3.5. Плывучие породы (плывуны)

Различают псевдоплывуны и истинные плывуны. Псевдоплывуны – мелко – и среднезернистые пески без значительней примеси илистых и глинистых частиц. При откачке воды (искусственном понижении гидростатического уровня) они легко поддаются осушению и превращаются в плотные, достаточно устойчивые породы.

Истинные плывуны – мелкозернистый и пылеватый песок со значительной примесью органического и неорганического ила и глинистых частиц – содержат связанную воду за счет присутствия глинистых и коллоидных образований; часто обладают тиксотропными свойствами; при искусственном водопонижении практически не осушаются; вызывают большие трудности при пересечении их горными выработками (оплывают).

Подземные воды, насыщающие плывуны, оказывают гидростатическое давление на зерна породы, вызывая их взвешивание. Объемная масса (вес) водопроницаемой породы, залегающей ниже уровня подземных вод, определяется с учетом взвешивающего (по закону Архимеда) действия воды:

,

где:

γ – удельная масса (вес) твердых частиц (скелета) породы;

1 – удельная масса (вес) воды;

ε – коэффициент пористости породы.

Если подземные воды находятся в движении, то к гидростатическому давлению добавляется гидродинамический напор, величина которого определяется перепадом давления (гидравлическим градиентом потока).

Плывучесть обводненных несвязных пород при их обнажении возникает вследствие того, что силы внутреннего трения и сцепления породы оказываются недостаточными для преодоления гидродинамического напора, создаваемого фильтрационным потоком воды, движущимся по направлению к обнаженной поверхности.

3.6. Задачи и примеры к разделу 3*

Задача 3.6.1. Определение значения действующего диаметра и коэффициента неоднородности сыпучей породы по графику гранулометрического состава

Условие задачи

Построить график гранулометрического состава и определить действующий диаметр и коэффициент неоднородности породы в следующих условиях:

- масса исходного материала (пробы) G = 10 кг;

- значения масс, оставшихся на ситах G_i (кг), указаны в табл. 1.

Таблица 1

Диаметр отверстий сита, мм	Значения масс, оставшихся на ситах Gi, кг
50	G1 = 1,0
20	G2 = 1,0
10	G3 = 2,0
5	G4 = 3,0
2	G5 = 2,0
1	G6 = 0,5
0,5	G7 = 0,4

Наибольший диаметр куска – 60 мм

Решение

Гранулометрический состав (ГМС) характеризует весовое содержание в раздельнозернистой (сыпучей) породе частиц различной крупности в % от общего веса породы в абсолютно сухом состоянии.

Наиболее распространенным способом определения ГМС является ситовый анализ. Породу просеивают через установленные друг на друга сита с различными размерами отверстий. Затем взвешивают оставшиеся на ситах фракции с точностью до 0,01 г. После определения веса остатков на всех ситах и в поддоне вычисляют процентное содержание фракций в породе.

ГМС породы существенно влияет на ее водно-физические и механические свойства (пористость, сжимаемость, водопроницаемость, сопротивление сдвигу и др.).

1. Определение суммарной массы породы на ситах .

, кг

кг

2. Определение массы породы крупностью менее 0,5 кг G₈.

, кг

кг

3. Определение относительной массы породы по классам крупности g_i.

, %

4. Построение графика гранулометрического состава (рис. 1).

По полученным данным составляем таблицу (табл. 2) и строим график гранулометрического состава (рис. 1).

Таблица 2

№ сита	Размер отверстий сит, мм	Класс крупности фракций, оставшихся на ситах, мм	Вес остатков на ситах		Суммарное содержание частиц соответствующего класса крупности
			G, кг	g, %	класс крупности	, %
1	50	-60 +50	1,0	10	-60	100
2	20	-50 +20	1,0	10	-50	90
3	10	-20 +10	2,0	20	-20	80
4	5	-10 +5	3,0	30	-10	60
5	2	-5 +2	2,0	20	-5	30
6	1	-2 +1	0,5	5	-2	5 +5 = 10
7	0,5	-1 +0,5	0,4	4	-1	1+4 = 5
8 поддон		-0,5	0,1	1	-0,5	1
		кг

d, мм

Рис.1. График гранулометрического состава сыпучей породы

5. Определение действующего диаметра d_l .

Действующим диаметром называется крупность частиц, соответствующая 10% их содержания в горной породе.

Из графика (рис. 1) находим = 2 мм

6. Определение коэффициента неоднородности К_Н.

Коэффициент неоднородности породы К_Н находится как отношение крупности частиц, соответствующей 60% их содержания в горной породе d₆₀, к действующему диаметру d_l.

Из графика (рис. 1) находим = 10 мм

Задание для самостоятельного решения

Построить график гранулометрического состава и определить действующий диаметр и коэффициент неоднородности породы в следующих условиях:

- масса исходного материала (пробы) G = 10 кг;

- значения масс, оставшихся на ситах G_i (кг), указаны в табл. 3.

Таблица 3

Диаметр отверстий сита, мм	Значения масс, оставшихся на ситах по вариантам, Gi, кг
	1	2	3
50	1,5	1,3	1,2
20	1,5	1,7	1,8
10	1,5	1,5	1,7
5	2,5	2,5	2,3
2	2,0	1,5	1,3
1	0,5	1,0	1,2
0,5	0,3	0,4	0,4
Наибольший диаметр куска, мм	65	63	60