Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей высших порядков

Методы определения свойств пород с учётом структурных неоднородностей высших порядков традиционно относят к лабораторным методам исследований. Свойства определяют на образцах, размеры которых в настоящее время стандартизированы.

Методы определения плотностных свойств

Наибольший интерес в геомеханике из плотностных свойств представляют объемный вес, объёмная масса (плотность), удельный вес, и пористость.

В лабораторных условиях на образцах пород обычно определяют объемный вес g и удельный вес g₀. Далее рассчитывают плотность (объемную массу) r и удельную массу r₀. Общую пористость также определяют расчетным путем, используя полученные экспериментально значения удельного g₀ и объемного веса g.

(1).

Для экспериментального определения объемного веса породы требуется знать вес и объем образца. Если определения ведут на образцах правильной геометрической формы, то вес устанавливают путем взвешивания на лабораторных весах, а объем — путем измерения линейных размеров. В случае испытания образцов неправильной геометрической формы для определения объемного веса используют метод гидростатического взвешивания.

В последние годы для лабораторного определения плотности (и объемного веса) пород широко используют гамма-метод (в модификации узкого пучка). При этом испытуемый образец породы помещают между источником радиоактивного гамма-излучения и детектором (рис. 1).

Рис 1. Схема лабораторной установки для измерения плотности горных пород гамма-методом: 1 — источник гамма-излучения; 2 — детектор; 3 — образец породы; 4 — радиометр для регистрации гамма-излучения.

Зная гамма-активность источника, расстояние r между источником и детектором и толщину d образца и регистрируя интенсивность гамма-излучения, прошедшего через образец породы, определяют по специальным номограммам плотность породы r. Гамма-метод определения плотности отличается простотой и высокой производительностью измерений с применением несложной серийной аппаратуры и обеспечивает точность 1−3%.

Определение удельной массы r₀ (удельного веса g₀) в принципе не отличается от определений объёмного веса и плотности, но при этом необходимо обеспечить вскрытие всех пор и удаление газовой и жидкостной составляющих испытуемой породы.

В некоторых задачах геомеханики, и особенно при физической интерпретации результатов наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность выражают процентным отношением веса воды, содержавшейся в образце породы, к весу образца после его высушивания. Для определения влажности образец сначала взвешивают в естественном состоянии, а затем доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105−110°С. Сопоставляя вес влажного образца G₁ и вес сухого образца G₂, влажность вычисляют по формуле.

(2).