Определение плотностных свойств горной породы

Общие сведения о горных породах

Сланец – это уникальный по красоте и не превзойдённый по своей долговечности материал, созданный самой природой. Камень так же древен, как и наша планета. Миллиарды лет назад, под воздействием высоких параметров происходящих в недрах земли, зарождались метаморфические горные породы, характеризующиеся параллельным расположением входящих в их состав вытянутых или пластинчатых минералов, обладающих способностью раскалываться на тонкие пластинки.

Горные породы - природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Горные породы представляют собой природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, слагающие земную кору. Горные породы, состоящие из одного минерала, называют простыми или мономинеральными, а породы из нескольких минералов называют сложными или полиминеральными. Минерал (от лат. minera - руда) - природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образовавшееся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Каждый минерал характеризуется определенными химическим составом и физико-механическими свойствами.

По происхождению горные породы разделяют на три группы: магматические, осадочные и метаморфические (от греч. metamorfo - превращать). Эта классификация горных пород называется генетической (от греч. genesii происхождение).

Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы; воздействие отходящих от этого тела активных химических соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактовый метаморфизм), или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы регионального метаморфизма - высокие температуры и давления.

Определение плотностных свойств горной породы

Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их в свою очередь можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитаци­онным свойствам относят удельный и объемный вес пород, удель­ную массу , плотность (объемную массу) , к структурным - общую и открытую пористость коэффициент пористости .

Удельный вес - это вес единицы объема твердой фазы породы, т.е.

где и - вес и объем твердой фазы образца.

Значения удельного веса горных пород в зависимости от удель­ного веса породообразующих минералов составляют обычно (25-50) * 10⁴Н/м³.

Объемным весом называют отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему V, зани­маемому этими фазами:

𝜰=G/V

Объемный вес - наиболее часто используемая плотностная ха­рактеристика горных пород, которая зависит от их состава и струк­туры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.

Удельная масса - это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы:

Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е.

где - масса агрегатных фаз породы; -объем, занимаемый этими фазами.

Удельная масса и плотность породы могут быть выражены че­рез ее удельный и объемный вес:

/g

где g — ускорение свободного падения.

В отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле.

Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические из­верженные породы, наименьшую - осадочные и некоторые эффу­зивные (вулканические туфы, пемзы).

Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарно-относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризу­ет открытую пористость горной породы. Суммарный относи­тельный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью П_И. Пористость, которая опреде­ляет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью . Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему мине­рального скелета называют коэффициентом пористости К_п,

Поры по размеру (мм) разделяют на три класса: сверхкапилляр­ные (более 0,1), капиллярные (0,002-0,1) и субкапиллярные (ме­нее 0,0002).

Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор к полному объему породы V:

П=(v/V)100%

Пористость горных пород изменяется в широких пределах - от долей процента до 90 % и более. Принято различать породы с по­ристостью (%) низкой (менее 5), пониженной (5-10), средней (10-15), повышенной (15-20) и высокой (более 20).

Исходные данные: размер цилиндрического образца d = h = 40 мм; вес (масса) образца G = M = 115 г; пористость породы Р = 15 %.

Для вычисления объемного веса применяется формула:

𝜰=G/V

где G – вес образца горной породы; - объем образца.

Для определения объема цилиндрического образца используется формула:

,

где - площадь основания; H – высота образца горной породы.

Отсюда следует что

Подставляя получим:

Так как = , то объемный вес

Удельный вес породы определяется из выражения

где P – пористость горной породы

=33.6 кН/

Объемная масса горной породы:

где M=0.140 кг – масса образца; V=50.24 – объем образца горной породы

Плотность горной породы определяется из выражения

№ п.п.	Наименование	Еденицы измерения	Числовые значения	Еденицы измерения	Числовые значения
	Объемный вес	гс/	2,78	КН/	27,8
	Удельный вес	гс/		КН/
	Объемная масса	-	-	кг/
	Плотность	-	-	кг/