Коэффициент пористости глины: Физические свойства глинистых грунтов

Коэффициент консистенции глинистых грунтов. 2. Определение физико-механических свойств грунтов.


3. Классификационные показатели глинистых грунтов.

3.1. Классификационные показатели глинистого грунта в строительной практике.

Глинистые грунты содержащие достаточное количество глинистых частиц и достаточное количество влаги проявляют свойства пластичности, т.е. способность изменять под воздействием внешних сил свою форму без разрывов оплошности и трещин.

Глинистые частицы образовались в процессе выветривания горных пород под воздействием химических процессов, и характеризуется очень малыми размерами d<0,005мм при опытном определении по методике Сабанина и d≤0,002 по методу Стокса. Глинистые частицы состоят из разных минералов обладающих разной активностью взаимодействия с водой. Основные группы минералов глинястых частиц: коаланита, гидрослюд и монтмориллонита. При взаимодействии с водой вокруг глинистых частиц образуются пленки прочносвязанной и рыхлосвязанной воды. Оболочки прочносвязанной воды не могут быть удалены от частиц применением давления, оболочки рыхлосвязанной воды могут быть удалены при давлении P75кг/см2().

При наличии в глинистых грунтах только связанной воды они не проявляют свойств пластичности. При наличии в грунте связанной и свободной (гравитационной) воды они проявляют свойства пластичности. Эта особенность взаимодействия с водой была положена в основу методики оценки границы перехода глинистых грунтов из твердого в пластичное состояние. При значительном количестве свободной воды в глинистом грунте он теряет свойства пластичного тела и переходит в состояние вязкой жидкости. Эта особенность взаимодействия с водой была положена в основу определения границы перехода из пластичного состояния в текучее. Глинистые грунты с различным количеством глинистых частиц, отличающихся размерами, минеральным составом, различающихся составом солей, содержащихся в оболочке рыхлосвязанной воды, характеризуются разными показателями влажностей, соответствующих границам перехода из твердого в пластичное () и из пластичного в текучее состояние (). Влажности на границе раскатывания () и на границе текучести () определяются опытным путем на образцах нарушенной структуры.

В практике использования грунтов для строительных целей, классификация глинистых грунтов по содержанию и активности глинистых частиц осуществлялась по индексу пластичности

Содержание глинистых частиц по массе определяется опытом путем основанным на скорости падения частиц в воде. При известном содержании глинистых частиц Мг (в %) можно оценивать их коллоидно-химическую активность

Ак=Ip/МГ

Ip – число пластичности в %;

При Ак>1,25 – глины с высокой коллоидной активностью, характеризуются высокой влагоемкостью, набухают при замачивании, могут значительно менять прочностные и деформационные свойства при увлажнении, могут резко менять свои свойства при замачивании техногенными жидкостями.

При 0,75<Ак<1,25 – глинистые грунты с нормальной коллоидной активностью, при взаимодействии с водой их свойства меняются в меньшей степени чем для грунтов с высокой активностью.

При 0,75>Ак – глинистые грунты с низкой коллоидной активностью.

Классификация глинистых грунтов по показателю Ip выполняется по таблице 3.1

Таблица 3.1.

Виды глинистых грунтов

Число пластичности Ip

Супесь

0,01≤Ip≤0,07

Суглинок

0,07<Ip≤0,17

Глина

0,17<Ip

Глины в природном состоянии обладают различной величиной влажности, которая может изменяться в процессе строительства и в процессе эксплуатации. Фактической влажности может соответствовать различное состояние грунта по пластичности, что в значительной мере может повлиять на его деформационные, прочностные и другие свойства. Классификационные состояния глинистого грунта по степени пластичности осуществляется по индексу текучести

Классификация глинистых грунтов по индексу текучести приведена в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

Наименование грунта

Показатели индекса текучести

Супеси:

-твердые

-пластичные

-текучие

IL<0

0≤IL≤1

1<IL

Суглинки и глины:

-твердые

-полутвердые

-туго пластичные

-мягко пластичные

-текуче пластичные

-текучие

IL<0

0≤IL≤0,25

0,25<IL≤0,50

0,50<IL≤0,75

0,75<IL≤1,0

1,0<IL

Состояние глинистого грунта по пластичности сильно влияет на изменение его строительных свойств, при устройстве фундаментов неглубокого заложения в качестве опорного слоя основания не рекомендуется применять глинистый грунт с IL>0,75 а при устройстве свайных фундаментов IL>0,6.

Оценка уплотнённости глинистого грунта может быть выполнена по коэффициенту уплотненности

e, ep, eL – коэффициенты пористости грунта естественного сложения на границе раскатывания и на границе текучести.

; .

— плотность вещества частиц грунта;

— плотность воды принимается 1г/см3.

При Ке<0 глинистый грунт не до уплотнен.

При Ке>1 глинистый грунт сильно уплотнен.

При Ке<1 грунт характеризуется средним уплотнением.

studfiles.net

2.2 Определение коэффициента пористости грунта

Коэффициент пористости грунта е определяется (как для песка, так и для глинистого грунта) по формуле

Для песка (2,51 – 1,46) / 1,46 = 0,7

Для глинистого грунта (2,68 – 1,57) / 1,57 = 0,71

где ρs – плотность частиц грунта г/см3 (т/м3)

ρd – плотность сухого грунта г/см3 (т/м3).

2.3 Наименование песка по крупности зерен

Наименование песка ИГЭ-1 устанавливается путем совместного рассмотрения данных табл.2 (по конкретному варианту) и табл. Б10 ГОСТ 25100-95, приведенной в приложении к данному пособию (табл. А1).

Установим наименование песка ИГЭ-1 для варианта 3.

Песок не является «гравелистым», содержание частиц более 2мм составляет при данном варианте 7% , что меньше табличного значения 25% (табл. А1)

Песок не является “крупным”, процентное содержание частиц более 0.5мм составляет 20% (7+13=20). Это меньше табличного значения 50%.

Песок не является «песком средней крупности», содержание частиц более 0,25 мм составляет 38% (7+13+18=38), меньше 50%.

Также не является “мелким”, потому что содержание частиц более 0,1 мм составляет 60% (7 + 13 + 18 + 22 = 60), меньше 75%.

Песок является «пылеватым», так как процентное содержание частиц более 0,1 мм составляет 60 % < 75%.

2.4 Определение плотности сложения песка

Плотность сложения песка определяется по коэффициенту пористости, причем все определения ведутся раздельно для каждого вида песка (по крупности). Используется таблица Б18 ГОСТ 25100-95, приведенная в приложении к данным методическим указаниям (табл. А2)

Определим плотность «пылеватого» песка коэффициент пористости которого составляет 0.7. Согласно табл. А2 данный песок попадает в диапазон 0.60…0.80, что для песков пылеватых соответствует пескам “средней плотности”.

    1. Определение коэффициента водонасыщения

Коэффициент водонасыщения (степень влажности) Srопределяется по формуле

,

Для песка (0,29 * 2,51) / (0,7 * 1,00) = 1,00

Сравним полученное значение Sr песка с табличным (ГОСТ 25100-95 табл. Б17), приведенное в приложении (табл. А3)

Величина Sr = 1,00 попадает в диапазон 0,8…1,00, что соответствует грунтам «насыщенным водой».

Для глины (0,22 * 2,68)/ (0,71 *1,00) = 0,83 (насыщенные водой)

где w, e – соответственно природная влажность и коэффициент пористости,

s , w– соответственно плотность твердых частиц и плотность воды.

Влажность берется не в процентах, а в долях единицы.

    1. Наименование глинистого грунта

Для выяснения наименования пылевато-глинистого грунта ИГЭ-2 определяем “число пластичности” Ip

= 27,2 – 19,2 = 8

где wL , wp– влажности на границе текучести и на границе раскатывания соответственно.

Полученное значение Ip сравнили с приведенным в табл. А4 приложения (соответствующей табл.Б11 ГОСТ 25100-95) и установили название данного пылевато-глинистого грунта «суглинок».

    1. Оценка консистенции пылевато-глинистого грунта

Оценка консистенции грунта ИГЭ-2 делается путем определения “показателя текучести” IL

= (22 – 19,2) / 8 = 0,35

Полученное значение IL сравнили с приведенным в табл. А5 приложения (соответствующей табл. Б14 ГОСТ 25100-95) и установили консистенцию грунта «тугопластичный», так как показатель текучести лежит в диапазоне 0,25…0,50.

studfiles.net

2. Определение физико-механических свойств грунтов.

Все грунты различаются по структуре, текстуре, условиям залегания, минералогическому и петрографическому составу, что обуславливает различие их физико-механических свойств.

Физические свойства характеризуют физическое состояние грунтов. Важнейшие физические свойства: плотность, влажность, пористость, пластичность и т.д.

Водные свойства проявляются в отношении горных пород к воде. Они характеризуют способность породы изменить состояние, прочность и деформируемость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду, фильтровать ее. Важнейшие водные свойства: водоустойчивость (растворимость воде), влагоемкость, водоотдача, капиллярность, водопроницаемость и др.

Механические свойства определяют поведение грунтов при воздействии на них внешних нагрузок (усилий). Различают прочностные и деформационные и свойства.

Задание посвящено определению показателей, которые используются для оценки вышеописанных (физических, водных и механических) свойств дисперсных грунтов, а также изучению методов их определения.

В соответствии с указанным вариантом (Приложение 1) для каждой из трех проб грунта рассчитать по формулам основные показатели, характерные для связных и несвязных грунтов, определить наименование каждого образца и дать его полную характеристику.

2.1. Порядок определения физических свойств связных (глинистых) грунтов.

Основным критерием для определения группы дисперсного грунта – связный или несвязный, является число пластичности.

Если Ip≤0,01 (1%), то дисперсный грунт является несвязным (песчаным или крупнообломочным), если Ip>0,01, то грунт связный, глинистый (супесь, суглинок или глина).

Для глинистых грунтов классификационными характеристиками являются: число пластичности, показатель текучести, просадочность, набухаемость, водопроницаемость, наличие органики, степень водонасыщения, степень морозной пучинистости.

  1. Наименование (разновидность) глинистого грунта определяют по числу пластичности (таблица 1). Илы подразделяют по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые.

    Если Ip<0,01 (1%), то дисперсный грунт является несвязным (песчаным или крупнообломочным).

    1. Для характеристики консистенции глинистого грунта в строительных целях используют показатель текучести (консистенции) IL:

    (2)

    где W – естественная влажность грунта, д.ед.;

    Wp – нижний предел пластичности (влажность на границе раскатывания), д.ед.;

    Ip – число пластичности, д.ед.

    Основные разновидности глинистых грунтов по IL(по ГОСТ 25100-95, табл.Б.14)

    Таблица 2.

    Разновидность глинистых грунтов

    Показатель текучести IL

    Супесь:

    — твердая

    < 0

    — пластичная

    0–1

    —текучая

    > 1

    Суглинки и глины:

    — твердые

    <0

    —полутвердые

    0–0,25

    —тугопластичные

    0,25–0,50

    —мягкопластичные

    0,50–0,75

    —текучепластичиые

    0,75–1,00

    — текучие

    > 1,00

    3. По гранулометрическому составу и числу пластичности Ip глинистые группы подразделяют согласно таблице 3 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.12).

    Таблица 3

    Разновидность глинистых грунтов

    Число пластичности Ip

    Содержание песчаных частиц (2—0,05 мм), % по массе

    Супесь:

    —песчанистая

    0,010,07

     50

    —пылеватая

    0,010,07

    < 50

    Суглинок:

    —легкий песчанистый

    0,070,12

     40

    —легкий пылеватый

    0,070,12

     40

    —тяжелый песчанистый

    0,120,17

     40

    — тяжелый пылеватый

    0,120,17

    < 40

    Глина:

    — легкая песчанистая

    0,170,27

     40

    —легкая пылеватая

    0,170,27

    < 40

    —тяжелая

    > 0,27

    Не регламентируется

    4. По наличию включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 4 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.13).

