Пальмер жіктемесі 5 страница

h – грунт үлгісінің деформациясы, мм.

Инженерлік тәжірибеде сығылғыштықтың сипаттамасы үшін 0,3 МПа шөгу модулінің мәні бойынша топырақ жіктемесін қолданады (Маслов Н.Н. бойынша).

Шөгу модулі 1p, мм	Грунт сығылғыштығының сипаттамасы	Сығу бойынша жыныс санаты
<1	мүлдем сығылмайтын
1 – 5	әлсіз сығылатын	I
5 – 20	орташа сығылатын	II
20 – 60	жоғары сығылатын	III
>60	аса жоғары сығылатын	IV

10-кесте

Грунттардың сырғуға кедергісі

Грунттардың ысырылу кедергісі кернеудің шектік мәндерімен анықталады, бұл кезде грунттың бұзылуы басталады. Сырғуға кедергінің көрсеткіштері грунт беріктілігін сипаттайды және тура есепті көлемдер категориясына жатады. Оларды грунттардың таситын қабілетін және инженерлік құрылыстардың тұрақтылығын бағалау үшін қолданады. Әсіресе, арынды гидротехникалық құрылыстардың тұрақтылығын анықтау кезінде олардың рөлі үлкен. Ысырылу кедергісі көрсеткіштердің өсуі құрылыс тұрақтылығының бұзылуына әкелуі мүмкін, ал төмендеуі оның құрылымының ауырлауына және құрылыс бағасының артуына әкеледі. Грунттың беріктілігін қазіргі кезде негізінен Мор теориясымен бағалайды.

Грунттың ысырылу кедергілерін сипаттайтын параметрлерді зертханалық және далалық жағдайларда анықтауға болады. Зертханалық жағдайларда әдетте үш осьті ысырмалы бір жазықтықты аспаптар (стабилометр) қолданылады, ал далалық жағдайларда штамптары мен целиктердің жылжу әдістерін қолданады.

Сынау кезінде грунт үлгісі бір жазықтықты аспаптарда бекітілген жазықтық бойынша орналасады. Қазіргі кезде әр түрлі конструкциялы жылжымалы аспаптар қолданылады, әсіресе Гидропроект модернизациялаған Маслов-Лурье конструкциясының аспабы кеңінен қолданылады (Модель-ГГП-30). Аспап табиғи және бұзылған құрылымды құмды және сазды топырақтарды сынау үшін қолданылады.

Үлкен өлшемді монолиттерді зерттеу үшін жүктемелердің есепті жүйесі бар ГПС, Гидропректінің конструкциясындағы кесіндісі алаңы 1225 см ² болатын стендті жылжымалы аспаптар және гидравликалық домкраттары бар ГПС қолданылады.

Ірі сынықты грунттарды зерттеу үшін кесіндісі алаңы 10000 см ² болатын ВОДГЕО мен Ортаазиялық гидропроект конструкциясының аспаптарын қолданады.

Барлық біржазықтықты аспап түрлерінде грунтты сынау принципі. Берілген тік кернеу (δ) кезінде сызықты ысыратын кернеуді (τ) анықтайды, бұл кезде үлгінің бір бөлшегінен екіншісіне ысырылуы үзілмейтін және қарқынды түрде өсетін деформациялары пайда болады. Әдетте, сынауды тік кернеулердің әр түрлі мәндері кезінде грунтың үш ерекше үлгілерінде жүргізеді. Әрбір δ мәнге кейбір анықталған τ мәні сәйкес келеді.

12-сурет. Грунттың шекті ысырылу кедергілерінің τ_ш диаграммалары:

а–сусымалы; б– байланысқан; φ–ішкі үйкеліс бұрышы; І– ілініс

Тәжірибелердің нәтижелері бойынша шекті ысырылу кедергісінің диаграммасын тұрғызады, тік осьтегі шекті ысырылу кернеуі τ_ш, ал көлденең осьтегі – сәйкесті ысырылу кернеуі δ.

