших гли­нистых частиц чешуйчатого строения (слюда, хлорит и др.) размером менее 0,005 мм и песчаных — зернистых частиц разных размеров.

Чешуйчатая и мелкозернистая (пылеватая) фракции глинистых грунтов имеют большую удельную поверхность соприкасания и тонкие капилляры (рис. 1, г). Такое строение грунтового скелета и наличие пленок воды, обволакивающей частицы, придают глинистым грунтам связность и способность деформироваться под влиянием нагрузки во влажном состоянии без появления трещин на поверхности. Связность глинистых грунтов увеличивается с уменьшением влажности. Глинистые грунты благодаря своей структуре обладают малым коэффициентом фильтрации и слабой водопроницаемостью. Водопроницаемость глинистых грунтов увеличивается с увеличением размеров и количества зернистых частиц.

По процентному содержанию глинистых частиц различают глины, суглинки и супеси, а по размерам песчаных частиц — глинистые, глинисто-пылеватые грунты. Классификация глинистых грунтов по зерновому составу, принятая в дорожном деле, приведена в табл. 2. 

Таблица 2

Классификация глинистых грунтов по зерновому состав:

 

Порода	Размеры частиц, мм
	глинистые 0,002	пылеватые 0,002 – 0,05	песчаные 0,5 – 2,0
Глинистые грунты	Содержание фракции, % по весу
Глина	>30	—	Больше, чем
Суглинок	30—10	—	пылеватых
Супесь	10—3	—
Глинисто-пылеватые грунты
Пылеватая глина	>30	Больше,	—
Пылеватый суглинок	30—10	чем	—
Пылеватая супесь	10—3	песчаных	—

По консистенции глинистые грунты подразделяются на твердые, пластичные и текучие. При этом по мере насыщения водой твердые глинистые грунты размягчаются и переходят сначала в пластичное, за­тем в текучее состояние. Процентное содержание воды при переходе из одного состояния консистенции в другое является пределом (границей) пластичности.

Каждый вид глинистого грунта имеет два предела пластичности. Нижний предел Wp соответствует минимальной влажности, при которой грунт из твердого состояния переходит в пластичное, и называется гра­ницей раскатывания. Верхний предел Wt соответствует максимальному проценту влажности, при котором глинистый грунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Разность влажностей между верхним и нижним пределами пластичности называется числом пластичности.

 Глинистые грунты в зависимости от числа пластичности подразделяются на следующие виды:

Супесь
Суглинок
Глина

Так, например, если природная влажность грунта равна 28 %, влаж­ность нижнего предела пластичности W_Р=21 %, верхнего W_Т=48 % и число пластичностиW_П=48 – 21=27 %, то это указывает на то, что, во-первых, грунт принадлежит к виду глинистых, так как число пластич­ности W_П=27 > 17, и, во-вторых, глина находится в пластичном состоя­нии, так как природная влажность ее — между верхним и нижним пределами пластичности (48 > 27 > 21).

Число пластичности глинистых грунтов является условной характеристикой, определяющей их строительные свойства — плот­ность, влажность и сопротивление сжатию. С уменьшением влажности плотность возрастает, а сжимаемость уменьшается. С увеличением влажности плотность уменьшается, а сжимаемость увеличивается. Вели­чина расчетных сопротивлений глинистых грунтов приведена в табл. 10.

Из изложенного видно, что физические свойства песчаных грунтов отличаются от физических свойств глинистых грунтов. Следовательно, эти грунты отличаются друг от друга и строительными качествами.

1. Влажность песчаных грунтов колеблется от 0 % (сухой песок) до 30–45 % (насыщенный водой песок), то есть процент влажности пес­чаных грунтов (при полном насыщении) равен проценту пустотности и его объем не изменяется с увеличением влажности. В глинистых же грунтах влажность колеблется от 3 % (сухая глина) до 80–90 % (разжиженная глина), причем по мере насыщения их водой объем гли­нистых грунтов значительно увеличивается за счет изменения объема пустот между частицами — утолщения капиллярной воды.

2. Плотность песчаных грунтов (гравелистых, крупно- и среднезернистых, за исключением мелкозернистых и пылеватых) не зависит от влажности песка; песчаный грунт может быть насыщенным водой и одновременно плотным. Плотность же глинистых грунтов является функцией давления и влажности, так как сухая глина всегда плотная, а влажная или насыщенная водой всегда пластична или соответственно текучая.

3. В песчаных грунтах силы взаимодействия между частицами весь­ма малы (влажный песок) или отсутствуют (сухой песок или насыщенный водой песок), и потому песчаные грунты сыпучи. Глинистые же. грунты благодаря водо-коллоидным пленкам, обволакивающим частицы, обладают силами взаимодействия — связностью.

4. Уплотнение и осадка песчаных грунтов происходит одновременно с приложением силы, а глинистых грунтов — постепенно, в течений длительного времени после приложения нагрузки.

5. Песчаные грунты водопроницаемы, глинистые — водонепрони­цаемы или слабоводопроницаемы (суглинки) в зависимости от процен­тного содержания в них зернистых частиц и их диаметров.

 

Горные породы становятся строительными материалами после их добычи и переработки. Месторождением назыв. скопление в земной коре.

Карьеры - это разработанные месторождения. При геолог. изысканиях устанавливают запасы полезных ископаемых, технические свойства, наименование грунтов, толщину снятия растительного слоя грунта и скрыши.

Возможны способы разработки грунтов с учетом водоотводных мероприятий.

Карьеры каменных материалов разрабатывают:

- скрышные работы (вывоз грунтов, которые не добывают в отвал)

- буровзрывные работы

-разработка рыхлой породы экскаватором в забоях с вывозкой на автосамосвалах

- необходимые мероприятия по технике безопасности и водоотводные мероприятия.

Притрасоовые песчаные карьеры:

- скрышные работы

-экскаваторная и погрузочная разработка грунта с вывозкой на автосамосвалах.

Так же разрабатываются карьеры глинистых грунтов.

Если карьер стационарный, то составляют план на разработка карьера (опред. высота, ширина забоя)

Подводная добыча песка производится землесосными снарядами, расположенными на понтоне.

В карьерах скальных пород добыча ведется путем выпиливания с помощью камнерезных машин и получают пиленные блоки, колотые блоки получают буроклиновым, буровзрывным и термическим способом.