    Таблица.4

    Разновидность глинистых грунтов

    Содержание частиц крупнее 2 мм,

    % по массе

    Супесь, суглинок, глина с галькой (щебнем)

    1525

    Супесь, суглинок, глина галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные)

    2550

    5. По относительной деформации набухания без нагрузки sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 5 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.15).

    Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) sw  0,04.

    Относительная деформация набухания без нагрузки sw, д. е. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143.

    (3)

    — величина абсолютной деформации грунта при набухании, мм.

    — высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубине отбора образца), мм.

    Для расчетов h0 =50мм.

    Таблица 5

    Разновидность глинистых грунтов

    Относительная деформация набухания бет нагрузки sw, д. е.

    Ненабухающий

    <0,04

    Слабонабухающий

    0,04—0,08

    Средненабухающий

    0,080,012

    Сильнонабухающий

    >0,12

    6. По относительной деформации просадочности sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 6 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.16).

    Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки sl  0,01.

    Относительная деформация просадочности , д. е. – отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определенном давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161.

    (4) где — дополнительное сжатие (просадка) грунта в результате замачивания, мм;

    —высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубине отбора образца), мм;

    Для расчетов h0 =50мм.

    Таблица 6

    Разновидность глинистых грунтов

    Относительная деформация просадочности sl, д. е.

    Непросадочный

    <0,01

    Просадочный

    0,01

    1. Рассчитывают плотность сухого грунта d, г/см3 – отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда) к его объему:

    (5)

    где  — плотность грунта, г/см3;

    W — влажность грунта, д. е.

    1. Пористость грунта n, %, доли ед., – отношение объема пор ко всему объему грунта:

    (6)

    где ρs – плотность частиц грунта – масса единицы объема минеральной части, г/см3;

    d – плотность сухого грунта, г/см3.

    Средние значения ρs песчаных и пылевато-глинистых грунтовследующие (в г/см3): песок – 2,66; супесь – 2,70; суглинок – 2,71; глина – 2,74.

    1. Коэффициент пористости е, доли ед., – отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта:

    или (7)

    1. Коэффициент водонасыщения (степень влажности) Sr, доли ед., – степень заполнения объема пор водой:

    (8)

    где ρs – плотность частиц грунта, г/см3;

    W – природная влажность, доли ед.;

    е – коэффициент пористости, доли ед.;

    ρw– плотность воды, принимаемая равной 1,0г/см3.

    1. Определяют степень морозной пучинистости грунта по его полной характеристике, таблица 7 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.27).

    По относительной деформации пучения fn грунты подразделяют согласно таблице 7.

    Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения fn  0,01.

    Таблица 7.

    Разновидность грунтов

    Относительная деформация пучения fn, д. е.

    Характеристика грунтов

    Практически непучинистый

    < 0,01

    Глинистые при IL  0

    Пески гравелистые, крупные и средней круп­ности, пески мелкие и пылеватые при Sr  0,б, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельчи 0,05 мм (независимо от значения Sr).

    Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %

    Слабопучинистый

    0,01  0,035

    Глинистые при 0 < IL  0,25

    Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < Sr  0,8

    Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе

    Среднепучинистый

    0,035  0,07

    Глинистые при 0,25 < IL  0,50

    Пески пылеватые и мелкие при 0,80 < Su  0,95

    Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе

    Сильнопучинистый и чрезмерно пучинистый

    > 0,07

    Глинистые при IL > 0,50.

    Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95

    12. По относительному содержанию органического вещества Ir глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 12 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.22).

    studfiles.net

    Порядок определения физических свойств связных (глинистых) грунтов.

    Количество просмотров публикации Порядок определения физических свойств связных (глинистых) грунтов. — 348

    Основным критерием для определœения группы дисперсного грунта – связный или несвязный, является число пластичности.

    В случае если Ip≤0,01 (1%), то дисперсный грунт является несвязным (песчаным или крупнообломочным), в случае если Ip>0,01, то грунт связный, глинистый (супесь, суглинок или глина).

    Для глинистых грунтов классификационными характеристиками являются: число пластичности, показатель текучести, просадочность, набухаемость, водопроницаемость, наличие органики, степень водонасыщения, степень морозной пучинистости.

    1. Наименование (разновидность) глинистого грунта определяют по числу пластичности (таблица 1). Илы подразделяют по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые.

    В случае если Ip<0,01 (1%), то дисперсный грунт является несвязным (песчаным или крупнообломочным).

    2. Для характеристики консистенции глинистого грунта в строительных целях используют показатель текучести (консистенции) IL:

    (2)

    где W – естественная влажность грунта͵ д.ед.;

    Wp – нижний предел пластичности (влажность на границе раскатывания), д.ед.;

    Ip – число пластичности, д.ед.

    Основные разновидности глинистых грунтов по IL(по ГОСТ 25100-95, табл.Б.14)

    Таблица 2.

    Разновидность глинистых грунтов   Показатель текучести IL
    Супесь:  
    — твердая < 0
    — пластичная 0–1
    —текучая > 1
    Суглинки и глины: — твердые   <0
    — полутвердые 0–0,25
    — тугопластичные 0,25–0,50
    — мягкопластичные 0,50–0,75
    — текучепластичиые 0,75–1,00
    — текучие > 1,00

    3. По гранулометрическому составу и числу пластичности Ip глинистые группы подразделяют согласно таблице 3 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.12).

    Таблица 3

      Разновидность глинистых грунтов   Число пластичности Ip Содержание песчаных частиц (2—0,05 мм), % по массе
    Супесь:    
    — песчанистая 0,01¾0,07 ³ 50
    — пылеватая 0,01¾0,07 < 50
    Суглинок:    
    — легкий песчанистый 0,07¾0,12 ³ 40
    — легкий пылеватый 0,07¾0,12 < 40
    — тяжелый песчанистый 0,12¾0,17 ³ 40
    — тяжелый пылеватый 0,12¾0,17 < 40
    Глина:    
    — легкая песчанистая 0,17¾0,27 ³ 40
    — легкая пылеватая 0,17¾0,27 < 40
    —тяжелая > 0,27 Не регламентируется  

    4. По наличию включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 4 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.13).

    Таблица.4

    Разновидность глинистых грунтов Содержание частиц крупнее 2 мм, % по массе
    Супесь, суглинок, глина с галькой (щебнем) 15¾25
    Супесь, суглинок, глина галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные) 25¾50

    5. По относительной деформации набухания без нагрузки esw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 5 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.15).

    Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объёме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) esw ³ 0,04.

    Относительная деформация набухания без нагрузки esw, д. е. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143.

    (3)

    — величина абсолютной деформации грунта при набухании, мм.

    — высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубинœе отбора образца), мм.

    Для расчетов h0=50мм.

    Таблица 5

    Разновидность глинистых грунтов Относительная деформация набухания бет нагрузки esw, д. е.
    Ненабухающий <0,04
    Слабонабухающий 0,04—0,08
    Средненабухающий 0,08¾0,012
    Сильнонабухающий >0,12

    6. По относительной деформации просадочности esl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 6 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.16).

    Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки esl ³ 0,01.

    Относительная деформация просадочности , д. е. – отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определœенном давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161.

    (4) где — дополнительное сжатие (просадка) грунта в результате замачивания, мм;

    — высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубинœе отбора образца), мм;

    Для расчетов h0=50мм.

    Таблица 6

    Разновидность глинистых грунтов Относительная деформация просадочности esl, д. е.
    Непросадочный <0,01
    Просадочный ³0,01

    7. Рассчитывают плотность сухого грунта rd, г/см3 – отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда) к его объёму:

    (5)

    где r — плотность грунта͵ г/см3;

    W — влажность грунта͵ д. е.

    8 Пористость грунта n, %, доли ед., – отношение объёма пор ко всœему объёму грунта:

    (6)

    где ρs– плотность частиц грунта – масса единицы объёма минœеральной части, г/см3;

    rd – плотность сухого грунта, г/см3.

    Средние значения ρsпесчаных и пылевато-глинистых грунтов следующие (в г/см3): песок – 2,66; супесь – 2,70; суглинок – 2,71; глина – 2,74.

    9 Коэффициент пористости е, доли ед., – отношение объёма пор к объёму твердой части скелœета грунта:

    или (7)

    10 Коэффициент водонасыщения (степень влажности) Sr, доли ед., – степень заполнения объёма пор водой:

    (8)

    где ρs – плотность частиц грунта͵ г/см3;

    W –природная влажность, доли ед.;

    е–коэффициент пористости, доли ед.;

    ρw –плотность воды, принимаемая равной 1,0г/см3.

    11. Определяют степень морозной пучинистости грунта по его полной характеристике, таблица 7 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.27).

    По относительной деформации пучения efn грунты подразделяют согласно таблице 7.

    Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объёме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения efn³ 0,01.

    Таблица 7.

    Разновидность грунтов Относительная деформация пучения efn, д. е.   Характеристика грунтов
    Практически непучинистый < 0,01 Глинистые при IL £ 0 Пески гравелистые, крупные и средней круп­ности, пески мелкие и пылеватые при Sr£ 0,б, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельчи 0,05 мм (независимо от значения Sr). Крупнообломочные грунты с заполнителœем до 10 %
    Слабопучинистый 0,01 ¾ 0,035 Глинистые при 0 < IL £ 0,25 Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < Sr £ 0,8 Крупнообломочные с заполнителœем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе
    Среднепучинистый 0,035 ¾ 0,07 Глинистые при 0,25 < IL £ 0,50 Пески пылеватые и мелкие при 0,80 < Su £ 0,95 Крупнообломочные с заполнителœем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе
    Сильнопучинистый и чрезмерно пучинистый > 0,07 Глинистые при IL > 0,50. Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95

    12. По относительному содержанию органического вещества Ir глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 12 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.22).

    referatwork.ru

    Определение вида и консистенции глинистого грунта.

    Схема расположения геологических выработок

     

     

    Геологические колонки.

     

     

    № инженерно-геологических элементов   Условное обозначение Антологическое описание   Мощность слоев грунта для скважин Грунтовые воды в Скв. 1 глубина в м от поверхности
    Скв 1 Скв 2 Скв 3 Скв 4 Появл. Устан.
    ИЭГ- 1   Насыпной грунт 3,0 2,6 2,9 3,1    
    ИЭГ- 2   Торф 2,0 2,2 2,1 1,9    
    ИЭГ- 3   Глина 5,0 5,4 5,0 5,2 Не обнаружены  
    ИЭГ- 4   Суглинок 6,0 5,6 6,3 6,2        
    ИЭГ- 5   Песок 4,0 4,0 3,8 3,6        

     

     

    Определение физических свойств грунтов

    Определение наименования песчаного грунта.

    ИГЭ-1.

    Дано: Гранулометрический состав фракций в пробе грунта.

    Размер фракций, мм Процентное содержание
    крупнее 2,0 2,0 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 мельче 0,1  

    Решение: Определяем суммарное количество

    — частиц крупнее 0,5 мм – 22 %

    — частиц крупнее 0,25 мм – 22+30=52 % > 50 %

    Поэтому данный грунт по гранулометрическому составу относится к пескам средней крупности.

    ИГЭ-2.

    Дано: Гранулометрический состав фракций в пробе грунта.

