Механические свойства полускальных и скальных пород

Скальные и полускальные горные породы характеризуются жесткими связями между составляющими их частицами. По своим механическим свойствам они резко отличаются от мягких - сыпучих и связных - грунтов и приближаются к твердым телам, изучаемым в сопротивлении материалов, почему иногда и называются твердыми горными породами.

Скальные и полускальные горные породы в большинстве случаев являются вполне надежным основанием для сооружений, и только некоторые из них - сильно трещиноватые, выветрелые, с ослабленными структурными связями - требуют специального изучения перед использованием их в качестве оснований сооружений.

Механические свойства твердых горных пород обычно характеризуют механической прочностью, твердостью и крепостью.

Механической прочностью твердых горных пород называют их способность сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих под нагрузкой.

Различают механическую прочность на сжатие, растяжение, изгиб, срез и удар. Для инженерно-геологических целей наибольший практический интерес представляет испытание твердых пород на сжатие.

Прочность на сжатие характеризуют пределом прочности на сжатие , или временным сопротивлением сжатию, Rсж , под которым понимают величину напряжения, вызывающего разрушение образца при одноосном сжатии.

Предел прочности на сжатие определяется по формуле:

где Р - нагрузка, при которой происходит разрушение образца испытуемой породы, в кг;

F - площадь первоначального поперечного сечения образца в см2 .

Сопротивление породы сжатию зависит от ее минералогического состава, текстуры, структуры, характера цемента и степени выветрелости. Наибольшей прочностью характеризуются равнозернистые и мелкозернистые кристаллические породы - базальты, кварциты и др.

Прочность пород в большинстве случаев изменяется в различных направлениях, поэтому при испытаниях образцы необходимо ориентировать с учетом условий их залегания.

Различают пределы прочности при сжатии образцов:

• а) в воздушно-сухом состоянии,
• б) в водонасыщенном состоянии
• в) при естественной влажности.

У некоторых полускальных пород (мертели, аргиллиты и др.) под влиянием увлажнения происходит уменьшение прочности. Это свойство называют размягчаемостью породы и характеризуют коэффициентом размягчаемости , который представляет собой отношение пределов прочности на сжатие после и до насыщения водой. Чем ниже коэффициент размягчаемости, тем больше снижается прочность породы при насыщении водой.

Для изверженных пород коэффициент размягчаемости практически равен единице. Осадочные породы, породы с глинистым или легко растворимым в воде цементом обладают низким коэффициентом размягчаемости (меньше 0,5). Определение коэффициента размягчаемости, как правило, производят только для полускальных пород с глинистым или другим слабым цементом. Предел прочности породы определяют путем раздавливания образцов правильной геометрической формы (куб, цилиндр) под прессом. Образцы цилиндрической формы высверливают на сверлильных станках с помощью специальных коронок. Образцы кубической формы изготовляют при помощи специальных дисковых пил (см. рис.).

Дисковая пила для изготовления образцов

Подготовленные образцы шлифуют на шлифовальном станке. Правильность обработки плоскостей проверяют металлическим угольником или штангенциркулем. Размеры и формы образцов, а также характер обработки их поверхности и другие условия испытаний для различных материалов определяются ГОСТами и Техническими условиями, которые необходимо точно соблюдать при производственных испытаниях.