Курсовая работа: Глинистые горные породы
С плотностью и пористостью глинистых пород тесно связана их водопроницаемость. Большая часть глин и суглинков относится к слабопроницаемым или практически водонепроницаемым породам. Значения коэффициента фильтрации для них изменяется от 10-3 до 10-5 м/сут. Это объясняется наличием у глин и суглинков ультракапиллярных пор, полностью занятых связанной водой. Фильтрация через такие поры возможна только при превышении начального градиента.
Важной особенностью глинистых пород является их способность вступать в обменные реакции, приводящая к изменению их состава, строения и свойств. Обменная способность глин часто используется в практических целях, например в химической промышленности, а также при целенаправленном изменении их свойств, таких, как водопроницаемость, липкость и др.Глинистые породы благодаря особенностям гранулометрического и химико-минерального состава проявляют четко выраженные физико-химические свойства. Так, многие глинистые породы при их увлажнении набухают, а при высушивании дают усадку, что сопровождается изменением объема от нескольких до 25—30%, а в некоторых случаях и больше. Развиваемое при этом давление набухания может достигать 1,0—1,5 МПа. При определенных условиях глинистые породы обладают липкостью, величина которой может достигать 5—6 Н/см².
Среди различных типов глин наиболее гидрофильными, а следовательно, и более склонными к проявлению названных свойств являются глины и тяжелые глины, содержащие значительное количество набухающих глинистых минералов (монтмориллонита, смешаннослойных) и органического вещества. Присутствие солей, а также слабогидрофильных глинистых минералов (типа каолинита) приводит к снижению показателей этих свойств. Наибольшая обменная способность, пластичность, набухание, усадка, липкостьу высокопористых озерных глин, глин старичной фации аллювия, богатых органикой, у многих озерно-ледниковых и элювиальных глин, а также у лагунных и морских глин, лишенных солей. Наименее гидрофильны супеси и суглинки ледникового и аллювиального (пойменная фация) происхождения.Набухание, усадка и липкость глин помимо дисперсности и химико-минерального состава зависят от их степени уплотнения и прочности структурных связей. Наибольшим набуханием обладают высокогидрофильные, умеренно уплотненные глины с коагуляционным и переходным типом структурных связей. Таковыми являются, например морские отложения юры Русскойплатформы, некоторые разности сарматских глин Предкавказья и др.
Слаболитифицированные, высокопористые и, наоборот, сильнолитифицированные глины с переходным типом структурных связей обладают низкими показателями набухания. У первых это объясняется высокой пористостью и влажностью, а у вторых — наличием прочных структурных связей, препятствующихнабуханию. К таким глинам относятся современные отложения морейи озер, многие четвертичные образования морского, озерного, водно-ледникового и аллювиального генезиса, а также глины древних комплексов — девона, карбона и перми.
Глинистые породы обладают различной деформируемостью и прочностью. Коэффициент их сжимаемости изменяется от единиц (у слаболитифицированных глин) до тысячных долей МПа"1 (у сильнолитифицированных глин). Модуль общей деформации варьирует от нескольких до 50—60 МПа. Угол внутреннего трения и сцепления изменяется соответственно от 5—10° и 0,01 —0,05 МПа до 20-36° и 0,12-0,6 МПа. Столь широкий диапазон изменения механических свойств глинистых пород объясняется их различным составом, уплотненностью, влажностью и др. Среди многочисленных факторов, влияющих на прочностное и деформационное поведение глин, важнейшим является характер структурных связей. Глинистые породы с коагуляционным типом структурных связей характеризуются наибольшей сжимаемостью. График сжимаемости таких глин имеет вид экспоненциальной кривой, наклон которой к оси абсцисс постепенно уменьшается, вследствие чего коэффициент их сжимаемости постепенно снижается по мере уплотнения от 1 до 0,1 МПа-1 , а модуль общей деформации соответственно возрастает от 1 до 10 МПа. Вусловиях быстрого неконсолидированного сдвига такие глины дают криволинейную зависимость т = / (а) . Значения (р и С при этом являются небольшими и, как правило, не превышают 5—15° и 0,05 МПа. При проведении опытов в условиях медленного консолидированного сдвига зависимость т =/(ст) приближаетсяк прямолинейной, а значение С возрастает. Характер деформированияпри сдвиге — вязкопластичный, остаточная прочность несущественноотличается от пиковой. Подобными прочностными и деформационными свойствами обладают современные и четвертичные глины и суглинки континентального, лагунного и морского происхождения со слабой и средней степенью уплотнения, высоким водонасыщением, мягкопластичной и пластичной консистенцией.