    Размер фракций, мм Процентное содержание
    крупнее 2,0 2,0 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 мельче 0,1 - т о р ф

    ИГЭ-3.

    Дано: Гранулометрический состав фракций в пробе грунта.

    Размер фракций, мм Процентное содержание
    крупнее 2,0 2,0 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 мельче 0,1   -

    Решение: Определяем суммарное количество

    — частиц крупнее 0,5 мм – 0 %

    — частиц крупнее 0,25 мм – 9 % < 50 %

    — частиц крупнее 0,1 мм – 9 % + 18 % = 27 % < 75 %

    Поэтому данный грунт по гранулометрическому составу относится к пылеватой глине.

    ИГЭ-4.

    Дано: Гранулометрический состав фракций в пробе грунта.

    Размер фракций, мм Процентное содержание
    крупнее 2,0 2,0 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 мельче 0,1   -

    Решение: Определяем суммарное количество

    — частиц крупнее 0,5 мм – 0 %

    — частиц крупнее 0,25 мм – 4 % < 50 %

    — частиц крупнее 0,1 мм – 4 % + 23 % = 27 % < 50 %

    Поэтому данный грунт по гранулометрическому составу относится к пылеватым суглинкам

    ИГЭ-5.

    Дано: Гранулометрический состав фракций в пробе грунта.

    Размер фракций, мм Процентное содержание
    крупнее 2,0 2,0 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 мельче 0,1

    Решение: Определяем суммарное количество

    — частиц крупнее 2 мм – 6 %

    — частиц крупнее 0,5 мм – 38 % < 50 %

    — частиц крупнее 0,25 мм – 38 % + 31 % = 69 % > 50 %

    Поэтому данный грунт по гранулометрическому составу относится к пескам средней крупности.

    Определение коэффициента пористости и плотности песчаного грунта.

    ИГЭ-1.

    Дано: Песок средней крупности, плотность частиц грунта rs = 2,65 т/м3; влажность грунта W = 17 % = 0,17; плотность грунта r = 1,86 т/м3.

    Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

    е = ( 1 + W ) – 1 =

    Данный грунт – песок средней крупности, средней плотности, т.к. е = 0,6 <0,667 < 0,8

     

    ИГЭ-5.

    Дано: Песок средней крупности, плотность частиц грунта rs = 2,66 т/м3; влажность грунта W = 14 % = 0,14; плотность грунта r = 1,98 т/м3.

    Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

    е= ( 1 + W ) – 1 =

    Данный грунт – песок плотный, т.к. е = 0,532< 0,55

    Определение степени влажности песчаного грунта.

    ИГЭ-1.

    Дано: Плотность частиц грунта rs = 2,65 т/м3; влажность грунта W = 17 % = 0,17; коэффициент пористости е = 0,667; плотность воды rw = 1,0 т/м3.

    Решение: Степень влажности Sr определяется по формуле

    Sr = =

     

    Данный грунт – песок ненасыщенный водой.

     

    ИГЭ-5.

    Дано: Плотность частиц грунта rs = 2,66 т/м3; влажность грунта W = 14 % = 0,14; коэффициент пористости е = 0,532; плотность воды rw = 1,0 т/м3.

    Решение: Степень влажности Sr определяется по формуле

    Sr = =

    Данный грунт – песок ненасыщенный водой.

    Определение вида и консистенции глинистого грунта.

    ИГЭ-3.

    Дано: Естественная влажность W = 0,2; влажность на границе текучести WL = 0,34; влажность на границе пластичности WP = 0,16

     

    Решение: Вид глинистого грунта определяется по числу пластичности по формуле IP = WL — WP = 0,34 – 0,16 = 0,18

    Данный глинистый грунт – глина, т.к. IP >0,17

    Консистенцию глинистого грунта определяем по показателям текучести IL по формуле

    IL = =

    Данный грунт – глина полутвердая, т.к. 0 < IL = 0,222 < 0,25

     

    ИГЭ-4.

    Дано: Естественная влажность W = 0,21; влажность на границе текучести WL = 0,34; влажность на границе пластичности WP = 0,2

    Решение: Вид глинистого грунта определяется по числу пластичности по формуле IP = WL — WP = 0,34 – 0,2 = 0,14

    Данный глинистый грунт – суглинок, т.к. 0,07 < IP = 0,14 < 0,17

    Консистенцию глинистого грунта определяем по показателям текучести IL по формуле

    IL = =

    Данный грунт – суглинок полутвёрдый, т.к. 0 < IL = 0,071 < 0,25

     

     

    Определение коэффициента пористости и степень влажности глинистого грунта.

    ИГЭ-3.

    Дано: глина полутвердая, плотность частиц грунта rs = 2,78 т/м3; плотность грунта r = 2,0 т/м3; влажность грунта W = 20 % = 0,2; плотность воды rw =1 т/м3.

    Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

    е =

    Sr = =

    Данный грунт непросадочный, т.к. Sr = 0,832 > 0,8

    ИГЭ-4.

    Дано: суглинок полутвёрдый, плотность частиц грунта rs = 2,66 т/м3; плотность грунта r = 1,91 т/м3; влажность грунта W = 21 % = 0,21; плотность воды rw =1 т/м3.

    Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

    е =

    Sr = =

    Данный грунт не просадочный, т.к. Sr = 0,815 > 0,8

    Определение показателя просадочности Iss грунта – не требуется, т.к. грунты не просадочные.

    stydopedia.ru

    Характеристики консистенции глинистых грунтов

    Количество просмотров публикации Характеристики консистенции глинистых грунтов — 115

     

    Свойства глинистых грунтов существенно изменяются исходя из их влажности. Сильно увлажненный глинистый грунт обладает способностью растекаться, при подсушивании он переходит в пластичное состояние, а при дальнейшем уменьшении влажности — в твердое.

    По консистенции различают три состояния глинистого грунта: твердое, пластичное и текучее (рис. 2.2). Границами между этими состояниями являются характерные значения влажности, называемые границей раскатывания (нижний предел пластичности) wp и границей текучести (верхний предел пластичности) wL.

    Рис. 2.2. Классификация глинистых грунтов

    а – по числу пластичности; б – по состоянию (консистенции)

    Для практического определœения влажности, соответствующей нижнему пределу пластичности, грунтовое тесто увлажняют (или подсушивают) до такого состояния, чтобы при раскатывании его в шнур толщиной порядка 3 мм он начал распадаться на отдельные кусочки. Верхний предел пластичности соответствует такому состоянию влажности грунтового теста͵ когда стандартный конус погружается в него на глубину 10 мм. Несмотря на то что способы определœения этих границ и сами границы весьма условны, точность определœения величин wp и wL вполне удовлетворительна.

    Сравнение естественной влажности глинистого грунта с влажностью на границе текучести и границе раскатывания позволяет установить его состояние по консистенции (рис. 2.2). Для этого используются число (индекс) пластичности Ip и показатель (индекс) текучести IL.

    Числом (индексом) пластичности Ip глинистого грунта принято называть разность между влажностями на границе текучести wL и на границе раскатывания или пластичности wp:

    Ip= wL – wp(2.21)

    Число (индекс) пластичности коррелятивно связано с процентным содержанием в грунте глинистых частиц и может служить классификационным показателœем для отнесения глинистого грунта к супеси, суглинку или глинœе.

    При 1 < Ip < 7 глинистый грунт принято называть супесью, при 7 < Ip < 17 принято называть суглинком и при Ip>17  глиной. В данном случае wpи wL выражены в процентах (рис.2.2).

    Показатель консистенции IL (индекс текучести) глинистого грунта характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линœейно зависит от естественной влажности, должна быть как отрицательным (твердые грунты), так и положительным, в т.ч. и более единицы (грунты текучей консистенции). При изменении IL в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.

    Показатель консистенции IL определяется в долях единицы по формуле

    (2.22)

    Важно заметить, что для суглинков и глин диапазон изменения IL от нуля до единицы (пластичное состояние) подразделяется на четыре равных поддиапазона: грунты полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные и текучепластичные.

    referatwork.ru

    Сжимаемость и уплотнение глинистых минералов


    Термин «сжатие» (compression) характеризует уменьшение коэффициента пористости при возрастании вертикального давления. Коэффициент пористости е определяется как отношение общего объема пор к объему твердого каркаса глинистого грунта. Обычно в опытах по уплотнению применяются образцы керна с ненарушенной структурой. Кроме того, часто испытывают смеси глины с водой в виде шликера при верхнем пределе пластичности. На фиг. 5-20 представлена типичная схема компрессионного прибора. В этом приборе глина помещается в латунное кольцо между двумя пористыми прокладками из камня, а давление передается через верхнюю прокладку. Поэтому образец глины сжимается по вертикали и не расползается в горизонтальном направлении; такие условия преобладают и в слое глины во время осадконакопления. Хотя опыт протекает довольно долго, каменные прокладки, удерживая воду, предотвращают усыхание глины в результате испарения. Как только начинает прилагаться давление, глина сразу же уплотняется, а отжимаемая поровая вода вытекает через пористые прокладки. Установлено, что скорость уплотнения уменьшается во времени после приложения некоторого давления и для стандартного образца толщиной 2 см равновесие для большей части глин достигается примерно через 24 час. Считают, что в таком случае глина находится в равновесии с некоторым определенным количеством воды или коэффициентом пористости при данном давлении р. После этого давление увеличивают на некоторую величину; через 24 час глина снова достигает равновесного состояния и приобретает новый коэффициент пористости. Прилагая к образцу различные нагрузки, устанавливают характер изменения коэффициента пористости в зависимости от давления.


    Если какая-нибудь осадочная порода подвергается на некоторое время сжатию при давлении р, то неизменно уменьшается ее сжимаемость при давлениях меньше р. Нормально уплотненные осадочные породы — это породы, которые никогда раньше не претерпевали снижения давления, например в результате размыва вышележащей толщи пород. Переуплотненные осадочные породы — это породы, подвергавшиеся ранее большему давлению, чем в современных условиях залегания.

    Зависимость между давлением и коэффициентом пористости удобно иллюстрировать компрессионными кривыми на диаграмме, где по одной оси откладываются коэффициенты пористости е, а по другой — давление р в логарифмическом (фиг. 5-21) или арифметическом масштабе. Для каждой осадочной породы кривая е — lgp сначала проходит параллельно оси абсцисс, а при несколько больших давлениях приобретает наклонное положение и в этом случае удовлетворяет следующему уравнению:


    где Cc — показатель сжимаемости, а С — постоянная. Показатель сжимаемости Cc соответствует уменьшению коэффициента пористости при десятикратном увеличении нагрузки р. Показатель Cc колеблется примерно от 0,15 для чистых песчанистых глин до 1 и более для высококоллоидальных глин. Согласно Скемптону, показатель сжимаемости возрастает по мере увеличения верхнего предела пластичности (Wf) примерно в соответствии со следующим эмпирическим уравнением:

    Скемптон показал, что существует прямая зависимость между увеличением показателя сжимаемости и возрастанием содержания глинистой фракции в осадочных породах (фиг. 5-22). Как будет показано в дальнейшем, эта зависимость несколько видоизменяется, отчасти вследствие различий в минеральном составе глинистых фракций.

    Если компрессионные опыты проводятся на образце глины с низкой чувствительностью и ненарушенной текстурой, то компрессионная кривая E—lgp имеет вид кривой Si на фиг. 5-21; кривая е—lgp для той же, но перемешанной глины s подобна первой, за исключением того, что у первой наклонный прямолинейный участок расположен круче, что указывает на больший показатель сжимаемости. Для образцов с ненарушенной структурой показатели Cc превышают таковые вымешанных образцов не больше чем на 30%.

