Файл: Смоляницкий, А. А. Проходка геологоразведочных канав взрывом.pdf

скопления несцементированных относительно крупных окатан­ ных обломав, разработка которых крайне затруднена. Ще­ бень — каменный материал, состоящий из обломков преимущественно угловатой формы. К среднеобломочным грун­

Грунты могут быть подразделены на рыхлые несвязные и мягкие связные. К рыхлым несвязным относят несцементиро­ ванные грунты, в которых не проявляются структурные связи (пески, галечники, гравий, щебень). Свойства таких грунтов определяются их гранулометрическим составом, а прочность характеризуется силами внутреннего сопротивления сдвигу, т. е. углом внутреннего трения и сцеплением. Деформации в типичных рыхлых грунтах даже при сравнительно небольших напряжениях имеют необратимый характер.

Мягкие связные грунты состоят из различных фракций. Наи­ большее значение имеет количественное соотношение глины, песка и пыли; свойства грунтов определяются количественным содержанием глинистых минералов и степенью водонасьпценности. В зависимости от содержания воды глинистые грунты на­ ходятся в твердом, текучем или пластичном состоянии. Краткая характеристика отдельных разновидностей грунтов приводится ниже.

Глины (содержание глинистой фракции 30—60%) характе­ ризуются высокой связностью в маловлажном состоянии, по­ этому плохо разрабатываются, практически водонепроницаемы. Во влажном состоянии (до 60%) сильно набухают, становятся пластичными и липкими, более прочными; максимальная проч­ ность соответствует оптимальной влажности.

Суглинки (содержание глинистой фракции 10—30%) обла­ дают большой связностью, но незначительной водопроницае­ мостью. Во влажном состоянии все больше проявляют свойства глинистых пород. Наиболее плохо разрабатываются плотные сухие тяжелые суглинки.

Супесчаные грунты (глинистая фракция 2—10%) в сухом состоянии обладают достаточной связностью и водопроницае­ мостью. В сухом и влажном состоянии хорошо сопротивляются нагрузкам. С увеличением пылеватости этих грунтов их проч­ ность уменьшается.

Песчаные грунты (глинистая фракция менее 3%) состоят из частиц размером до 3 мм. Лишены сцепления, являются типич­ ным сыпучим материалом. При изменении влажности объем песчаных грунтов практически остается постоянным. При увлаж­ нении песка происходит снижение сопротивления деформации и уменьшение трения между частицами, относительный сдвиг облегчается. При высыхании влажного песка или его полном

13

насыщении сцепление между частицами исчезает; в сухом со­ стоянии не пластичны.

Особую группу представляют грунты болотного происхожде­ ния (типа торфа), широко распространенные на территории

СССР (70 млн. га). Торф — трехфазная система, включающая твердую составляющую (волокна, гумус, минеральные включе­ ния), воду и воздух. Основные свойства' торфа — малая проч­ ность, повышенная водопроницаемость и сжимаемость. При на­ грузках торф резко деформируется, изменяя объем за счет уда­ ления воды и уменьшения пористости.

■ В отдельную группу выделяют плывуны и лёсс. Плывуны в основном лишены структурных связей между слагающими их частицами, легко теряют устойчивость и превращаются в теку­ чую массу. Более часто плывунами становятся водонасыщенные тонкозернистые грунты: глины, песок. Вскрытие плывунов гор­ ными выработками затрудняет проведение и документирование выработок.

Лёсс — мелкозернистые грунты весьма однородного механи­ ческого состава, высокой пористости, обладают повышенной связностью, что обусловливает их хорошую устойчивость.

Значительные объемы канав выполняются в моренных грун­ тах, которые широко представлены на западе и в северных рай­ онах страны (Кольский полуостров, Карелия, Белоруссия). Моренный грунт является четырехфазной системой, включаю­ щей скелет грунта, твердые включения, воздух и воду. Скелет грунта состоит из перемешанных частиц песка, глины, пыли. Твердые включения — валуны, галька, гравий — составляют от 5 до 45% и более от общего объема моренного материала, что недостаточно для создания своего жесткого скелета, но их наличие осложняет разработку моренных отложений, так как валуны достигают в поперечнике 1,5 м. Основной объем на­ ших исследований выполнен в моренных отложениях Кольского полуострова, в моренных и торфяно-болотистых отложениях Карелии, в каменистых наносах (талых и мерзлых) Читинской области. Краткая характеристика моренных отложений участ­ ков работ приведена ниже.