0-ден 1 МПа -ға дейінгі сығу кернеуі диапазонындағы сусымалы грунттардың шекті ысырылу кедергісі координат басынан бастапқы және қысым осіне қарай γ бұрышпен көлбеу түзу болып табылады.

Ысырылу кернеуін мына формула арқылы есептеуге болады:

τ = δtgφ

Сусымалы грунттардың ысырылу кедергісі – бұл олардың үйкелісіне кедергі, содықтан φ бұрышын ішкі үйкеліс бұрышы деп атайды, tgφ – ішкі үйкеліс коэффициенті. Сусымалы грунттардың шекті ысырылу кедергісі қалыпты қысымға тура пропорционал. Бұл тәуелділік грунт механикасында Кулон заңымен сипатталады.

Қалыпты тығыздалған грунттар үшін 0–ден 0,07 МПа -ға дейінгі сығу кернеулері диапазонындағы ысырылу диаграмасы сол сияқты түзу сызықты теңдеумен бейнеленуі мүмкін. Байланысқан грунттар үшін түзудің теңдеуі келесі түрге ие:

r = δtgφ + І

мұндағы, І – ілініс.

Сусымалы грунттың аналогиясы бойынша tgφ ішкі үйкеліс коэффициентін, ал с параметрі іліністі білдіреді. Н. Н. Масловтың ілімі бойынша ілініс екі қосындыдан тұрады:

13-сурет. Стабилометр: 1-бүйірлік қысымын өлшеуге арналған манометр; 2- грунттың үлгісі; 3- резеңке қабық; 4- жоғары поршень; 5- сұйықпен толған сынаушы камера; 6- сұйықтық; 7- резеңке қабық ішінде қысымды өлшейтін манометр 8- қалыпты қысымды өлшейтін манометр

І= І_қ + І_ил.

мұндағы:

І_қ – қирағанда қайта орнына келмейтін қатты ілінісу;

І_ил. – илікпелі ілінісу.

Үш осьті сығу аспабында (стабилометрлерде) грунтты сынау кезінде жұқа резеңкелі қабыққа қойылған үлгіні жан- жағынан сұйықпен қысады. Тік сығатын күш δ₁ үлгіге шток арқылы беріледі. Стабилометр құрылымының ерекшелігі – грунт үлгісі бар резеңкелі қабық пен металл цилиндрдің қатты қабырғаларының арасын сумен немесе басқа сұйықтықпен толтырады да герметикалы бекітеді.

Сынау кезінде монометр бойынша грунт үлгісінің торцтарымен судың кеуектілік қысымын өлшейді, индикатор бойынша осьті деформациялар және көлемді өзгерістер валюмометрялық түтік бойынша белгіленеді. “Faznell” фирмасының стабилометрлері (Ұлыбритания, Joil Fest США), сонымен бірге Гидропроектің НИС-ң, ЛИИКТ және ДИИТ конструкциясының аспаптары сазды және құмды грунттың деформациялануы мен беріктілігінің параметрлерін анықтау кезінде қолданылады. Ірісынықты грунтты зерттеу үшін ірі габаритті ПТС-220 және ПТС-300 типті стабилометрлер қолданылады.

3.3.4. Жартасты және жартылай жартасты грунттардың
физикалық қасиеттері

Су-физикалық қасиеттері

Жыныстардың негізгі қасиеттері тығыздығы, ылғалдылық, суға қанығу, суға жұтылу, кеуектілік болып табылады. Жартасты жыныстардың физикалық-механикалық көрсеткіштерінің көбісі тәжірибелік жағдайларда анықталады.

Топырақ тығыздығы – жыныстың негізгі агрегаттық күйлері (қатты, сұйық, газ тәрізді) массаларының, осы фазалар алатын көлемге қатынасы. Көлемдік масса жыныстың минералдық құрамы мен оның құрылымдық ерекшеліктерімен, әсіресе кеуектілікпен анықталады.