    Если опыты по уплотнению проводятся на очень чувствительной глине, то компрессионная кривая е—lgp обычно имеет такой вид, как кривая si на фиг. 5-21. Поскольку показатель консистенции таких глин значительно больше 1, то горизонтальный участок компрессионной кривой располагается выше подобного участка кривой для перемешанных пород. При некотором данном давлении, при котором структура образца нарушается, эта кривая резко падает вниз.

    В природных глинах давление на осадок возрастает по мере увеличения глубины их залегания. Коэффициент пористости изменяется с глубиной залегания по тем же законам, которым подчиняются компрессионные кривые е—lgp, приведенные на фиг. 5-21. Скемптон показал, что и в естественных условиях залегания в осадках имеет место та же самая компрессионная зависимость.


    По мере увеличения глубины залегания осадочных пород давление и температура возрастают прямо пропорционально мощности вышележащих пород. Из-за такого увеличения давления и температуры могут происходить изменения химического и минерального состава, а поэтому компрессионные кривые уже не будут отражать истинного поведения пород. Например, Tepцаги отмечал, что в нефтеносном бассейне Уиллингтон в Калифорнии сжимаемость глинистых пород, заключенных между нефтеносными пластами песка, уменьшается довольно резко на глубине около 4 тыс. футов, где эффективное давление вышележащих пород равно примерно 150 кг/см2, а температура составляет около 180° F. Несмотря на это, коэффициент пористости таких пород до глубины 6 тыс. футов уменьшается в соответствии с уравнением (5-1).

    Мгновенное приложение давления к слою несвязных осадочных пород (т. е. почти не содержащих глины), сложенных прочными изометрическими частицами, приводит к моментальному сжатию с последующим дополнительным уплотнением, протекающим с затухающей скоростью. Если возрастает давление на водонасыщенный слой глины, то происходит соответствующее постепенное сжатие породы, скорость которого уменьшается. Это сжатие сопровождается понижением содержания воды в глинах и уменьшением скорости удаления избытка воды из глины, которая может быть очень низкой.

    Степень уплотнения осадка за данный период времени t можно представить в виде Uc — отношения между уменьшением коэффициента пористости за время t и конечным уменьшением коэффициента пористости за неопределенно длительное время. Ниже приводится выдержка из работы Терцаги, разработавшего теорию уплотнения.

    При данной мощности H слоя глины степень уплотнения за время t зависит исключительно от величины коэффициента уплотнения cv:


    где k — коэффициент фильтрации глины при давлении от р до р + Aр, mv — коэффициент сжимаемости в тех же пределах давления (уменьшение коэффициента пористости при увеличении давления на 1 a), a уw — вес воды, в г на 1 см3 породы. При увеличении давления р коэффициенты k и mv уменьшаются. Поэтому см почти не зависит от р. Для нормально уплотненных глин cv уменьшается примерно от 10в-2 см2/сек в случае очень тощих глин до 10в-6 см2/сек в случае высококоллоидальных глин. При данном значении cv время, в течение которого достигается определенная степень уплотнения Uc, увеличивается прямо пропорционально квадрату мощности H вышележащих слоев.

    Если известно сv, то на основании теории уплотнения можно рассчитать Uс для любого данного времени t. Согласно этой теории, величина Uc со временем должна увеличиваться в определенной зависимости (фиг. 5-23). Эта теория основана на предположении, согласно которому запаздывание уменьшения коэффициента пористости в зависимости от вертикального давления обусловлено только низкой проницаемостью глин. По этой теории наклон кривых, иллюстрирующих зависимость между Uc и логарифмом времени, должен постепенно увеличиваться до тех пор, пока время t не будет удовлетворять примерно следующему уравнению:

    когда соответствующая степень уплотнения составляет около 95%. После этого кривая быстро выполаживается и почти не указывает на увеличение степени уплотнения.

    Фактически кривые U—lgt по прошествии времени t продолжают круто падать (на фиг. 5-23 эти участки кривых отмечены пунктирной линией). На полулогарифмической диаграмме (фиг. 5-23) этот участок может быть либо прямым, либо слегка выпуклым книзу. Для различных глин эти участки кривых различаются по своему среднему наклону. Для глин с органикой начальный наклон этих участков может почти соответствовать наклону соседнего участка сплошной кривой. Уплотнение, которое иллюстрируется сплошными кривыми для времени t

    Классификация песчаных и глинистых грунтов. Виды грунтов и их характеристики Характеристики состояния пылевато глинистых грунтов

    Пылевато-глинистые грунты в зависимости от количества содержащейся в них воды могут иметь консистенцию (густоту теста) от твердой до текучей. Для определения консистенции находят характерные влажности пылевато-глинистых грунтов, которые называются границей раскатывания и границей текучести .

    Границей раскатывания называется влажность грунта, при которой он теряет способность раскатываться в шнур диаметром 2..3 мм.

    Границей текучести называется влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в образец на глубину 10 мм.

    Рис. 1.4. Определение границы раскатывания грунтов

    Числом пластичности грунта называется разность между границей текучести и границей раскатывания:

    (1.18)

    Консистенция пылевато-глинистого грунта оценивается по показателю текучести :

    (1.19)

    Таблица 1.5. Состояние глин и суглинков

    Для супесей вследствие малой точности определения значений и различают только три состояния: твердое, пластичное и текучее.

    Таблица 1.6. Состояние супесей

    В группе пылевато-глинистых грунтов выделяются лессовые грунты и илы — обладают специфическими неблагоприятными свойствами.

    Лессовые грунты содержат более 50% пылеватых частиц с наличием солей, в основном карбоната кальция, обладают преимущественно макропористой структурой и относятся к категории структурно-неустойчивых просадочных грунтов. Просадкой называется быстро развивающаяся осадка, вызванная резким изменением структуры грунта. Значительные осадки при нарушении структуры просадочных грунтов обусловлены тем, что в природных условиях они бывают недоуплотненными. В процессе их образования не происходит полного уплотнения от действия собственного веса вследствие образования новых структурных связей. Такие грунты становятся макропористыми и при некоторых внешних воздействиях (замачивание, вибрация), разрушающих возникшие связи, могут доуплотняться, что вызывает их значительные осадки. Возможность проявления просадочных свойств грунтов предварительно оценивается степенью их влажности и показателем просадочности , который определяется по формуле:

    где: е — коэффициент пористости природного грунта; — коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести (1.16).

    Глинистые грунтыявляются одним из наиболее распространенных типов горных пород. В состав глинистых грунтов входят очень мелкие глинистые частицы, размер которых меньше 0,01 мм и песчаные частицы. Глинистые частицыимеют форму пластин или чешуек.Глинистые грунты имеют большое количество пор.Отношение объема пор к объему грунта называется пористостью и может колебаться от 0,5 до 1,1. Пористость характеризует степень уплотнения грунта.Глинистый грунт очень хорошо поглощает и удерживает воду, которая при замерзании превращается в лед и увеличивается в объеме, увеличивая объем всего грунта. Это явление называется пучением. Чем больше в грунтах содержится глинистых частиц, тем сильнее они подвержены пучению.

    Глинистые грунты обладают свойством связанности, которое выражается в способности грунта сохранять форму благодаря наличию глинистых частиц. В зависимости от содержанияглинистых частиц грунтыклассифицируют на глину, суглинки и супеси.

    Способность грунта деформироваться под действием внешних нагрузок без разрываи сохранять форму после прекращения нагрузки называется пластичностью.

    Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания W p , W L и W p определяют по ГОСТ 5180.

    Таблица 1. Классификация глинистых грунтов по содержанию глинистых частиц.

    Грунт

    частиц по массе,

    %

    Число пластичности

    Ip

    Суглинок

    Число пластичности глинистых грунтов определяет их строительные свойства: плотность, влажность, сопротивление сжатию. С уменьшением влажности плотность возрастает и сопротивление сжатию увеличивается. С увеличением влажности плотность уменьшается и сопротивление сжатию также уменьшается.

    Супесь.

    Супесь содержит не более 10 % глинистых частиц, остальной объем этого грунта составляют песчаные частицы. Супесь практически не отличается от песка. Супесь бывает двух видов: тяжелая и легкая. Тяжелая супесь содержит от 6 до 10% глиняных частиц, в легкой содержание глинистых частиц от 3 до 6%.. При растирании супеси на влажной ладони можно увидеть частицы песка, после стряхивания грунта на ладони видны следы от глинистых частиц. Комки супеси в сухом состоянии легко рассыпаются и крошатся от удара. Супесь почти не скатываются в жгут. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при легком давлении рассыпается.

    Из-за высокого содержания песка супесь имеет сравнительно низкую пористость – от 0,5 до 0,7 (пористость — отношение объема пор к объему грунта), поэтому она может содержать меньше влаги и, следовательно, быть меньше подвержена пучению. Чем меньше пористость сухой супеси, тем больше ее несущая способность: при пористости 0,5 равна 3 кг/см 2 , при пористости 0,7 – 2,5 кг/см 2 . Несущая способность супеси не зависит от влажности, поэтому этот грунт можно считать непучинистым.

    Суглинок.

    Грунт, в котором содержание глинистых частиц достигает 30% от веса, называют суглинком. В суглинке, как и в супеси содержание песчаных частиц больше, чем глинистых. Суглинок обладает большей связанностью, чем супесь и может сохраняться в крупных кусках, не распадаясь на мелкие. Суглинки бывают тяжелыми (20% -30% глинистых частиц) и легкими (10% — 20% глинистых частиц).

    Куски грунта в сухом состоянии менее тверды, чем глина. При ударе рассыпаются на мелкие куски. Во влажном состоянии мало пластичны. При растирании чувствуются песчаные частицы, комки раздавливаются легче, присутствуют более крупные песчинки на фоне более мелкого песка. Жгут, раскатанный из сырого грунта, получается коротким. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при нажатии образует лепешку с трещинами по краям.

    Пористость суглинка выше, чем супеси и колеблется от 0,5 до 1. Суглинок может содержать больше воды и, следовательно, больше, чем супесь, подвержен пучению.

    Суглинки отличаются достаточно высокой прочностью, хотя подвержены к небольшой просадке и образованию трещин. Несущая способность суглинка – 3 кг/см 2 , в увлажненном – 2,5 кг/см 2 . Суглинки в сухом состоянии являются непучинистыми грунтами, При увлажнении глинистые частицы впитывают воду, которая в зимнее время превращается в лед, увеличиваясь в объеме, что приводит к пучению грунта.

    Глина.

    В состав глины входят больше 30% глинистых частиц. Глина имеет большую связанность. Глина в сухом состоянии — твердая, во влажном — пластичная, вязкая, прилипает к пальцам. При растирании пальцами песчаных частиц не чувствуется, раздавить комки очень трудно. Если кусок сырой глины разрезать ножом, то срез имеет гладкую поверхность, на которой не видно песчинок. При сдавливании шарика, скатанного из сырой глины, получается лепёшка, края которой не имеют трещин.

    Пористость глины может достигать 1,1, она сильнее всех остальных грунтов подвержена морозному пучению. Глина в сухом состоянии имеет несущую способность 6 кг/см 2 , Глина, насыщенная водой, зимой может увеличиваться в объеме на 15%, теряя несущую способность до 3 кг/см 2 . При насыщении водой глина может перейти из твердого состояния в текучее.

    В таблице 2 приведены способы, с помощью которых можно визуально определить вид и характеристики глинистых грунтов.

    Таблица 2. Определение механического состава глинистых грунтов.

