9 Indeks Właściwości skał

Ten artykuł rzuca światło na dziewięć właściwości indeksu skał. Właściwości są następujące: - 1. Gęstość właściwa 2. Zawartość wilgoci 3. Nasycona zawartość wilgoci (MC) sat 4. Porowatość 5. Przepuszczalność 6. Przewodność hydrauliczna 7. Współczynnik pęcznienia 8. Liczba odbicia 9. Jednoosiowa (lub jednozwarta) wytrzymałość na ściskanie.

Właściwość indeksu nr 1. Ciężar właściwy:

(i) Grubość pozorna sucha (S b ):

Można to określić dwiema metodami w zależności od porowatości próbki skały.

(a) Dla skał o wyższej porowatości (> 10%):

Test ten jest stosowany do wielu skał osadowych i mocno zwietrzałych skał magmowych i metamorficznych.

Próbkę skał suszy się w suszarce w 105 ° C przez 12 godzin i waży (W 1 ). Następnie próbka skał jest natychmiast pokryta woskiem parafinowym lub innym materiałem, którego gęstość (y p ) jest znana. Warstwę wosku schładza się i próbkę waży (W2)

Masa parafiny = W p = W 2 - W 1

Następnie mierzy się objętość wody (V) wypartą przez próbkę.

(b) Dla skał o niższej porowatości (<10%):

Ten test jest wykonywany dla dobrze zagęszczonych lub cementowanych skał osadowych, wszystkich świeżych skał magmowych i metamorficznych. Zastosowano równowagę walker. Próbkę zawieszono w powietrzu i zważono (VV, ). Jest zanurzony w wodzie i ponownie zważony (W 2 ). Następnie S b = W 1 / W 1 - W 2

(ii) Nasycona pozorna gęstość właściwa (S b (sat) ):

Jeżeli wilgotność nasycenia (MC) jest nasycona, a jej sucha pozorna ciężar właściwy (S b ) jest znana,

(iii) Ciężar właściwy ziarna stałego (S s ):

1. Osusz butelkę gęstości i korek w 105 ° C i zważ (W 1 ).

2. Skórę kruszy się do wielkości oczek w przybliżeniu równej wielkości ziarna skały. Próbkę należy osuszyć (w 105 ° C przez 4 godziny) i umieścić w butelce o gęstości (około jednej trzeciej pełnej) i zważyć (W2).

3. Woda destylowana jest dodawana do butelki o gęstości do momentu pokrycia próbki proszku skalnego. Butelkę gęstości umieszcza się następnie w eksykatorze, który powoli opróżnia się z powietrza.

4. Zwolnij i delikatnie wibruj butelkę. Powtarzaj 3 i 4, aż przestaną występować problemy z powietrzem z próbki.

5. Napełnij butelkę z gęstością wodą destylowaną, włóż korek i trzymaj w kąpieli o stałej temperaturze przez 1 godzinę, dodając wodę do butelki, jeśli zmniejszy się objętość nas.

6. Wytrzyj butelkę z zakorkowanym korkiem i zważ (W 3 ). Opróżnij, wyczyść i napełnij butelkę gęstości wodą destylowaną i utrzymuj stałą temperaturę przez 1 godzinę. Następnie wytrzyj do czysta i ponownie zważ (W 4 ).

Dla każdej próbki należy wykonać dwa oznaczenia, a wyniki uśrednić.

Index Właściwość # 2. Zawartość wilgoci:

Aby określić zawartość wilgoci (MC), próbkę skał waży się natychmiast po wyjęciu jej z hermetycznego pojemnika (W 1 ), np. Plastikowej torebki. Próbkę skał suszy się do stałej wagi w suszarce w 105 ° C przez 12 godzin. Ochłodzić w eksykatorze i ponownie zważyć (W2). Następnie,

Właściwość indeksu nr 3. Nasycenie wilgoci (MC) sat :

Jeżeli zawartość wilgoci w próbce jest już określona, ​​znamy nadmiar suchej masy próbki (W 2 ). Umieść próbkę w koszu z drutem i zanurz ją w wodzie na 12 godzin. Usuń i zważ po wysuszeniu powierzchni (W 3 ).

Właściwość indeksu # 4. Porowatość:

Porowatość (n) to stosunek objętości pustek w glebie lub skale do całkowitej objętości., Jeśli V v = Objętość pustek i V = Objętość całkowita

Jest wyrażona jako ułamek dziesiętny lub jako procent. W skałach 10% jest średnie, 5% jest niskie, 15% lub więcej jest wysokie. Nie wszystkie pustki w skale są ze sobą połączone i dostępne dla penetrujących płynów. Na przykład pumeks jest bardzo porowatą skałą, której pory nie są ze sobą połączone. Wiele magmowych i wysokogatunkowych skał metamorficznych ma bardzo małe pęknięcia lub mikropęknięcia, które nie są ze sobą połączone.

Efektywna porowatość odnosi się do stosunku objętości połączonych pustek do całkowitej objętości skały. Pustki obecne w skałach są generalnie dwojakiego rodzaju, mianowicie pierwotne puste przestrzenie (pory) pomiędzy fragmentami skał klastycznych i pustkami wtórnymi wytworzonymi przez późniejsze pękanie lub chemiczne wietrzenie.

Pierwszą cechą charakterystyczną całej masy skalnej i jej porowatości jest jej ścisła definicja. Drugi zależy od późniejszej historii skały i jest wysoce zmienny w ciele skalnym. Rzeczywiste wartości porowatości niektórych pospolitych rodzajów skał podano w tabeli 2 poniżej.

Różne czynniki kontrolujące porowatość skał i gleb osadowych są następujące:

(a) Stopień cementacji (tj. w jakim stopniu przestrzeń porowa jest zastępowana przez cement) i stopień rekrystalizacji w punktach kontaktu ziaren. Oba są pod wpływem wieku i historii pochówku skały.