Тау жынысының топырақ бөлшектерінің тығыздығы оның көлемінің бірлік массасы ретінде анықталады.

Ылғалдылық – су массасының үлгінің, тіпті құрғақ фазаның массасына қатынасы.

Суға қанығу – жыныс үлгісіндегі барлық қуыстардың жарықшақтар мен басқа кеуектердің толуы.

Су сіңіру – тау жынысының қалыпты жағдайларда оларды суға салған кезде, суды сіңіріп алу қабілеті. Суға жұтылу тіпті құрғақ жыныстардың массасынан пайызбен немесе бірлік бөлікпен көрсетіледі. Әдетте, суға жұтылу бойынша тәжірибелер 3 немесе 5 тәулікке созылады. Суға жұтылу мөлшері суға қанығуға қарағанда әлдеқайда аз. Суға жұтылудың суға қанығуға қатынасын тау жынысының суға қанығу коэффициенті деп атайды.

K_қ .

Егер K_қ 0,8 болса, онда жыныстарды аязға төзімсіз грунттар деп санайды.

Кеуектілік – тау жыныстарындағы барлық қуыстардың (кеуектердің, мирожарықшақтардың және т. б.) көлемі. Кеуектілік тау жынысының физикалық-механикалық қасиеттері ішінде анықтайтын мәнге ие. Ол қуыстар көлемінің тау жынысының барлық көлеміне қатынасымен анықталады және пайызбен көрсетіледі.

Жалпы кеуектілік (абсолютті, нақты, физикалық) мына формуламен анықталады:

n = P_s/P_d ∙ 100%

Осыған сәйкес, кеуектілік коэффициенті P_s - P_d P_d.

Кеуектілік пен кеуектілік коэффициентінің арасында келесі тәуелділік бар:

n/100 – n

Ашық кеуектілік 3-5 тәулік толық суға қанығудан кейін жыныстың қуыс кеңістігіне кірген судың көлемімен анықталады.

3.3.5. Жартасты және жартылай жартасты грунттардың механикалық қасиеттері

Тау жыныстарының әр түрлі сыртқы әсерлерге келтіретін кедергісі мен күштің әсерінен үлкен қалдық деформациялардың түзілуі беріктілік деп аталады, ал олардың күштер әсерінен пішінін өзгерту қасиеті деформация деп аталады.

Жартасты және жартылай жартасты тау жынысы деформацияларының бағасы мен есебін білу үшін олардың деформациялық сипаттамаларын білу қажет. Оларға жататындар: серпімділік модулі (Юнг модулі) Е, көлденең деформацияның коэффициенті (Пуассон коэффициенті) , бүйірлік қысым коэффициенті , жалпы деформацияның модулі Е₀.

Гук заңы бойынша қалыпты деформация l / - l= E_z әсер етіп жатқан кернеуге () тура пропорционал, яғни = Е l / l, бұдан Е = /E_z кгс/ см ².

Гук теңдеуінен шығатын қорытынды, серпімділік модулі қалыпты деформацияның мөлшері мен сол кездегі кернеу туғызған мәннің арасындағы пропорционалдық коэффициент болып табылады. Серпімділік модулі килограмм күштің шаршы сантиметр мәніне тең (кгс/ см ²), ол 1- ге тең қатысты деформациямен шектелген.

Серпімділік модулі – бұл қатты денелердің, жартасты және жартасты емес жыныстардың серпімділік қасиеттерінің негізгі сипаттамасы. Сондықтан жартасты жыныстарда оның мәндері жартылай жартастыларға қарағанда жоғарырақ. Тау жынысының серпімділік қасиеттерінің екінші маңызды сипаттамасы көлденең деформация коэффициенті болып табылады, яғни:

= E_х / E_z; бұдан E_х = E_z.