    Наименование грунта

    Вид в лупу

    Пластичность

    Однородный тонкий порошок, частиц песка почти нет

    Раскатывается в жгут и

    свертывается в кольцо

    Суглинок

    Преобладает песок, частиц

    глины 20 – 30%

    При раскатывании получается

    жгут, при свертывании

    в кольцо распадается на части

    Преобладают частицы песка с небольшой примесью частиц глины

    При попытке раскатывания

    жгут распадается на мелкие

    Классификация глинистых грунтов.

    Большинство глинистых грунтов в природных условиях в зависимости от содержания в них воды могут находиться в различном состоянии. Строительный стандарт (ГОСТ 25100-95 Классификация грунтов) определяет классификацию глинистых грунтов в зависимости от их плотности и влажности. Состояние глинистых грунтов характеризует показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp , к числу пластичности Ip. В таблице 3 приведена классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

    Таблица 3. Классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

    Разновидность глинистого грунта

    Показатель текучести

    Супеси:

    пластичные

    Суглинки и глины:

    полутвердые

    тугопластичные

    мягкопластичные

    текучепластичные

    По гранулометрическому составу и числу пластичности Ip глинистые группы подразделяют согласно таблице 4.

    Таблица 4. Классификация глинистых грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности

    Число пластичности

    частиц (2-0,5мм), % по массе

    Супесь:

    песчанистая

    пылеватая

    Суглинок:

    легкий песчанистый

    легкий пылеватый

    тяжелый песчанистый

    тяжелый пылеватый

    Глина:

    легкая песчанистая

    легкая пылеватая

    Не регламентируется

    По наличию твердых включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 5.

    Таблица 5. Содержание твердых частиц в глинистых грунтах .

    Разновидность глинистых грунтов

    Супесь, суглинок, глина с галькой (щебнем)

    Супесь, суглинок, глина галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные)

    Среди глинистых грунтов должны быть выделены:

    Грунт заторфованный;

    Просадочные грунты;

    Набухающие (пучинистые) грунты.

    Грунт заторфованный – песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.

    По относительному содержанию органического вещества Ir глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 6.

    Таблица 6.Классификация глинистых грунтов по содержанию органических веществ

    Разновидность грунтов

    Относительное содержание органического вещества Ir, д. е.

    Сильнозаторфованный

    Среднезаторфованный

    Слабозаторфованный

    С примесью органических веществ

    Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) больше 0,04.

    Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки e sl ³ 0,01.

    В зависимости от просадки и собственного веса при замачивании просадочные грунты подразделяются на два типа:

    • тип 1 — когда просадка грунта от собственного веса не превышает 5 см;
    • тип 2 — когда просадка грунта от собственного веса более 5 см.

    По относительной деформации просадочности e sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 7.

    Таблица 7. Относительная деформация просадочности глинистых грунтов.

    Разновидность глинистых грунтов

    Относительная деформация просадочности e sl, д. е.

    Непросадочный

    Просадочный

    Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения e fn ³ 0,01. Эти грунты не пригодны для строительства, их необходимо удалить и заменить грунтом с хорошей несущей способностью

    По относительной деформации набухания без нагрузки e sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 8.

    Таблица 8. Относительная деформация набухания глинистых грунтов.

    Разновидность глинистых грунтов

    Относительная деформация набухания без нагрузки e sw, д. е.

    Ненабухающий

    Слабонабухающий

    Средненабухающий

    Сильнонабухающий

    ]: скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

    ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

    В классе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфические и осадочные породы, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответствии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2—3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные — закрепленные в естественном залегании трещиноватые скальные и нескальные грунты.

    ТАБЛИЦА 1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

    ГрунтПоказатель
    По пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии, МПа
    Очень прочныйR c > 120
    Прочный120 ≥ R c > 50
    Средней прочности50 ≥ R c > 15
    Малопрочный15 ≥ R c > 5
    Пониженной прочности5 ≥ R c > 3
    Низкой прочности3 ≥ R c ≥ 1
    Весьма низкой прочностиR c
    По коэффициенту размягчаемости в воде
    НеразмягчаемыйK saf ≥ 0,75
    РазмягчаемыйK saf
    По степени растворимости в воде (осадочные сцементированные), г/л
    НерастворимыйРастворимость менее 0,01
    ТруднорастворимыйРастворимость 0,01—1
    Среднерастворимый— || — 1—10
    Легкорастворимый— || — более 10

    Эти грунты подразделяются по способу закрепления (цементация, силикатизация, битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по пределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

    Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

    К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные — это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности I р

    ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

    Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл. 1.5) и по степени влажности (табл. 1.6).

    ТАБЛИЦА 1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ S r

    Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики — влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылевато-глинистого заполнителя — дополнительно число пластичности и консистенцию.

    Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е , удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании q с и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании q d (табл. 1.7).

    При относительном содержании органического вещества 0,03 I от ≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью органических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

    • — 2 % — при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылевато-глинистого заполнителя менее 30 %;
    • — 0,5 % — при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;
    • — 5 % — при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более.

    Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

    Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I p (табл. 1.8) и по консистенции, характеризуемой показателем текучести I L (табл. 1.9).

    ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

    ПесокПодразделение по плотности сложения
    плотныйсредней плотностирыхлый
    По коэффициенту пористости
    Гравелистый, крупный и средней крупностиe 0,55 ≤ e ≤ 0,7e > 0,7
    Мелкийe 0,6 ≤ e ≤ 0,75e > 0,75
    Пылеватыйe 0,6 ≤ e ≤ 0,8e > 0,8
    По удельному сопротивлению грунта, МПа, под наконечником (конусом) зонда при статическом зондировании
    q c > 1515 ≥ q c ≥ 5q c
    Мелкий независимо от влажностиq c > 1212 ≥ q c ≥ 4q c
    Пылеватый:
    маловлажный и влажный
    водонасыщенный

    q c > 10
    q c > 7

    10 ≥ q c ≥ 3
    7 ≥ q c ≥ 2

    q c q c
    По условному динамическому сопротивлению грунта МПа, погружению зонда при динамическом зондировании
    Крупный и средней крупности независимо от влажностиq d > 12,512,5 ≥ q d ≥ 3,5q d
    Мелкий:
    маловлажный и влажный
    водонасыщенный

    q d > 11
    q d > 8,5

    11 ≥ q d ≥ 3
    8,5 ≥ q d ≥ 2

    q d q d
    Пылеватый маловлажный и влажныйq d > 8,88,5 ≥ q d ≥ 2q d

    ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ

    Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты — это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил — водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.10.

    ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕКУЧЕСТИ

    ТАБЛИЦА 1.10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ

    Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 I от ≤ 0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незаселенные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

    Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительная просадочность ε sl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки ε sw ≥ 0,04.

    В особую группу в нескальных грунтах выделяют грунты, характеризуемые значительным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем составе 10—50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 50 % и более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11) — пресноводные илы, содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

    ТАБЛИЦА 1.11. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ САПРОПЕЛЕЙ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

    Почвы — это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

    К нескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные в природном залегании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осушением и др.), насыпные и намывные. Эти грунты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и природные нескальные грунты.

    Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состоянии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

    Влажность грунтов определяют высушиванием пробы грунта при температуре 105°С до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсолютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Долю заполнения пор грунта водой — степень влажности S r рассчитывают по формуле (см. табл. 1.3). Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в небольших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

    Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов — это влажности на границах текучести w L и раскатывания w p , определяемые в лабораторных условиях, а также число пластичности I p и показатель текучести I L вычисляемые по формулам (см. табл. 1.3). Характеристики w L , w p и I р являются косвенными показателями состава (гранулометрического и минералогического) пылевато-глинистых грунтов. Высокие значения этих характеристик свойственны грунтам с большим содержанием глинистых частиц, а также грунтам, в минералогический состав которых входит монтмориллонит.

    1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

    Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса : скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

    Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

    К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные — это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности I р ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

    Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл. 1.5) и по степени влажности (табл. 1.6).

    ТАБЛИЦА 1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ S r

    Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики — влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылевато-глинистого заполнителя — дополнительно число пластичности и консистенцию.

    Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е , удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании q с и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании q d (табл. 1.7).

    При относительном содержании органического вещества 0,03 I от ≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью органических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

    − 2 % — при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылевато-глинистого заполнителя менее 30 %

    − 0,5 % — при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;

    − 5 % — при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более.

    Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

    Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I p (табл. 1.8) и по консистенции, характеризуемой показателем текучести I L (табл. 1.9).ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

    Песок Подразделение по плотности сложения
    плотный средней плотности рыхлый
    По коэффициенту пористости
    Гравелистый, крупный и средней крупности e 0,55 ≤ e ≤ 0,7 e > 0,7
    Мелкий e 0,6 ≤ e ≤ 0,75 e > 0,75
    Пылеватый e 0,6 ≤ e ≤ 0,8 e > 0,8
    По удельному сопротивлению грунта, МПа, под наконечником (конусом) зонда при статическом зондировании
    q c > 15 15 ≥ q c ≥ 5 q c
    Мелкий независимо от влажности q c > 12 12 ≥ q c ≥ 4 q c
    Пылеватый: маловлажный и влажный водонасыщенный q c > 10 q c > 7 10 ≥ q c ≥ 3 7 ≥ q c ≥ 2 q c q c
    По условному динамическому сопротивлению грунта МПа, погружению зонда при динамическом зондировании
    Крупный и средней крупности независимо от влажности q d > 12,5 12,5 ≥ q d ≥ 3,5 q d
    Мелкий: маловлажный и влажный водонасыщенный q d > 11 q d > 8,5 11 ≥ q d ≥ 3 8,5 ≥ q d ≥ 2 q d q d
    Пылеватый маловлажный и влажный q d > 8,8 8,5 ≥ q d ≥ 2 q d

    ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ

    Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты — это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил — водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.10.

    ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕКУЧЕСТИ

    ТАБЛИЦА 1.10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ

    Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 I от ≤ 0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незаселенные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

    Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительнаяпросадочность ε sl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки ε sw ≥ 0,04.

    5. Песчаные грунты состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм,мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 — 0,005 мм.

    Частицы грунта крупностью от d=0,05 — 0,005 мм называют пылеватыми . Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых . Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым .

    Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

    Гравелистые , крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

    Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

    Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

    Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10…30%) и супеси (З…10%).

    Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

    Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести.

    Классификация грунтов по величине частиц.

    6. По крупности минеральных частиц грунта, их взаимной связи и механической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

    К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (граниты, песчаники, известняки и т. п.), залегающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

    К полускальным грунтам относятся сцементированные породы, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т. п.) и неводостойкие (гипс, гипсоносные конгломераты).

    Крупнообломочные грунты состоят из несцементированных кусков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50 % обломков пород размером свыше 2 мм.

    Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц пород размером 0,05…2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные в различно степени скальные грунты; не обладают пластичностью.

    Глинистые грунты также являются продуктом естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, составляющих скальные грунты, но с преобладающим размером частиц менее 0,005 мм.

    Классификация песчаных грунтов по степени влажности.

    7. КРУПНООБЛОМОЧНЫе И ПЕСЧАНЫе ГРУНТЫ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ.

