Файл: Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород.pdf

воды, которое в значительной мере обусловлено силами по­ верхностного натяжения на границе раздела вода — воздух. В результате за счет энергии взаимодействия молекул воды и минеральных зерен (смачивающего эффекта) происходит поднятие воды в капиллярах песчаной породы до определен­ ной высоты (#,<), которая служит мерой капиллярности пород. На высоту и скорость капиллярного поднятия влияют гранулометрический и минеральный состав породы, тип по­ верхностной пленки, размеры пор и характер их распределе­ ния в породе, состав водного раствора (табл. 7).

Из таблицы видно, что максимальная высота капилляр­ ного поднятия увеличивается с уменьшением размеров зерен; в первые сутки высота капиллярного поднятия у крупных фракций достигает 88%, а у мелкой —• 50% от максимально­ го ее значения; средняя его скорость в первые сутки макси-

мальма у мелкой фракции и минимальна—у крупной; средняя скорость капиллярного поднятия за весь период, в который достигается максимальная высота капиллярного поднятия, наоборот, минимальная у мелкой фракции и значительно больше у крупной фракции.

9*

19

При однородном минерально-химическом составе песча­ ных пород и отсутствии специфики поверхности зерен высота капиллярного поднятия существенно определяется размером частиц, которые в свою очередь контролируют радиус капил­ ляров.

В о д о п р о н и ц а е м о с т ь является одним из важнейших водных свойств песчаных пород (табл. 8) применительно к задачам их инъекционного закрепления.

Водопроницаемость реальных пород определяется рядом факторов, среди которых наиболее существенными являются:

1. Величина и характер пористости. Наиболее близкой к

мость его уменьшится на 73,6%, а при добавлении к кварце­ вому песку бентонита она уменьшается в 10 000 раз.

4. Величина и характер поверхности минеральных зерен. Водопроницаемость песчаных пород тесно связана с их ка­ пиллярностью (высотой капиллярного поднятия Н с). По дан­ ным Д . Тейлора (1960), при определенных условиях опыта соблюдается равенство

где С — коэффициент, зависящий от условий н количества опытов.

5. Состав и свойства фильтрующихся жидкостей. В ря случаев целесообразнее пользоваться понятием «физическая проницаемость», которая связана с коэффициентом фильтра­ ции в формуле Дарси зависимостью

где г] — вязкость жидкости; у — удельный вес жидкости. Пески и супеси с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут считаются труднопроницаемыми. Их дренирование

практически не дает эффекта. Слабопроиицаемые породы оказывают значительное сопротивление движению в них во­ ды, в результате чего в фильтрационном потоке возникает гидродинамическое давление. При значительных напорах оно является причиной нарушения устойчивости пород, что вызы­ вает переход пород из устойчивого состояния в плывунное, развитие процессов суффозии и других фильтрационных де­ формаций.

Последовательное описание основных инженерно-геологи­

20

ческих особенностей песчаных пород позволяет сформулиро­ вать некоторые общие представления о различных инженер­ но-геологических видах песчаных пород.

I. Гравелисто-грубо- и крупнозернистые пески состоят почти целиком из частиц крупнее 0,5 мм. Такая степень из­ мельчения обусловливается главным образом физической прочностью минералов и поэтому в подобных песках могут в значительных количествах содержаться химически нестой­ кие минералы, такие, как полевые шпаты, слюда и т. д. Степень окатанности зерен, особенно крупнее 1 мм, как пра­ вило, низкая. Удельная поверхность не превышает величину первых десятков см2/см3. Грубая дисперсность материала обусловливает ничтожную физико-химическую активность песков данного вида, что проявляется в их водно-физических свойствах: # 0 равна 6— 13 см, М М В — 1,6%, водоотдача — 95—98%. Рассматриваемые пески обладают очень высокой водопроницаемостью, значения коэффициентов фильтрации колеблются от 30—50 до 80 м/сут и более.

II. Среднезерннстые пески. В них преобладают частицы фракции 0,5—0,25, содержание более крупных и более мел­ ких фракций для различных видов песков данной категории

ствуют о некотором повышении физико-химической актив­ ности среднезернистых песков по сравнению с песками пер­ вого вида. Это явление связано главным образом с более интенсивным проявлением действия капиллярных сил. Водо­ проницаемость среднезернистых песков остается значительной и колеблется в пределах от 30 до 10 м/сут.

Эти пески довольно широко распространены и представ­ лены в разрезе многих геолого-генетических комплексов отло­

преобладает над физическим дроблением, может быть прове­ дена по размеру частиц 0,5 мм. В песках с преобладанием частиц этого размера химически нестойкие минералы оказы­ ваются разрушенными. Этим, по-видимому, объясняется пре­ обладание чистых кварцевых разностей среди среднезернис­ тых песков. Примером может служить кварцевый песок Люберецкого месторождения (Ізѵ). В качестве примесей в указанных песках, особенно ледникового генезиса, нередко встречаются карбонаты обломочного происхождения.

III. Мелкозернистые пески, для которых руководящей яв­ ляется фракция 0,25—0,1 мм, а удельная поверхность дости­ гает величин 600—800 и в пылеватых разностях— 1000 см2/см3. Относительно более высокая дисперсность и сорбционная

21

способность этих песков обусловливают большую их нзмепенность в результате действия эпигенетических процессов в зоне гипергенеза. Это проявляется главным образом в обра­ зовании различных аутигеиных пленок и в накоплении веществ вторичного происхождения (органика, гидроокислы железа и др.). Кроме гидроспликатных сингенетических обо­ лочек, которые в той или иной степени присущи более круп­ нодисперсным пескам, частицы мелкозернистых песков могут быть покрыты глинистой, железистой, органической и сме­ шанной пленками.

Капиллярность песков данного вида определяется высотой капиллярного поднятия, равной 40—42 см при скорости под­ нятия около 8 см/час. Величина М М В сравнительно неболь­ шая (не выше 3%), поэтому процесс удержания воды в этих песках (водоотдача 50—70%) логичнее связывать с дейст­ вием капиллярных сил. Водопроницаемость мелкозернистых песков в зависимости от содержания тонких и пылеватых фракций колеблется в пределах от 10 до 2 м/сут.

IV. Тонкозернистые, пылевато-глинистые пески и супеси. Существенной особенностью этих песчаных пород является прежде всего их сравнительно высокая степень дисперсности. Так, например, частиц размером <0,1 мм может оказаться от 50 до 90%. Наблюдается высокое содержание пылевато­ глинистых частиц (<0,05 мм), доходящее в супесях до 50%• Количество «физической глины», имеющей, по мнению Н. М. Сибирцева, физические свойства глины, может состав­ лять 10— 15% материала описываемых пород. Причем тонкие фракции минералогически могут быть существенно представ­ лены глинистыми минералами, что, по-видимому, объясняет качественный скачок в величинах, характеризующих воднофизические свойства данного вида: М М В около 10%, высота капиллярного поднятия более 100 см при скорости поднятия 72 см/час, водоотдача — 30—50%, водопроницаемость —

2—0,1 м/сут.

Описываемые песчаные породы обычно имеют явные при­ знаки действия процессов выветривания, почвообразования и подземных вод в виде разнообразных аутигеиных пленок, локальных скоплений органики и гидроокислов железа, силь­ ной измененное™ поверхности полевошпатовых, глауконито­ вых, слюдистых и даже кварцевых частиц и некоторых дру­ гих признаков.

Песчаные породы данного вида довольно широко пред­ ставлены среди пойменного и старичного аллювия, а также в комплексе ледниковых образований. Вместе с мелкозерни­ стыми песками они представляют собой группу пород, спо­

22