Сөйтіп, көлденең деформацияның коэффициенті (Пуассон коэффициенті) қатысты деформациялар (созылу) мен қатысты байланыстардың (сығу) арасындағы пропорционалдық коэффициент болып табылады. Бұл коэффициент жартасты және жартылай жартасты жыныстарда 0,08- ден 0,34- ке дейінгі шектерде өзгереді. Мәні үлкен болған сайын, жыныс үлкен берілгіштікке ие болады, ол топырақтың минералдық құрамына, кеуектілік пен жарықшақтығына тәуелді.

Бүйірлік көлемнің коэффициенті тура күштердің қай бөлігі жыныс арқылы жан-жаққа берілетінін көрсетеді. Ол бүйірлік қысымның P оны тудырған тура күштің Р қатынасына тең:

= P / P

Бүйірлік қысым коэффициентінің мөлшері жартасты жыныстарда 0-0,1 шекте 0,2- 0,3 шекте жартылай жартасты жыныстарда өзгереді.

Жартасты және жартылай жартасты тау жыныстардың деформацияларын бағалау үшін жалпы деформацияның модулі зор маңызға ие. Жалпы деформацияны серпімділердің есебінен, сонымен бірге қалдық деформацияның есебінен, күштердің әсерінен сипаттайды. Құрылыстардың шөгулерін есептеу кезінде тау жынысының осындай деформациялық қасиеттерінің көрсеткіштерін қолданады.

Жалпы деформацияның модулі серпімділік модуліне ұқсас сипаттама болып табылады, ол жыныстардың жалпы деформациялары (серпімді және қалдықты) мен оларды тудырушы кернеулер арасындағы пропорционалдықты бейнелейді, яғни:

Е = _z

Жалпы деформацияның модулі кернеудің өлшем бірлігіне ие. Массивтегі жартасты жыныстардың механикалық қасиеттерін сипаттайтын бір осьті сығудың көрсеткіштері төменде келтірілген.

Жартасты және жартылай жартасты жыныстардың беріктілігін сығуылға уақытша кедергісімен, созылуын, майысуын бағалау арқылы көрсету керек.

Жыныстар Сығу, МПа

Кристалды тақтатастар 120..160

Суға қаныққандар 36..48

Кварциттер 150..200

Гнейстер

Жасыл тақтатастар (хлоритті, хлорит-сирицитті,

тальк- хлоритті) 45..60

Жасыл тақтатастардың құрғақ үлгілері 25..30

Сазды тақтатастар (суға қаныққан кезде бұзылады) 25..40

Мүйіз алдамшалары, мәрмәр 100

Ұсақ түйірлі доломиттенген мәрмәрлар 200 және

Ұсақ кристалды базальттар 500- ге дейін

Кеуекті базальттар

Долериттер мен диабаздар150..180

Габбро 40..300

Доломиттер 220

Микрожарықшақты доломиттер 50..60

Әктасты доломиттер 80

Сазды доломиттер 60

Цементтегі конгломераттар:

Құмтасты кварцтар 100- ге дейін

Әктасты 50..60

Сазды 25-ке дейін

Темірлі 100- ге дейін

Гипсті 3..5

Кварцтанған алевролиттер мен аргилиттер 100- ден көп

Құрғақ күйдегі кремнийлі жыныстар (опока, трепел) 70

Суға қаныққан күйде 0,5..0,1

Кварцтанған әктастар 100..240

Аяққа тұрақтылыққа сынаудан кейінгі әктастар 70

Кристалды әктастар:

Ұсақ түйірлі 100

Ірі түйірлі 25..670

Мергелдер 7..30

Бор 1..17,5

Құрғақ күйдегі диатомиттер 4..5

Солар, суғақаныққан 0,1..0,6

Жартылай жартасты жыныстардың сығуға уақытша кедергісі кең шектерде өзгереді; беріктерде айырымы 150- ден 500 кгс см ²-қа дейін, орташа беріктілікте 25-тен 150 кгс см ²-қа дейін, аз беріктілікте – 25 кгс см ²-ден аз. Жарылуға кедергісі әдетте 50 кгс см ²-ден асады. Беріктілерде, орташа берікті жыныстарда 10- нан 50 кгс см ² және әлсіздерде 10 кгс см ².