Глинистые породы с переходным типом структуры характеризуются значительно меньшей сжимаемостью: значение коэффициента сжимаемости составляет сотые доли МПа, а модуль деформации — 15—50 МПа. Зависимость сдвигающего усилия от нормальной нагрузки имеет прямолинейный характер как для консолидированного, так и неконсолидированного сдвига. Разрушение при сдвиге хрупкое, остаточная прочность намного ниже пиковой. Угол внутреннего трения изменяется в пределах 18—32°, сцепление — 0,1—0,4 МПа.
Наиболее часто глинистые породы с переходным типом контактов встречаются среди пород морского, лагунного и ледникового происхождения с высокой степенью уплотнения и водонасыщения, а также пород различного генезиса и степени уплотнения, находящихся в аридной зоне и имеющих невысокую степень водонасыщения.
Указанными выше прочностными и деформационными свойствами могут обладать породы различного возраста и генезиса, испытавшие значительное уплотнение или частичную цементацию в ходе литогенеза. Часто среди них встречаются недоуплотненные и переуплотненные глины. Первые образуются за счет ранней цементации, а вторые — при разгрузке литифицированных пород с сохранением у них части фазовых цементационных контактов.
Таблица. Содержание тонкодисперсных фракций в глинах
| Группы глин | Содержание частиц, %, размером менее | |
| 10 мкм | 1 мкм | |
| Высокодисперсные | Свыше 85 | Свыше 60 |
| Среднедисперсные | 60...85 | 40...60 |
| Низкодисперсные | 30...60 | 15...40 |
| Грубодисперсные | Менее 30 | Менее 15 |
8.Минеральный состав
Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.
Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты
(xАl2 О3 • ySiO2 • zH2 O),
где х, y, z имеют различные значения.
К важнейшим глинистым минералам относятся: каолинит — Аl2 О3 • 2SiO2 • 2Н2 О, монтмориллонит — (Са, Mg)O • Аl2 О3 • 4 — 5SiO2 • xН2 О, гидрослюда (иллит) — К2 О • MgO • 4Аl2 О3 • 7SiO2 • 2Н2 О и др.
Мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема Аl2 О3 , меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.
| Минералы, содержащиеся в глинах | Минералы, загрязняющие глины |
|
Каолинит (Al2 O3 ·2SiO2 ·2H2 O) Андалузит, дистен и силлиманит (Al2 O3 ·SiO2 ) Галлуазит (Al2 O3 ·SiO2 ·H2 O) Гидраргиллит(Al2 O3 ·3H2 O) Диаспор (Al2 O3 ·H2 O) Корунд (Al2 O3 ) Монотермит (0,2[K2 MgCa]0·Al2 O3 ·2SiO2 ·1,5H2 O) Монтмориллонит (MgO·Al2 O3 ·3SiO2 ·1,5H2 O) Мусковит (K2 O·Al2 O3 ·6SiO2 ·2H2 O) Наркит (Al2 O3 ·SiO2 ·2H2 O) Пирофиллит (Al2 O3 ·4SiO2 ·H2 O) |
Кварц(SiO2 ) Гипс (CaSO4 ·2H2 O) Доломит (MgO·CaO·CO2 ) К-во Просмотров: 688
Бесплатно скачать Курсовая работа: Глинистые горные породы
|