Коэффициент крепости пород по М. М. Протодьяконову (f) от 0,4 до 1. Угол внутреннего трения пород находится в преде­ лах от 20 до 35°, Угол естественного откоса составляет в сред­ нем 50°; пористость пород 40—50%, влажность 5—15%. Объем­ ный вес пород колеблется от 1,5 до 1,8 т/м3. Моренный материал состоит из фракций: песчано-глинистой (50—54%), дресвяно-гравийной (14—16%), гальки (9%), валунно-глыбовой

(20—25%).

Валуны представлены гранитами, гнейсами, норитами, гранодиоритами. Содержание глинистых частиц колеблется от 2 до 15% (чаще 2—5%). Мощность моренных отложений изменя­ ется от 1 до 20 м. Моренные отложения относятся к средне-

14

взрываемой среде, для которой удельный расход ВВ (qp) на дробление составляет 9Р=0,5—0,8 кг/м3.

Большие объемы канавных работ выполняются в мерзлых грунтах, имеющих отрицательную температуру и содержащих лед. Различают многолетне- и сезонномерзлые грунты [9]. Многолетнемерзлые грунты залегают на большой глубине и со­ храняют отрицательную температуру (от —1,5 до —7°С) неза­ висимо от времени года. Слой грунта, лежащий над многолет­ немерзлым (слой сезонного промерзания и оттаивания), назы­ вается деятельным слоем, так как подвержен изменению водно-теплового режима. Под грунтами, промерзающими в хо­ лодный период года, залегают немерзлые грунты. Слой оттаи­ вания подстилается мерзлыми грунтами. Мощность деятельного слоя севернее 55° широты составляет для песчаных грунтов 2— 3 м, для глинистых 1,5—2,3 м. Глубина сезонного промерзания зависит от таких факторов, как температура воздуха, скорость ветра, характер естественного покрова и толщина снегового покрова, влажность и теплопроводность грунта, уровень грун­ товых вод.

Начало оттаивания для большинства районов страны — май — июнь; максимальное протаивание — сентябрь — ок­ тябрь; окончание промерзания — декабрь. Свойства мерзлых грунтов в основном определяются влажностью и температурой. При отрицательной температуре грунта вода замерзает и пере­ ходит в лед, что меняет физическое состояние грунта. Область

прочносвязная (лед), незамерзшая и пар. В свою очередь, лед находится в виде льда-цемента (внутри пор) или льда-включе- ний, разъединяющего частицы грунта. Сам лед является пла­ стичным материалом и деформируется без изменения объема и нарушения сплошности.

Таким образом, основное различие мерзлых и талых грунтов в наличии цементирующего льда. Переход грунта из талого со­ стояния в мерзлое приводит к глубоким изменениям прочност­ ных и деформационных свойств среды.

Физико-механические свойства грунтов обусловливают их физическое состояние, закономерности изменения прочности и деформируемости. Физические и механические свойства грунтов определяют механизм поведения грунта под влиянием внешних нагрузок (взрыва). Некоторые показатели этих свойств грунта приведены в табл. 5.

П л о т н о с т ь (vo) — масса единицы объема только твер­

15

Т а б л и ц а 5

Физико-механические свойства грунтов

степень пористости грунтов. Пределы изменения значений плот­ ности для горных пород от 0,8 до 8 г/см3.

О б ъ е м н а я м а с с а (у) — масса единицы объема грунта в его структурно ненарушенном состоянии.

у = G : V, г/см3,

где V — объем грунта.

Объемная масса зависит от влажности грунта, его структу­ ры и плотности. С увеличением пористости у уменьшается. Бо­ лее постоянной характеристикой является объемная масса ске­ лета, т. е. масса единицы объема грунта за вычетом массы поровой воды, так как она зависит только от пористости и ми­ нералогического состава. Для большинства грунтов объемная масса колеблется в пределах 1,5—2 г/см3.

П о р и с т о с т ь грунтов характеризует их прочность и сжи­ маемость. Это отношение объема всех пустот (пор) к общему объему грунта выражается формулой

« = ~ -ЮО, 96-

Показатель п для грунтов колеблется в пределах 0—80% и оп­ ределяется размером слагающих частиц: чем меньше их размер, тем больше пористость, меньше связность и прочность, а также сопротивляемость деформированию. Наиболее пористые грун­ ты — лёсс, песок.

16