    Численное моделирование влияния пористости и извилистости на проницаемость в глине: микроструктурный подход

    https://doi.org/10.1016/j.sandf.2015.09.016Получить права и контент

    Открытый архив в партнерстве с Японским геотехническим обществом

    открытый архив

    Abstract

    В данном исследовании представлен анализ связи между коэффициентом проницаемости активных глин и их пористостью и извилистостью. Монтмориллонит был выбран потому, что он используется в качестве барьера в геоэкологических проектах, а его чувствительная структура приводит к большим колебаниям проницаемости при контакте с поровыми флюидами.Для численного моделирования был выбран микроструктурный подход с использованием метода дискретных элементов (DEM). Программа DEM была разработана с учетом механической силы, диффузного двухслойного отталкивания и притяжения Ван-дер-Ваальса как межчастичного взаимодействия. Коэффициент проницаемости был рассчитан путем моделирования испытаний на уплотнение, а модели DEM были сопоставлены с экспериментальными данными. Результаты показывают, что коэффициент проницаемости уменьшался с уменьшением коэффициента пустотности.При том же соотношении пустот было отклонение между коэффициентом проницаемости для систем глина – электролит, вызванное микротканью, и вариациями извилистости. Развитие микротканей во время загрузки показало, что увеличение напряженного состояния вызывает переориентацию частиц перпендикулярно направлению нагрузки и увеличивает анизотропию ориентации частиц, увеличивая извилистый путь потока. Дисперсная или ориентированная структура может возникать при одном и том же соотношении пустот для различных систем глина – электролит, вызывая вариации коэффициента проницаемости.

    Ключевые слова

    DEM

    Извилистость

    Проницаемость

    Микроструктура глины

    Численное моделирование

    Монтмориллонит

    Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

    Copyright © 2015 Japanese Geotechnical Society. Производство и хостинг Elsevier B.V.Все права защищены.

    Рекомендуемые статьи

    Цитирующие статьи

    Соотношение вода / глина, модели пористости глин и влияние на преобразование глин

    https: // doi.org / 10.1016 / j.clay.2015.08.011Получить права и контент

    Основные моменты

    Изменение лабораторных экспериментов с диспергированными глинами может быть нетипичным для экспериментов с уплотненными глинами.

    Моделирование показывает, что соотношение вода / глина влияет на величину и характер изменения.

    В модельных и экспериментальных системах следует использовать наиболее подходящее соотношение вода / глина.

    Реферат

    Характеристики бентонита, используемого в геологических хранилищах радиоактивных отходов, могут ухудшаться из-за длительных преобразований глины в не набухающие минералы.Процессам гидротермальных изменений присуща роль отношения вода / глина, определяемая в системе бентонит-поровый флюид (обратной) пористостью. Массовые отношения вода / (вода + глина) низкие как для «общей» (≤ 0,25), так и для «свободной» (≤ 0,05) пористости в уплотненном бентоните при сухой плотности, предусмотренной для буферов упаковки отходов (≥ 1500 кг м — 3 ). Обзор лабораторных экспериментальных исследований изменения глинистости показал, что они, как правило, сосредоточены на системах с диспергированными глинами с высокими массовыми отношениями вода / (вода + глина) (≥ 0.75) из-за экспериментальной практичности и желания ускорить реакцию.

    Новые термодинамические расчеты показали, что соотношение жидкость / глина может иметь важное влияние не только на величину изменения, но и на характер пути реакции. Реакция чистого Na-монтмориллонита с поровыми флюидами цемента, флюидом, богатым железом, и раствором KCl, чтобы попытаться смоделировать реакцию глины с цементом / бетоном, железом / сталью и флюидами, богатыми калием (для исследования реакции смектита и иллита. path) соответственно показали, что в условиях преобладания флюидов (высокое соотношение вода / глина) глинистые изменения состояли из твердых веществ C – S – H, цеолитов с низким содержанием кремния и хлорита.В условиях с преобладанием глины (низкое соотношение вода / глина) изменения обычно состояли из цеолитов с высоким содержанием кремния, полевого шпата и Mg-коренсита. Следовательно, очень важно, чтобы наиболее подходящее соотношение вода / глина («пористость») использовалось не только в геохимических расчетах, но и в экспериментальных системах.

    Ключевые слова

    Радиоактивные отходы

    Бентонит

    Превращение глины

    Пористость

    Соотношение вода / глина

    Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

    Полный текст

    Copyright © 2015 Elsevier B.V. Все права защищены.

    Рекомендуемые статьи

    Цитирующие статьи

    Пример из бассейна реки Хорн, Канада

    Тэюн КИМ, Сехо ХВАН и Сонхён ЧАН

    297

    Донг, Т., Харрис, Н.Б., Айранчи, К., Твермлоу , CE and Nassichuk,

    BR, 2015. Характеристики пористости сланца девонского рога Ri-

    , Канада: выводы, полученные на основе классификации литофаций и состава сланцев

    . Международный журнал угольной геологии, 141,

    74–90.http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2015.03.001

    Гавар, Б.М. Б. и Эльбурас, Ф.С., 2015. Рацион Пуассона, Глубокая

    Зависимость удельного сопротивления

    и водонасыщенности для сланцевых песков

    Водохранилище

    , ЮВ Сирт, бассейны Мурзук и Гадамес, Ливия (исследование по случаю

    ). Журнал географии и геологии, 7/1, 20. http: //

    dx.doi.org/10.5539/jgg.v7n1p20

    Glorioso, J. и Rattia, A., 2012. Нетрадиционные резервуары: Ba-

    sic Петрофизические концепции сланцевого газа.Документ SPE 153004.

    В: Общество инженеров-нефтяников (ред.), Протоколы

    Общества инженеров-нефтяников, 20–22 марта 2012 г.,

    Ричардсон, Техас, Вена, Австрия, стр. 1–38.

    Heidari, Z., Torres-Verdin, C. and Preeg, WE, 2011. Quantitati-

    ve метод оценки общего органического углерода и пористости,

    и для диагностики минеральных компонентов по каротажным диаграммам в сланцевом газе

    образования. В: Общество петрофизиков и скважинных аналитиков

    Каротаж (под ред.), Материалы 52-го ежегодного симпозиума по каротажу

    SPWLA, 14–18 мая 2011 г., Колорадо-Спрингс,

    Co, США, стр. 1–15.

    Холмс, М., Холмс, Д. и Холмс, А., 2014. Новая физическая модель Petrophy-

    для определения компонентов пористости нетрадиционных коллекторов

    с использованием стандартных трехкомпонентных каротажных диаграмм для открытого ствола

    . В: Общество инженеров-нефтяников (ред.), Proceedings

    совместного заседания SPE Western North American и Rocky Mountain

    , 16–18 апреля 2014 г., Денвер, Колорадо, США,

    с.1–13.

    Джонсон, М.Ф., Уолш, В., Баджелл, П.А. и Дэвидсон, Дж. А., 2011.

    Максимальный потенциал для нетрадиционного газа в Роге

    Речной бассейн: интеграция геологического картирования с Монте

    Карло Симуляторы. В: Общество инженеров-нефтяников (ред.),

    Труды Канадской конференции по нетрадиционным ресурсам

    , 15–17 ноября 2011 г., Калгари, Альберта, Калифорния,

    нада, стр. 1–17.

    Кам, П., Надим, М., Новлески, А., Кумар, А. и Омат-

    ,

    Соне, Е.Н., 2015. Характеристика коллектора и история

    Сопоставление сланцевого рогового слоя реки Хорн: комплексный подход к геофизическим исследованиям

    ce и моделированию коллектора. Journal of Canadi-

    an Petroleum Technology, 54/6, 475–488. http: //dx.doi.or-

    g / 10.2118 / 171611-PA

    Кеннеди, Р.Л., Кнехт, В.Н. и Джорджи, Д.Т., 2012. Сравнение

    сыновей и контрастов разработки сланцевого газа и плотного газа,

    Опыт и тенденции Северной Америки.В: Общество инженеров Petro-

    leum (ред.), Proceedings of the SPE Saudi Arabia

    Section Technical Symposium and Exhibition, 8–11 апреля

    2012, Аль-Хобар, Саудовская Аравия, стр. 1-27.

    Халид, С., Фауршу, К., Чжао, X., Горчински, Т. и Марешал,

    F., 2010. Картирование основных свойств обратного потока вдоль горизонта —

    тн скважин сланцевого газа. В: Общество инженеров-нефтяников (ред.),

    Proceedings of the Canadian Нетрадиционные ресурсы и

    Международная нефтяная конференция

    , 19–21 октября 2010 г.,

    Калгари, Альберта, Канада, стр.1–17.

    Quirein, JA, Murphy, EE, Praznik, G., Witkowsky, JM, Shan-

    non, S. и Buller, D., 2012. Сравнение керна и скважины

    Данные каротажа для оценки пористости, TOC , и Hydrocarbon Volu-

    me в сланцах Игл-Форд. В: Общество инженеров-нефтяников —

    RS (ред.), Материалы ежегодной технической конференции SPE

    и выставки, 8–10 октября 2012 г., Сан-Антонио, Техас,

    США, стр. 1–13.

    Ратциле, К., Вудс, Дж. И Райс, К., 2012. Определение траекторий скважины-бо-

    re во время кампаний многоствольного бурения в сланце

    залежей ресурсов: пример с использованием хемостратиграфии из формации

    в формации Хорн-Ривер, Британская Колумбия, Канада. В: T.

    Mares (ed.), Proceedings of the Eastern Australasian Basins

    Symposium IV, 10–14 сентября 2012 г., Брисбен, QLD,

    Австралия, стр. 143–148.

    Рикман, Р., Маллен, М.Дж., Петре, Дж. Э., Гризер, В.V. and Kundert,

    ,

    D., 2008. Практическое использование петрофизики сланцев для стимулирования —

    при оптимизации проектирования: Все месторождения сланцев не являются клонами сланцевых пластов

    Barnett. В: Общество инженеров-нефтяников (ред.), Pro-

    ceedings Ежегодной технической конференции SPE и Exhi-

    bition, 21–24 сентября 2008 г., Денвер, Колорадо, США, стр.

    1–11.

    Росс, Д.Дж. and Bustin, R.M., 2007. Потенциал сланцевого газа в пачке гордондейл нижнего юрского периода

    , северо-восток Британской Колумбии,

    Люмбия, Канада.Бюллетень канадской нефтяной геологии,

    55/1, 51–75. http://dx.doi.org/ 10.2113 / gscpgbull.55.1.51

    Санейфар, М., Аранибар, А. и Хейдари, З., 2013. Rock Classi

    катион в сланцевых пластах Хейнсвилля на основе по Трофизическим и упругим свойствам горных пород Пе-

    , оцененным по каротажам скважины

    . В: Общество инженеров-нефтяников (ред.), Труды

    Ежегодной технической конференции и выставки SPE, 30-е

    сентября — 2 октября 2013 г., Новый Орлеан, Луизиана, США,

    стр.1–12.

    Сарихи А. и Варгас-Мурильо Б., 2015. Метод расчета

    водонасыщенности в плотных породах с учетом проводимости —

    тыс. Глинистых минералов. В: Общество инженеров-нефтяников (ред.),

    Труды Международной нефтяной выставки в Абу-Даби-

    bition и конференция, 9–12 ноября 2015 г., Абу-Даби,

    ОАЭ, стр. 1–14.

    Sondergeld, C.H., Newsham, K.E., Comisky, J.T., Rice, M.C. и

    Rai, C.S., 2010.Петрофизические соображения при оценке

    и добычи ресурсов сланцевого газа. В: Общество инженеров-нефтяников

    (ред.), Труды конференции SPE по нетрадиционному газу

    , 23–25 февраля 2010 г., Питтсбург, Пенсильвания,

    ,

    , США, стр. 1–34.

    Тиан, Х., Чжан, С., Лю, С. и Чен, Дж., 2013. Перезрелые сланцы

    Оценка емкости хранилищ газа. В: International Petroleum

    Technology Conference (ed.), Proceedings of the IPTC 2013:

    International Petroleum Technology Conference, 26–28th

    March 2013, Beijing, China, pp.1–4.

    Ваксман М. и Смитс Л., 1968. Электропроводность в нефтеносных сланцевых песках

    . Журнал Общества инженеров-нефтяников —

    nal, 8/2, 107–122.

