Главная
Документы
Приложение 9. Физико-технические свойства многолетнемерзлых крупнообломочных пород

"Инструкция по разработке многолетнемерзлых россыпей подземным способом (камерные и столбовые системы разработки). РД 06-326-99" (утв. Постановлением Госгортехнадзора РФ от 18.11.1999 N 84) (вместе с "Методикой прогноза устойчивости и контроля пород...

Приложение 9. Физико-технические свойства многолетнемерзлых крупнообломочных пород

Приложение 9

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

1. Многолетнемерзлые обломочные породы, вмещающие россыпи, весьма разнообразны по гранулометрическому составу, генезису, характеру естественного строения и криогенной текстуре. Прочностные и деформационные свойства таких пород определяются соотношением крупнообломочного материала (размер обломков более 2 мм) и мелкодисперсного заполнителя (размер песчанистых, глинистых и илистых частиц от 2,0 до 0,005 мм и менее), значения отрицательной температуры и содержания в породе воды, льда и воднорастворимых солей, вида напряженного состояния, величины и времени действия нагрузки.

2. По физическому состоянию мерзлые породы подразделяют на:

твердомерзлые породы - это прочно сцементированные льдом, характеризующиеся относительно хрупким разрушением дисперсные и крупнообломочные породы. К ним относят песчаные, глинистые, крупнообломочные с дисперсным заполнителем, сильно трещиноватые скальные породы при температуре (°C):

для песков пылеватых - ниже минус 0,3;

для супесей - ниже минус 0,6;

для суглинков - ниже минус 1,0;

для глины - ниже минус 1,5;

пластичномерзлые породы - сцементированные льдом, но обладающие вязкими свойствами вследствие содержания в них значительного количества незамерзшей воды, способные сжиматься под нагрузкой. Твердомерзлые породы со степенью заполнения пор льдом и незамерзшей водой G = 0,8 переходят в пластичномерзлое состояние, если их температура находится в пределах от 0 °C до температуры, указанной для твердомерзлых пород. При G > 0,8 или G < 0,8 и засоленности породы более 0,25% состояние ее определяется на основе специальных исследований;

сыпучемерзлые породы - песчаные и крупнообломочные, не сцементированные или слабо сцементированные льдом вследствие малой влажности. К сыпучемерзлым породам, иногда называемых "сушенцами" или "морозными", относят породы с влажностью менее 3%.

3. Засоленность породы определяется отношением массы воднорастворимых солей к массе минерального скелета. К засоленным относят породы с содержанием солей более 0,25%. Засоленные породы могут находиться в талом состоянии до температуры -2 - -30 °C, такие породы встречаются на побережьях арктических морей.

4. Суммарная льдистость породы (Л ) определяется отношением объема

льда, заключенного в порах (лед-цемент) и в льдовыделениях, к объему

мерзлой породы. Различают слабольдистые (содержание льда менее 25%),

льдистые (содержание льда 25 - 50%) и сильнольдистые (содержание льда более

50%) породы.

5. В зависимости от содержания льда в мерзлой породе формируется ее сложение (криогенная текстура), обусловленное режимом замерзания содержащейся в ней воды и характеризующееся формой, величиной и расположением выделений чистого льда.

Различают ряд криогенных текстур: массивную, базальную, атакситовую, линзовидную, порфировидную, слоистую, сетчатую, решетчатую и ряд других переходных видов.

Массивная текстура характеризуется в основном порового льда-цемента.

Массивная поровая текстура характерна тем, что лед заполняет все поры в

породе. Льдонасыщенность не превышает первоначальной пористости породы в

талом состоянии (Л < 25%).

Слоистая и сетчатая текстуры характеризуются наличием льда в виде

выдержанных слоев и прослоек или системой косоориентированных

взаимопересекающихся ледяных шлиров, создающих ледяную сетку (Л < 50%).

Решетчатая (ячеистая) текстура характеризуется системой горизонтально

залегающих параллельных ледяных слоев и вертикальных линз, клиньев и

прослоев, создающих пространственную решетку (Л около 50%).

Базальная текстура характеризуется тем, что минеральные агрегаты

раздвинуты текстурообразующим льдом. Льдонасыщенность больше пористости

породы в талом состоянии (Л < 60%).