Жартасты және жартылай жартасты (Ломтадзе В. Д. бойынша) жыныстардың кең таралған типтерінің сығылуға уақытша кедергісі

11-кесте

Жыныстар	Rсығ , кгс см ^2	Жыныстар	Rсығ , кгс см ^2
Магмалық: Гранит	1000-2300	Метаморфтық: Мәрмар	600-1400
Сиенит	1000-2000	Кварцит	1600-4000
Гранодиорит	100-2500	Гнейс	800-2200
Диорит	100-2600	Гнейсті гранит	800-2200
Габбро	1000-3000	Кристалды тақтатас	200-1000
Кварц.порфир	100-2200
Липарит	900-1800	Шөгінділер
Порфир	1000-2200
Трахит	500-1500	Доломит	600-2000
Кварц порфиритті	100-2000	Қатты әктас	70-500
Дацит	800-1700	Әлсіз әктас	5-150
Порфирит	1200-2400	Мергель	5-150
Андезит	300-1500	Бор	500-1800
Диабаз	1100-3300	Қатты құмтас	15-500
Базальт	800-2400	Әлсіз құмтас	5-500
Жанартау туфы	30-800	Аргеллит	5-500
		Аргеллит тектес және тығыз саздар	5-30

Бақылау сұрақтары

1. Минералдар дегеніміз не?

2. Минерология ғылымы нені зерттейді?

3. Тау жынысын түзуші минералдарға сипаттама беріңіз.

4. Магмалық тау жыныстары қалай пайда болады?

5. Эффузиялық жыныстар туралы айтыңыз.

6. Интрузиялық тау жыныстарының негізгі түрлері.

7. Континенттік төрттік шөгінділер.

8. Шөгінді жыныстардың жіктелімі.

9. Грунт дегеніміз не?

10. Жартасты және жартасты емес грунттар қалай ажыратылады?

11. Грунттардың физика-механикалық қасиеттерінің негізгі көрсеткіштері.

12. Стабилометр қандай аспап?

13. Жартасты және жартасты емес грунттардың қандай физикалық қасиеттері бар?

14. Серпімділік модулі дегеніміз не?

15. Деформация дегеніміз қандай процесс?

4-БӨЛІМ. ЖЕРАСТЫ СУЛАРЫ

4.1. Жерасты сулары жайлы түсінік

Жер қыртыстарындағы сулар үш физикалық күйде болады: бу түрінде, сұйық және қатты. Тау жыныстарына қарай жерасты сулары байлаулы және еркін болып бөлінеді.

Байлаулы сулар тау жыныстарының түйіршіктерімен тығыз байланысты болады және оларда молекулярлық күшпен ұсталып тұрады, олар өздерінің мөлшері бойынша гравитациялық күштерден асып түседі, яғни ауырлық күшінен асады. Еркін судың байлаулы сулардан айырмашылығы ауырлық күші әсерінен жыныстардың арасындағы бос саңылаулар мен қыртыстарда еркін қозғалады.

Байлаулы су тау жыныстарының минералогиялық-петрографиялық және инженерлік-геологиялық қасиеттерін зерттеуде маңызды болып табылады, бірақ ол жерасты суларының тау жыныстарында қозғалатын және жиналатын гравитациялық тамшы-сұйық сулар санатына жатқызылмайды. Бұл сулар халықты және өнеркәсіптік кәсіпорындарды сумен қамтамасыз көзі болып табылады немесе көп жағдайда өнеркәсіп үшін шикізат ретінде (құрамында йод пен бром болса) қолданылады. Сонымен қатар жерасты сулары адамның шаруашылық әрекетіне зиянын да тигізеді, мысалы ғимараттарды су басу, құнды аумақтарды батпақтандыру сияқты. Бұл пайдалы қазбалы кен орындарын жобалауда біршама қиындықтар туғызады, нәтижесінде олармен күресуге тура келеді.