    Методы расчета коэффициента фильтрации для глины на основе механизма проницаемости

    Существующие эмпирические методы коэффициента фильтрации для глины затрудняют получение параметров и низкую точность расчета, и можно найти разумные методы на основе зрелых эмпирические методы крупнозернистого грунта.Во-первых, был проанализирован механизм проникновения глины, включая факторы влияния, пространственный процесс и расчет параметров, а также определены неэффективные и эффективные пустоты; затем были обобщены и перечислены эмпирические методы глинистых и крупнозернистых грунтов. Во-вторых, глина была эквивалентна крупнозернистой почве в соответствии с уплотнением связанной воды, и был введен параметр «эквивалентный коэффициент пустотности» для установления эквивалентных методов расчета. Наконец, был объяснен метод определения предела жидкости-пластичности, определяющий объем неэффективных пустот, и осуществимость эквивалентных методов расчета была оценена на трех примерах.Результаты показывают, что просачивание, проникновение и эффективное проникновение — это три разных понятия; грунтовые воды проникают в глину через эффективную пустоту. Для определенного грунта возрастающая последовательность коэффициентов проницаемости — это коэффициент фильтрации, коэффициент проницаемости и эффективный коэффициент проницаемости. Введение «эквивалентного коэффициента пустотности» унифицирует расчет коэффициента фильтрации для глинистых и крупнозернистых грунтов. Максимальное содержание связанной воды примерно в 0,9 раза больше предельной величины жидкости.Уравнение Месри и эквивалентный метод расчета Терзаги или Курсона-Кармана подходят для расчета коэффициента фильтрации глины для результатов, наиболее близких к экспериментальным значениям.

    1. Введение

    Утечка и просачивание — это две разные концепции; строгие определения в этом исследовании следующие. Процесс просачивания имеет характеристики фактического тока, такие как направление потока, количество потока, давление воды и сопротивление трению; вода постоянно заполняет все пространство почвы, поэтому ее называют «виртуальным течением».Однако функции пространственных координат являются непрерывными, и может быть сформировано фильтрующее поле. Проникновение — это процесс движения, который происходит только через пустоты почвы, и функции пространственных координат не являются непрерывными. В результате соответствующие академические термины называются коэффициентом фильтрации, скоростью фильтрации, коэффициентом проницаемости и скоростью проникновения.

    Коэффициент просачивания часто используется для обозначения проницаемости грунта и оценки устойчивости в инженерно-геологических изысканиях, таких как проектирование откосов, земляное полотно, туннели и подземные сооружения; соответствующие предметы — динамика подземных вод, механика жидкости, механика фильтрации и т. д.[1–9]. В настоящее время коэффициент фильтрации часто получают экспериментальным путем или инверсией консолидации [10], в то время как для глины его трудно правильно определить, и разница между разными методами очевидна [11]. В частности, неизбежно нарушение ненарушенной почвы. Коэффициент просачивания связан с основными физическими параметрами, такими как размер частиц и пористость [3, 4, 7, 10, 11], поэтому эмпирические методы расчета, включающие два вышеупомянутых основных параметра для глинистого и крупнозернистого грунта, уже были получены на основе на данных массового эксперимента.Однако методы для глины, такие как получение коэффициентов фильтрации по CM и Тейлору, ограничены получением параметров и точностью расчета [10, 11]. И наоборот, эмпирические методы для крупнозернистой почвы относительно верны, такие как Terzaghi, Китайский институт водных ресурсов и исследований гидроэнергетики (сокращенно «IWHR»), Curson – Karman и KC [11]. Поэтому можно найти простые и правильные подходы к расчету коэффициента фильтрации глины на основе крупнозернистого грунта.

    Редди и Тангавадивелу предложили один метод расчета коэффициента фильтрации глины, основанный на теории случайной сети и перколяции [2]. Лян и Фанг проанализировали факторы, влияющие на свойство просачивания крошечной глины, и объяснили их с помощью эффектов «микроэлектрического поля» и «микроскопического размера» [4]. Дэн обнаружил линейную положительную корреляцию между натуральным логарифмом коэффициента фильтрации и коэффициентом пустотности для глины, а градиент составляет около (является начальным коэффициентом пустотности) [10].Dang et al. установили эффективные методы расчета коэффициента фильтрации для глины на основе эффективного коэффициента пустотности [11]. He et al. получили модифицированный метод расчета коэффициента фильтрации насыщенного бентонита на основе закона Пуазейля, который включает коэффициент пустотности и концентрацию раствора [3, 12, 13]. Однако указанные выше методы возможны при определенных условиях и имеют ограничения в конкретных приложениях. Поэтому по-прежнему необходимо найти простые и правильные методы расчета.Академическая мысль, исследовательская идея и метод этого исследования заимствованы из исследования Данга [11].

    2. Механизм проникновения глины

    Чтобы изучить метод расчета коэффициента фильтрации для глины, очень важно сначала узнать механизм проникновения. Затем влияющие факторы, пространственный процесс и расчет параметров должны быть проанализированы теоретически, что обеспечит фундаментальные исследования для следующего исследования.

    2.1. Факторы воздействия

    Пустота в почве взаимосвязана, полусоединена или герметизирована, и коэффициент фильтрации уменьшается с уменьшением пористости для определенного грунта.Обычно коэффициент просачивания глины низкий для низкой пористости, но это не потому, что пористость отрицательно коррелирует с компактностью и зависит от градации частиц, способности уплотнения и так далее, но не от абсолютного размера частиц.

    Здесь, если предположить, что глина, ил, песок и круглый камень представляют собой круглые шары, их эквивалентные размеры составляют 0,002 мм, 0,02 мм, 0,2 мм и 2,0 мм. Затем они равномерно помещаются в четыре кубических ящика (50 * 50 * 50 мм 3 ), соответственно, и затем вычисляются пространственные пористости, которые показаны на Рисунке 1.


    На рисунке 1 показано, что пористость одинакова для разных частиц почвы, которая составляет около 47,67%, поэтому они не коррелируют с абсолютным размером частиц. Следовательно, на коэффициент фильтрации глины может влиять абсолютный размер частиц при определенной пористости.

    Хотя размер частиц не влияет на пористость, он определяет удельную поверхность (коэффициент формы), которая показана на рисунке 2.

    Рисунок 2 показывает, что разница в удельной площади поверхности велика для разных частиц почвы.Например, это в тысячу раз больше размера частиц, то есть 2,0 мм на 0,002 мм. Это отрицательно коррелирует с удельной площадью поверхности и размером частиц, и скорость изменения больше, когда размер частиц мал.

    Большая удельная поверхность вызовет множество проблем, таких как длинный путь проникновения, большая потеря давления, высокая поверхностная энергия, сильная адсорбционная способность и большой объем связанной воды (показано в таблице 1). Однако связанная вода не обладает растворяющей способностью, текучестью, передачей давления воды и проницаемостью, поэтому она занимает частичное пространство проницаемости, тем самым уменьшая отверстие пустот, перпендикулярное направлению проникновения.Таким образом, размер частиц является одним из основных влияющих факторов.

    9034 9034 9034 9034 9034 определенного размера и градации частиц, удельная поверхность является постоянной. Пористость может быть уменьшена за счет вибрации или уплотнения, поэтому проницаемое пространство также будет сжато, что снизит проницаемость.Следовательно, пористость также является одним из основных влияющих факторов.

    Таким образом, размер частиц и пористость являются основными факторами, влияющими на проницаемость глины. При определенной пористости удельная площадь поверхности и объем связанной воды становятся большими при небольшом размере частиц, поэтому путь проникновения удлиняется, а раскрытие пустот уменьшается. Напротив, при определенном размере частиц отверстие пустот все же уменьшается, когда пористость становится низкой. Следовательно, на проницаемость глины влияет сочетание размера частиц и пористости.

    2.2. Пространственный процесс

    Почва состоит из твердой фазы, жидкой фазы и газовой фазы с точки зрения проницаемого пространства, частиц почвы и содержащихся проницаемых пустот. Отмечается, что удельная поверхность и объем связанной воды низкие для крупнозернистой почвы, но большие для глины. Чтобы напрямую представить объем связанной воды, предполагая, что коллоид, глина, ил и илистый песок в виде круглых шариков, их эквивалентные размеры составляют 0,002 мм, 0,005 мм, 0,05 мм и 0,1 мм. Затем, равномерно помещая их в четыре кубических ящика (50 * 50 * 50 мм 3 ), соответственно, рассчитываются пористость связанной воды и остаточная пористость, которые показаны на рисунке 3.


    На рисунке 3 показано, что пористость связанной воды увеличивается с уменьшением размера частиц, а скорость изменения становится большой, когда размер частиц мал. Он составляет 7,54% для размера частиц 0,005 мм и всего 0,38% для размера частиц 0,1 мм. Поэтому нельзя пренебрегать связанной водой в глине. Основываясь на характеристиках связанной воды и принципе эффективного напряжения, пустоты в связанной воде можно рассматривать как неэффективные пустоты, а остаточные — как эффективные пустоты [11], что показано на рисунке 4.


    На рисунке 4 показано, что грунтовые воды текут в глине через эффективную пустоту, в основном, в соответствии с концепциями просачивания и проникновения, и это можно назвать «эффективной проницаемостью», а функция пространственных координат также не является непрерывной. Кроме того, соответствующими академическими терминами являются эффективный коэффициент проницаемости и эффективная скорость проникновения. Для глины эффективная проницаемость — это фактический ток, и не обязательно рассматривать проницаемость как фактический ток без учета связанной воды.

    2.3. Расчет параметров

    Исходя из вышеизложенного контекста, фильтрация, проницаемость и эффективная проницаемость — это три различных понятия. При одинаковых предпосылках поперечного сечения, направления потока, количества потока, давления воды, объема частиц и трения для почвы у них есть разные объяснения и применения проницаемости. Хотя просачивание — это виртуальный ток, значение фактическое. Для крупнозернистой почвы эффективное проникновение эквивалентно проникновению. Формулы расчета коэффициента проницаемости для трех вышеперечисленных концепций приведены в таблице 2.


    Размер частиц (мм) Общая площадь поверхности (мм 2 ) Толщина водной пленки [14] ( мкм м) Связанный объем воды ( мм 3 )

    0,002 196250000,00 0,12 23550,00
    0,02 19625000.00 0.12 2355.00
    0.20 1962500.00 0.12 235.50
    2.00 196250.00

    Концепция Формула расчета Спецификация символа

    Коэффициент прохождения
    см — общий расход см. количество в пределах (см 3 )
    — гидравлический градиент
    — площадь участка почвы (см 2 )
    — время проникновения (с)
    — общий объем потока в секунду (см 3 / с )
    — разница в высоте воды между падением и сбросом (см)
    — длина грунта вдоль направления проникновения (см)
    — скорость фильтрации (см / с)
    — коэффициент проницаемости (см / с)
    — пористость
    — эквивалентная площадь пустот (см 2 )
    — объем пустот (см 3 )
    — общий объем (см 3 )
    — скорость проникновения (см / с)
    — e Эффективный коэффициент проницаемости (см / с)
    — эффективная пористость,
    — эквивалентная эффективная площадь пустот (см 2 )
    — эффективный объем пустот (см 3 )
    — эффективная скорость проникновения (см / с)
    Коэффициент проницаемости
    Эффективный коэффициент проницаемости

    В таблице 2 показано, что для определенной почвы, то есть.Следовательно, для разных нужд могут быть выбраны разные методы расчета коэффициента проницаемости, а коэффициент фильтрации широко используется для непрерывных переменных в области фильтрации.