Атакситовая текстура характеризуется тем, что агрегаты породы

располагаются беспорядочно в массе льда, лед по объему преобладает

(Л > 60%).

Порфировидная и линзовидная текстуры характеризуются тем, что на фоне

массивной криогенной текстуры породы встречаются выделения льда в виде

редких неправильных или линзовидных тел различной формы и размеров.

Корковая текстура характеризуется тем, что лед образует корки вокруг

крупнообломочного материала, а в заполнителе в основном - лед-цемент и

редкие рассеянные небольшие шлиры льда (Л < 50%).

6. Для всех видов напряженного состояния справедливы общие закономерности прочностных и реологических свойств мерзлых обломочных пород:

- длительная прочность пород значительно (в 4 - 10 раз) меньше мгновенной прочности (временного сопротивления);

- прочность снижается в течение сравнительно длительного времени, однако наиболее интенсивно - в начальный небольшой период;

- для мерзлых крупнообломочных пород существует оптимальное содержание дисперсного заполнителя (25 - 50%), соответствующее максимальной прочности пород;

- наибольшей прочностью обладают такие породы, влажность которых равна пределу полного влагонасыщения. С понижением льдистости связность породы уменьшается. С повышением льдистости прочностные характеристики в большей степени определяются свойствами льда;

- при прочих равных условиях решающее значение имеет величина отрицательной температуры, с повышением которой прочность льдонасыщенной породы снижается, а реологические свойства проявляются сильнее;

- длительная прочность мерзлых пород выше, чем чистого льда, однако мгновенная, как правило, ниже;

- с повышением плотности прочность пород увеличивается, а показатели реологических свойств снижаются;

- более дисперсные породы обладают меньшей прочностью;

- прочность крупнообломочных пород существенно зависит от состава дисперсного заполнителя, снижаясь при прочих равных условиях согласно ряду: пески, супеси, суглинки, глины;

сильнольдистые и дисперсные илистые породы подвержены значительному трещинообразованию от динамических нагрузок, вызванных взрывными работами.

7. В условиях россыпных шахт зоны многолетней мерзлоты параметры камерных систем разработки следует рассчитывать по предельным состояниям, пролеты камер - по устойчивости, а размеры междукамерных целиков - по допустимым деформациям сжатия.

8. При расчете по предельным состояниям различать нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативными называют наибольшие нагрузки, которые установлены нормами и допускают нормальную эксплуатацию сооружений.

Расчетные нагрузки равны произведению нагрузок на коэффициенты перегрузки, величина которых колеблется от 1,1 до 1,4.

9. Прочностные и деформационные свойства мерзлых пород также характеризуются нормативными и расчетными показателями. Нормативные характеристики вычисляют как средние из серии параллельных испытаний, расчетные - путем умножения на коэффициент однородности, который принимают от 0,8 до 0,95.

10. Учитывая непродолжительный срок существования очистных выработок и междукамерных целиков в россыпных шахтах, допускается в расчетах принимать нормативные значения прочностных и деформационных характеристик, в частности, предельно длительную прочность мерзлых пород на сжатие, растяжение и сдвиг.

Нормативные показатели прочности мерзлых пород, согласно СНиП II-Б.6-66, СНиП II-М.4-65 и другим литературным источникам, приведены в табл. П.9.1 - П.9.8.

Таблица П.9.1

ПРОЧНОСТЬ МЕРЗЛЫХ ПОРОД НА РАСТЯЖЕНИЕ

┌───────────────────────────┬─────────┬────────────┬──────────────────────┐

│ Порода │Влажность│Температура,│Сопротивление разрыву,│

│ │по массе,│ °C │ кгс/кв. см │

│ │ % │ ├──────────┬───────────┤

│ │ │ │мгновенная│длительная │

├───────────────────────────┼─────────┼────────────┼──────────┼───────────┤

│Суглинок тяжелый пылеватый │39 │-4,2 │24,0 │1,7 - 1,8 │

│Суглинок легкий │30 │-4,0 │20,0 │1,6 - 1,7 │

│Супесь тяжелая, пылеватая │44 │-4,2 │20,0 │1,6 - 1,7 │

│То же │44 │-0,2 │7,0 - 8,0 │0,3 │

│-"- │30 │-4,6 │ │1,7 - 1,8 │

│Супесь легкая, пылеватая │31 │-4,3 │20,0 │1,8 │

└───────────────────────────┴─────────┴────────────┴──────────┴───────────┘

Таблица П.9.2

НОРМАТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ПОРОД НОРМАЛЬНОМУ

ДАВЛЕНИЮ И СДВИГУ ПО БЕТОННЫМ И ДЕРЕВЯННЫМ

ПОВЕРХНОСТЯМ ФУНДАМЕНТОВ (СНиП II-Б.6-66)