(b) Zróżnicowanie wielkości ziarna Ponieważ małe ziarenka mogą wypełniać puste przestrzenie między większymi ziarnami, osad o dużej zmienności wielkości ziarna (dobrze odseparowany osad) ma mniejszą porowatość niż słabo gradowany osad.

(c) Upakowanie ziaren Jeśli ziarna są sferyczne, opakowanie może dać zakres porowatości od 26% do 47%. Luźniejsze upakowanie jest mniej stabilnym układem ziaren, a przejście z tego do bardziej stabilnego układu zmniejszy porowatość i może prowadzić do wydalenia wody z osadu.

(d) Kształt ziaren Ponieważ kątowe listwy, takie jak w minerałach ilastych, często tworzą mosty między innymi ziarnami, które je oddzielają i przez to zwiększają porowatość.

W krystalicznym wapieniu pusta przestrzeń jest głównie wtórna i jest regulowana przez obecność skamielin i płaszczyzn pościelowych poprzez ługowanie węglanów i ponowne osadzanie przez kwaśne wody gruntowe, oraz przez szczelinowanie zarówno w dużej jak i małej skali. Ze względu na postępujące ługowanie przestrzeń pustki zwykle zwiększa się z upływem czasu i mogą powstawać pieczary.

Właściwość indeksu nr 5. Przepuszczalność:

Przepuszczalność, k (wymiar L 2 ) jest miarą łatwości przepływu przez skałę lub glebę, niezależnie od właściwości płynu. Jest związany z przewodnictwem hydraulicznym K według równania

gdzie,

ρ = gęstość

μ = lepkość dynamiczna

oraz g = przyspieszenie spowodowane grawitacją

Jednostką przepuszczalności jest darcy, która wynosi w przybliżeniu 10 -8 cm2.

Przepuszczalność wielu pospolitych skał jest o jeden lub dwa rzędy wielkości mniejsza niż darcy i zwykle wyrażana jest w milidarcie.

Głównym czynnikiem kontrolującym przepuszczalność jest wielkość pustek, ponieważ jeśli puste przestrzenie są mniejsze, tym większe będzie pole powierzchni kontaktu wody ze stałym minerałem i większe są siły kapilarne powstrzymujące przepływ.

W luźnej glebie przepuszczalność wzrasta wraz z (średnicą) 2 ziaren. Przepływ odbywa się również przez puste przestrzenie, takie jak stawy, a skały o tym charakterze są uważane za przepuszczalne, a raczej przepuszczalne.

Index Właściwość # 6. Przewodność hydrauliczna:

Przewodność hydrauliczna K jest miarą łatwości przepływu wody przez glebę lub kamień pod danym gradientem hydraulicznym. Przewodność hydrauliczna (wymiary LT- 1 ) jest związana z przenikalnością współczynnika skał k, a także z lepkością i gęstością płynu (wody). To nie jest własność indeksu rocka. Ma wymiar prędkości i jest często wyrażany jako metry dziennie.

Typowe wartości dla gleb to:

Glony: 0 do 1 m dziennie

Piasek: od 10 do 260 m dziennie

Żwir: do 300 m dziennie

Właściwość indeksu nr 7. Współczynnik pęcznienia:

Współczynnik pęcznienia jest miarą zmiany długości próbki, która początkowo była suszona w piecu, a następnie moczona w wodzie, aż stała się w pełni nasycona. Jest wyrażony jako stosunek pierwotnych (suchych) i końcowych (nasyconych) długości. To zachowanie pęczniejące jest związane z ilością ekspansywnych minerałów ilastych zawartych w skale.

Właściwość indeksu nr 8. Liczba odbicia:

Liczba odbicia (R) jest mierzona za pomocą młota próbnego Schmidta i służy do oceny wytrzymałości skał na miejscu. Wysokość odrzutu młotka wyrażona jest jako procent odległości do przodu masy młota.

Indeks Właściwość nr 9. Jednoosiowa (lub jednozwarta) Wytrzymałość na ściskanie:

Przed określeniem wytrzymałości próbki skały konieczne jest właściwe przygotowanie próbki skały.

Można przyjąć następującą procedurę:

(a) Rozmiar i kształt próbki:

Cylindryczne próbki do badań są wywiercane albo z górotworu w polu za pomocą wydrążonych rdzeni EX (22 mm dia), AX (28 mm) lub BX (41 mm) lub z próbki ręcznej w laboratorium przy użyciu 25, 38 lub 63 mm bity pustych rdzeni. Współczynnik kształtu rdzenia (długość: średnica) jest ważny i musi być większy niż 2. Górna i dolna powierzchnia rdzenia powinny być gładkie, równoległe do siebie i prostopadle do długości rdzenia.

(b) Metoda testowania:

Przygotowany rdzeń umieszcza się płaskimi końcami pomiędzy dwiema płytami. Szybkość kompresji może wynosić 0, 7 N / mm 2 na sekundę. (kontrolowany naprężeniem) i 1 mm na minutę. (kontrolowane deformacje). Jednoosiowa lub jednoosiowa wytrzymałość na ściskanie jest mierzona w N / mm 2 .

Pewna liczba próbek powinna być testowana z każdej jednostki skalnej.

Ponieważ zmiany siły w pojedynczej jednostce skalnej mogą wystąpić z powodu następujących warunków:

(i) Właściwości minerałów wchodzących w skład, w szczególności ich uprzęże, obecność odcisków i stopień ich zmiany.

(ii) Obecność i kształt wszelkich pustek w skałach i czy te puste przestrzenie są wypełnione wodą.

(iii) Charakter łączenia między ziarnami mineralnymi.