Влияние воды на механические свойства горных пород

Вода оказывает особенно большое влияние на механические свойства рыхлых горных пород, которые делятся на два вида - несвязные и связные (глинистые).

Вода в порах может быть в различных состояниях.

По А. Ф. Лебедеву состояние воды в горных породах может быть следующее:

а) гигроскопическаявода в виде мономолекулярного слоя. Эта вода не растворяет солей, не передает гидростатического давления, не замерзает, не движется;

б) пленочнаявода, т. е. слои воды, следующие за гигроскопической водой. Силы связи с поверхностью твердого тела в этом случае быстро уменьшаются.

Гигроскопическая и пленочная вода составляют физически связанную воду с толщиной слоя 0,25 - 0,5 мк.

Остальная вода называется гравитационной.Эта вода растворяет соли, замерзает, передает гидростатическое давление.

С ростом удельной поверхности горной породы растет и содержание физически связанной воды, влияющей на механические свойства.

Количество содержащейся воды в горной породе можно определить в % из следующего равенства

,

где G_n - масса влажной породы;

G_c - масса скелета породы.

Силы сцепления в несвязных горных породах очень малы. Такие породы сохраняют свою форму только за счет сил внутреннего трения между отдельными частицами.

Сопротивление сдвигу таких пород можно определить по формуле:

,

где - сопротивление сдвигу;

- прочность на сдвиг, зависящий от сцепления частиц;

- коэффициент внутреннего трения;

- среднее нормальное напряжение.

Это выражение соответствует огибающей кругов Мора и описывает прочностные свойства сыпучих тел.

Силы связи в связных глинистых породах имеют физико-химическую природу и обусловлены особым коллоидным состоянием глинистых минералов. Влияние воды на эти породы настолько велико, что от содержания воды они могут быть в твердом, пластическом или текучем состоянии.