┌────────┬────────────────────────┬───────────────────────────────────────┐

│ Вид │ Порода │ Нормативные сопротивления, кгс/кв. см │

│нагрузки│ ├───────────────────────────────────────┤

│ │ │ Температура, °C │

│ │ ├────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┤

│ │ │-0,5│-1,0│-1,5│-2,0│-2,5│-3,0│-3,5│-4,0│

├────────┼────────────────────────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤

│Сжатие │Крупнообломочные и │9 │12 │14 │16 │18 │19 │21 │23 │

│ │песчаные крупные и │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │средней крупности │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │Песчаные мелкие и │7 │9 │11 │13 │14 │16 │17 │18 │

│ │пылеватые │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │Супеси, включая │5 │7 │9 │10 │11 │13 │14 │15 │

│ │пылеватые │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │Суглинки и глины, │4 │6 │7 │8 │9 │10 │11 │12 │

│ │включая пылеватые │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │Все виды пород с │3 │4 │5 │6 │7 │8 │9 │9 │

│ │ледяными прослойками и │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │включениями льда │ │ │ │ │ │ │ │ │

│Сдвиг │Песчаные всех │0,8 │1,3 │1,6 │2,0 │2,3 │2,6 │2,9 │3,3 │

│ │разновидностей │ │ │ │ │ │ │ │ │

│ │Глинистые, включая │0,5 │1,0 │1,3 │1,5 │1,8 │2,0 │2,3 │2,5 │

│ │пылеватые │ │ │ │ │ │ │ │ │

└────────┴────────────────────────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘

Таблица П.9.3

НОРМАТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ЗАСОЛЕННЫХ ПОРОД

НОРМАЛЬНОМУ ДАВЛЕНИЮ И СДВИГУ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ

СМЕРЗАНИЯ С БЕТОННЫМИ И ДЕРЕВЯННЫМИ

ФУНДАМЕНТАМИ (СН 450-72)