Жоғары минерализация деңгейіне ие болған жерасты сулары көптеген химиялық реакциялар үшін қолайлы орта болып табылады. Жерасты суларының еріткіштік қабілеттері тау жыныстарының, металдардың және тұздардың бұзылуына, концентрациясына, түрлі пайдалы қазбалар кен орындарының пайда болуына: темір, марганец, гипс және т.б. негіз болады.

Жерасты сулары жер қыртыстарының терең бөліктерінде жүретін магматогендік және пневматолиттік реакцияларға, сонымен бірге гидротермалық кенорындарын құруда, тау жыныстарының метаморфизмі мен метасоматикалық процестеріне белсенді қатысады.

Жерасты суларының жалпы саны анықталмаған. Бұл туралы ғалымдардың берген мәліметтері әр түрлі болуда. Егер жерасты суларын қабаттар түрінде шартты көрсетсек, оның қуатын түрлі зерттеушілер 30 м, 70 м, 250 м, 420 м, 1000 және 2300 м -ден асады деп, ал көлем бірлігінде есептегенде ол 0,0015-тен 1,2 млрд.км -ге дейін жетеді деп бағалануда. Бұл сандардың айырмашылықтары 800 есеге жуық. Бір айта кетерлігі, біздің қазіргі білім деңгейіміз тау жыныстарының қуатын жеткілікті бағалауға, сонымен қатар су жиналатын және қозғалатын қыртыстар мен саңылаулар санын анықтауға мүмкіндік бере алмайды.

4.2. Жерасты суларының қалыптасуы және пайда болу теориялары

Жерасты суларының пайда болуының түрлі теориялары бар. Ең алғашқысы инфильтрациялық теория, ол жерасты сулары атмосфералық жауын-шашындардың әсерінен пайда болады деп түсіндіреді. Бұл теорияны ең алғаш рет XVIII ғасырда француз физигі Мариотт ұсынған және бірнеше жылдан кейін орыс академигі М.В.Ломоносов та қолдаған. М.В.Ломоносов инфильтрациялық теорияға геохимиялық, яғни тау жыныстарының химиялық құрамы олардағы жерасты суларымен байланысты деген түсініктеме берді. Ол жерасты суларын тау жыныстарымен өзара әрекеттестігі процесінде өзгеретін күрделі табиғи ерітінділер түрінде қарастырады.

Инфильтрациялық теория көп уақытқа дейін қолдау тапты. Бірақ түрлі табиғи жағдайларда жерасты суларының құрамы туралы жан-жақты дәлелдемелер таралғаннан кейін оның әлсіз тұсы көріне бастады. Мысалы, шөлді және жартылай шөлді аумақтарда, атмосфералық жауын-шашын аз жерлерде, тау жыныстарының біршама тереңдіктерінде ылғал болатыны анықталды. Сонымен бірге жерасты суларының химиялық құрамы қарастырылғанда, әсіресе терең горизонттарда, осы сулардағы құрғақ қалдықтардың құрамы су құрамы бар жыныстарға ұқсас екенін химиялық талдаулар көрсетті.

ХІХ ғасырдың соңында және ХХ ғасырдың басында жаңа теория өмірге келді. 1887 жылы неміс гидрологы О.Фольгер жерасты сулары негізінен инфильтрация нәтижесінде емес, керісінше тау жыныстарына ауаның кіруінен және су буларының қоюлануы (конденсация) нәтижесінде пайда болады деп тұжырымдады. Сонымен жаңа – жерасты суларының пайда болуы туралы конденсациялық гипотеза пайда болды.

Дата добавления: 2015-08-31