┌────────┬──────────────────────────┬─────────┬───────────────────────────┐

│ Вид │ Порода │Засо- │Нормативные сопротивления, │

│нагрузки│ │ленность,│ кгс/кв. см │

│ │ │% ├───────────────────────────┤

│ │ │ │ Температура, °C │

│ │ │ ├──────┬──────┬──────┬──────┤

│ │ │ │ -1 │ -2 │ -3 │ -4 │

├────────┼──────────────────────────┼─────────┼──────┼──────┼──────┼──────┤

│Сжатие │Пески пылеватые │0,05 │6,0 │13,0 │16,0 │18,0 │

│ │ │0,10 │3,0 │5,0 │9,0 │13,0 │

│ │ │0,20 │- │2,5 │5,5 │6,5 │

│ │ │0,50 │- │1,5 │2,0 │3,0 │

│ │Пески мелкие и средние │0,10 │8,0 │12,0 │14,0 │17,0 │

│ │ │0,20 │4,0 │8,0 │11,0 │14,0 │

│ │ │0,50 │- │4,0 │6,0 │8,0 │

│ │ │0,75 │- │- │3,5 │4,5 │

│ │Супеси │0,20 │5,0 │7,5 │13,0 │15,0 │

│ │ │0,50 │- │4,0 │7,0 │9,0 │

│ │ │0,75 │- │- │2,0 │3,0 │

│ │Суглинки │0,20 │4,5 │6,5 │10,0 │12,0 │

│ │ │0,50 │2,5 │3,5 │6,5 │9,5 │

│ │ │1,00 │- │- │2,5 │4,5 │

│ │Глины │0,25 │4,5 │6,5 │10,0 │12,0 │

│ │ │0,50 │2,5 │3,5 │6,5 │9,5 │

│ │ │0,75 │- │- │3,0 │5,0 │

│Сдвиг │Пески пылеватые │0,05 │0,7 │1,2 │1,7 │2,4 │

│ │ │0,10 │0,4 │0,8 │1,2 │1,5 │

│ │ │0,20 │- │0,4 │0,6 │0,8 │

│ │ │0,50 │- │0,4 │0,6 │0,8 │

│ │Пески мелкие и средние │0,10 │0,8 │1,5 │2,0 │2,5 │

│ │ │0,20 │0,6 │1,2 │1,8 │2,3 │

│ │ │0,50 │- │0,4 │0,8 │1,3 │

│ │ │0,75 │- │- │0,4 │0,6 │

│ │Супесь, суглинок, глина │0,20 │0,7 │1,1 │1,4 │1,7 │

│ │ │0,50 │0,4 │0,7 │1,0 │1,2 │

│ │ │1,00 │- │- │0,6 │0,8 │

└────────┴──────────────────────────┴─────────┴──────┴──────┴──────┴──────┘

Таблица П.9.4

НОРМАТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ "ЛЬДОПОРОДЫ" НОРМАЛЬНОМУ ДАВЛЕНИЮ

И СДВИГУ ПО ПОВЕРХНОСТИ СМЕРЗАНИЯ С ПОРОДОЙ (СН 450-72)

┌─────────────────┬───────────────────────────────────────────────────────┐

│ Вид нагрузки │ Нормативные сопротивления, ксг/кв. см │

│ ├───────────────────────────────────────────────────────┤

│ │ Температура, °C │

│ ├───────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┤

│ │ -1,0 │ -1,5 │ -2,0 │ -2,5 │ -3,0 │ -3,5 │ -4,0 │

├─────────────────┼───────┼───────┼───────┼───────┼───────┼───────┼───────┤

│Сжатие │0,5 │1,0 │1,4 │1,9 │2,3 │2,6 │2,8 │

│Сдвиг │0,25 │0,35 │0,40 │0,50 │0,55 │0,65 │0,70 │

└─────────────────┴───────┴───────┴───────┴───────┴───────┴───────┴───────┘

Таблица П.9.5

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛЫХ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

РАЗРЫВУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ ДЕЙСТВИЯ НАГРУЗКИ

┌─────────────────────────────────┬───────┬───────────────────────────────┐

│ Порода │Темпе- │ Предел прочности на разрыв, │

│ │ратура,│ кгс/кв. см │

│ │град. ├───────────────────────────────┤

│ │ │ Время действия нагрузки, ч │

│ │ ├────────┬────┬───┬───┬───┬─────┤

│ │ │2 (мин.)│0,5 │1,0│25 │200│> 200│

├─────────────────────────────────┼───────┼────────┼────┼───┼───┼───┼─────┤

│Льдистый гравий с галькой │-5 │10,5 │6,7 │6,0│3,9│3,2│2,2 │

│Гравий и галька с примесью супеси│-5 │12,7 │7,3 │6,5│4,1│3,3│2,2 │

│Гравий и галька │-3 │10,8 │7,4 │6,4│3,6│2,7│1,3 │

│с супесчаным заполнителем │-5 │15,1 │9,5 │8,5│5,0│4,9│3,6 │

│Гравий и галька плотного сложения│-5 │12,6 │8,3 │7,5│5,3│4,6│3,5 │

│с супесчаным заполнителем │ │ │ │ │ │ │ │

│Супесчаный гравий с галькой │-3 │9,0 │5,4 │4,9│3,4│2,8│2,1 │

│ │-5 │12,0 │6,9 │6,3│4,5│4,0│3,1 │

│Суглинистый гравий с галькой │-5 │11,9 │7,4 │6,7│4,6│4,0│3,0 │

└─────────────────────────────────┴───────┴────────┴────┴───┴───┴───┴─────┘

Таблица П.9.6

ПРЕДЕЛЬНО ДЛИТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ МЕРЗЛОГО ГРАВИЯ

И ГАЛЬКИ С ПЕСЧАНЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И НОРМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

(ПОРОДЫ ЕСТЕСТВЕННОГО СЛОЖЕНИЯ)

┌────────────────────┬────────────────────────────────────────────────────┐

│Величина нормального│ Предельно длительное сопротивление, кгс/кв. см │

│давления, кгс/кв. см├────────────────────────────────────────────────────┤

│ │ Температура, °C │

│ ├───────┬───────┬──────┬──────┬──────┬───────┬───────┤

│ │ -1 │ -2 │ -3 │ -5 │ -8 │ -10 │ -15 │

├────────────────────┼───────┼───────┼──────┼──────┼──────┼───────┼───────┤

│5,0 │7,8 │8,3 │8,8 │9,6 │11,0 │11,8 │14,0 │

│10,6 │12,6 │13,4 │14,2 │15,6 │17,8 │19,3 │22,5 │

│18,5 │17,6 │18,4 │19,1 │20,6 │22,9 │24,4 │28,2 │

└────────────────────┴───────┴───────┴──────┴──────┴──────┴───────┴───────┘

Таблица П.9.7

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОДНООСНОМУ СЖАТИЮ ЗАМОРОЖЕННЫХ

КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ПОРОД В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ

ДЕЙСТВИЯ НАГРУЗКИ

┌─────────────────────────────┬───────┬───────────────────────────────────┐

│ Порода │Темпе- │ Предел прочности на разрыв, │

│ │ратура,│ кгс/кв. см │

│ │град. ├───────────────────────────────────┤

│ │ │ Время действия нагрузки, ч │

│ │ ├────────┬────┬─────┬────┬────┬─────┤

│ │ │2 (мин.)│0,5 │ 1,0 │ 25 │200 │> 200│

├─────────────────────────────┼───────┼────────┼────┼─────┼────┼────┼─────┤

│Льдистый гравий с галькой │-5 │46,4 │30,4│27,8 │19,8│17,2│13,4 │

│Гравий и галька с примесью │-5 │46,0 │32,2│29,9 │23,1│20,8│17,5 │

│супеси │ │ │ │ │ │ │ │

│Гравий и галька с супесчаным │-3 │35,0 │25,6│23,9 │19,0│17,4│15,0 │

│заполнителем │-5 │41,66 │29,9│28,0 │22,5│20,7│18,0 │

│Гравий и галька плотного │-5 │41,8 │29,6│27,9 │23,0│21,4│19,1 │

│сложения с супесчаным │ │ │ │ │ │ │ │

│заполнителем │ │ │ │ │ │ │ │

│Песчаный гравий с галькой │-5 │50,0 │36,8│34,2 │26,6│24,1│20,5 │

│Супесчаный гравий с галькой │-3 │32,5 │23,3│21,8 │17,5│16,1│14,0 │

│ │-5 │39,6 │28,9│27,5 │23,4│22,0│20,0 │

│Суглинистый гравий с галькой │-5 │35,4 │26,4│25,2 │21,9│20,8│19,2 │

└─────────────────────────────┴───────┴────────┴────┴─────┴────┴────┴─────┘

Таблица П.9.8

ЗНАЧЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ (C) И УГЛА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ (ФИ)

МЕРЗЛЫХ ПОРОД ЕСТЕСТВЕННОГО СЛОЖЕНИЯ

┌──────────────────────────┬────────────┬─────────────────────────────────┐

│ Порода │Температура,│ Величина нормального давления, │

│ │ град. │ кгс/кв. см │

│ │ ├────────────────┬────────────────┤

│ │ │ менее 10 │ от 10 до 20 │

│ │ ├──────────┬─────┼──────────┬─────┤

│ │ │ C, │ фи, │ C, │ фи, │

│ │ │кгс/кв. см│град.│кгс/кв. см│град.│

├──────────────────────────┼────────────┼──────────┼─────┼──────────┼─────┤

│Суглинистый щебень │-1 - -1,5 │2,1 │31,0 │2,1 │31,0 │

│Гравий и галька с песчаным│-1 │3,4 │40,5 │5,6 │33,0 │

│заполнителем │-3 │4,4 │42,0 │6,8 │33,5 │

│ │-5 │5,5 │42,0 │7,6 │34,5 │

│ │-10 │8,0 │43,5 │9,6 │39,0 │

└──────────────────────────┴────────────┴──────────┴─────┴──────────┴─────┘

Приложение 8. Методика расчета параметров конструктивных элементов систем разработки Приложение 10. Акт разведки отработанного шахтного поля на воду