    3. Эмпирические методы расчета

    Размер и пористость частиц являются основными факторами, влияющими на проницаемость глины; соответственно, существующие эмпирические методы расчета [1, 10], включающие эти две переменные, показаны в Таблице 3.


    Образец почвы Эмпирический метод расчета Спецификация символа

    Песок, глина и мягкая глина (уравнение CM) и — безразмерные коэффициенты.
    — коэффициент пустотности,
    , — эмпирический показатель степени, равный 5.0
    — содержание глинистых частиц
    — коэффициент активности
    Остальные такие же, как указано выше
    (уравнение Тейлора)
    Мягкая глина (уравнение Месри)

    Можно обнаружить, что размер частиц параметра не включен в уравнение КМ или Тейлора, потому что он определен, когда установлен, поэтому предел неизбежен. Кроме того, трудно получить параметры в формулах.Хотя в уравнении Месри нет параметра размера частиц и он включен, он все же указывает на значительное влияние, вызванное глиной и коллоидными частицами.

    Для крупнозернистого грунта в инженерной практике часто используются эмпирические формулы [11], которые показаны в таблице 4.


    Название коэффициента фильтрации Эмпирический метод расчета Спецификация символа

    Terzaghi — эффективный размер частиц (мм)
    — коэффициент фильтрации при температуре воды 10 ° C (см / с)
    — размер частиц, при котором накопленная при просеивании масса составляет двадцать процентов от общей массы (мм)
    — коэффициент влияния, определяемый формой частиц и направлением потока (0.125)
    — плотность воды (1,0 г / см 3 )
    — удельная поверхность (мм −1 )
    — вязкость воды (10 −3 Па · с)
    — уплотнение коэффициент (см 2 / a)
    — объемный коэффициент сжатия (МПа −1 )
    — плотность воды (10 кН / м 3 )
    — коэффициент сжатия (МПа −1 )
    — радиус капилляра (мм)
    — глобулярный коэффициент частицы почвы; это когда частица представляет собой шар.
    — средний размер частицы (мм).
    — коэффициент влияния, вызываемый соседней частицей почвы; это для частицы шара в бесконечной воде
    Остальные такие же, как указано выше
    IWHR
    Curson – Karman
    KC
    Пустотный поток Стокса
    Дарси

    В таблице 4 показано, что эмпирические методы расчета зернистости и пористости почвы одновременно включают крупнозернистость и крупнозернистость почвы. другие влияющие факторы.Следовательно, некоторые параметры по-прежнему трудно получить, поэтому пять широко используемых методов — это Терзаги, IWHR, Курсона – Кармана, KC и стоксово-пустотный поток [11]. В соответствии с реальной ситуацией, для использования выбраны первые четыре метода и уравнение Месри для коэффициента фильтрации для глины.

    Таким образом, эмпирические методы расчета коэффициента фильтрации для глины ограничены для проблем, связанных с факторами влияния и получением параметров, в то время как методы для крупнозернистой почвы являются значительными и относительно простыми.Поэтому важно найти методы расчета глины на основе методов для крупнозернистого грунта. Dang et al. исследовали эффективные методы расчета глины на основе «эффективного коэффициента пустотности» и обнаружили, что значение расчета и экспериментальный результат имеют одинаковый порядок величины. Это один из новых подходов [11]. В этом исследовании будут изучены эквивалентные методы расчета коэффициента фильтрации для глины на основе «уплотнения» связанной воды и «эквивалентного коэффициента пустотности».

    4.Эквивалентные методы расчета коэффициента фильтрации для глины

    Чтобы рассматривать глину как крупнозернистую почву, важно, чтобы она имела такую ​​же или похожую структуру почвы и механизм проникновения. Подземные воды проникают в глину в основном через эффективную пустоту, в то время как в крупнозернистой почве они проникают через всю поверхность. Следовательно, если связанную воду в неэффективных пустотах можно рассматривать как «твердую почву», размер частиц глины увеличится, и механизм проникновения также будет соответствовать крупнозернистой почве.Следовательно, эквивалентный принцип объединяет связанную воду в глине, считая ее «твердой почвой».

    4.1. Эквивалентные методы расчета

    Эквивалентный метод расчета должен быть установлен при «консолидации» связанной воды, поэтому значения основных параметров будут варьироваться. Изменением удельной поверхности после «уплотнения» пренебрегают из-за малой толщины водной пленки; при этом не учитываются также полусвязанные и герметичные пустоты. В исследовании Данга [11] коэффициент пустотности в эмпирических методах расчета для крупнозернистого грунта заменяется эффективным коэффициентом пустотности, и точность расчета повышается, но при этом не учитывается эквивалентный принцип; изменением коэффициента пустотности также пренебрегают, поэтому разница все равно неизбежна.Следовательно, когда коэффициент пустотности заменяется «эквивалентным коэффициентом пустотности», получаются эквивалентные методы расчета коэффициента фильтрации для глины. Где — начальный коэффициент пустотности, — это эффективное соотношение пустот, — это неэффективное соотношение пустот, — объем эффективные пустоты ( 3 мм), объем неэффективных пустот ( 3 мм), объем частицы грунта ( 3 мм), «эквивалентное соотношение пустот» и соотношение между неэффективными и эффективные коэффициенты пустотности или объемы и являются постоянными для определенного грунта.

    Подставляя уравнение (1) в первые четыре формулы в таблице 4, можно предварительно получить эквивалентные методы расчета коэффициента фильтрации для глины, которые показаны в таблице 5.


    Название Методы расчета
    Грунт крупнозернистый Глина
    Эмпирические методы расчета Эффективные методы расчета [11] Эквивалентные методы расчета




    Коэффициент фильтрации IWHR
    Коэффициент фильтрации Curson – Karman

    Таблица 5 показывает, что параметр включен в эквивалентные методы расчета.Поэтому очень важно определиться. Если параметр низкий, это означает, что неэффективная пустота мала, и метод расчета также подходит для крупнозернистой почвы. В частности, эквивалентные методы расчета коэффициента фильтрации для глины такие же, как и для крупнозернистой почвы, поэтому они объединяют различные методы расчета.

    4.2. Определение параметра

    Параметр зависит от метода определения объема неэффективных пустот, который равен объему связанной воды.Метод предельных значений жидкости и пластичности макроскопической механики грунтов часто применяется для определения содержания связанной воды [11, 14], что показано на рисунке 5 и ниже: где — содержание связанной воды, — содержание прочной воды. связанная вода, — содержание влаги, — предел пластичности, — содержание слабосвязанной воды, — постоянная величина (), — предел жидкости.


    В условиях проницаемости влажность является не исходной, а насыщенной.В исследовании Данга [11] связь между содержанием насыщенной влаги и не рассматривается и в некоторой степени не является строгой. Где — масса неэффективной пустой воды (г), — плотность воды (1,0 г / см 3 ), — масса частицы почвы (г), — плотность частицы почвы (г / см 3 ), — содержание насыщенной влаги, — относительная плотность частицы почвы, а другие — то же, что указано выше.

    Можно обнаружить, что когда; а именно, связанная вода заполняет почвенную пустоту, эффективная пустота отсутствует, а коэффициент фильтрации равен 0.В исследовании Данга [11] это 0,9. Чтобы проверить его пригодность, сравнительные расчеты выполняются в следующем разделе, и выбранные значения: 0,80, 0,85, 0,95 и 1,0; результаты показывают, что они подходят при 0,9.

    5. Оценка эквивалентных методов расчета

    Для проверки возможности и точности эквивалентных методов расчета выбраны три типа глинистых грунтов — уплотненный восстановительный лёсс (№ 1), мягкая глина Южно-Китайского моря (№ 2) и прибрежной засоленной почвы Кувейта (No.3) [5, 6, 11, 15, 16]; соответствующие параметры показаны в таблицах 6 и 7. На основании расчетных формул в таблице 5 (формула 1: Терзаги; формула 2: IWHR; формула 3: Курсона – Кармана; формула 4: KC), результаты расчетов с использованием различных методов могут , которые показаны на рисунках 6–8 и в таблице 8.

    108 9033 9033 9033 9033 1,228

    № почвы. (г / см 3 ) (%) (%)

    2,72 1,0 39,7 0,9 22,0 0,539 0,813 0,4013
    2 1,933
    2 1,933 2,65 1,743 0,3163
    3 1,074 2,49 1,0 43,1 0,9 33,0 0,740 2.211 0,1923


    № почвы. (мм) (мм) (мм) (г / см 3 ) (см -1 ) (Па · с) (%)

    1 0,001 0,005783 0.0345 0,125 1,0 1739.1304 10 –3 14,113 0,10
    2 0,001 0,002473 0,034 9033 9033 9033 9034 9034 9034 9034 9034 9034 9034 9033 9033 9034 –3 16,988 0,42
    3 0,001 0,003086 0,008 0,125 1,0 7500,0 10 3–3 798 0,35


    9033 с

    Методы расчета Коэффициент заполнения почвы No. 2 No. 3

    Эмпирические методы расчета для крупнозернистого грунта 3,365 ∗ 10 −9 1.368 ∗ 10 −8 3,318 ∗ 10 −9
    Эффективные методы расчета для глины 5,708 ∗ 10 −10 1,142 ∗ 10 −9 1,552 ∗ 10 — 10
    Эквивалентные методы расчета для глины 2,562 ∗ 10 −10 1,336 ∗ 10 −10 3,313 ∗ 10 −11
    Экспериментальное значение 4.2 ∗ 10 −7 2.7 ∗ 10 −7 6.48 ∗ 10 −8

    Таблица 8 показывает, что коэффициенты фильтрации при различных методах расчета имеют согласованность для каждого грунта разница между методом расчета для крупнозернистого грунта и экспериментальным значением является наибольшей, эффективный метод расчета для глины занимает второе место, а эквивалентный метод расчета для глины является наиболее близким; следовательно, преимущество эквивалентного метода расчета очевидно.Для их количественной оценки рассчитываются кратные между ними; результаты показывают, что для каждого грунта: (1) разница между методом расчета для крупнозернистого грунта и экспериментальным значением немного больше, а минимальная и максимальная разница в порядках величины составляет один и три; (2) разница между коэффициентом фильтрации IWHR в каждом методе и экспериментальным значением также немного больше, а минимальная и максимальная разница в порядках величины составляет два и три; и (3) коэффициенты фильтрации Терзаги и Курсона – Кармана в каждом методе ближе к экспериментальным значениям, а коэффициенты эквивалентного метода расчета — наиболее близкими, то есть примерно равны.Следовательно, эквивалентный метод расчета коэффициента фильтрации для глины возможен, и он до некоторой степени точен.

    Из таблицы 8 можно найти, что коэффициенты фильтрации KC все низкие при разных методах для каждого грунта, а разница между результатами, рассчитанными эквивалентным методом, и экспериментальным значением составляет три порядка величины, поэтому он не подходит для расчет коэффициента фильтрации для глины. Кроме того, результаты (показанные в Таблице 9), рассчитанные по уравнению Месри в Таблице 3, также близки к экспериментальным значениям, они также имеют тот же порядок величины и также приблизительно равны.Поэтому рекомендуемые методы расчета коэффициента фильтрации для глины — это уравнение Месри и эквивалентный метод расчета Терзаги или Курсона – Кармана.

    9034 9034 9034 Экспериментальное значение 9034

    Почва Метод расчета
    Коэффициент просачивания (см / с)
    Уравнение Mesri 1.532 ∗ 10 −7 4,2 ∗ 10 −7
    Мягкая глина из Южно-Китайского моря 2.696 ∗ 10 −7 2.7 ∗ 10 −7
    Прибрежный солевой раствор почва из Кувейта 5,463 ∗ 10 −8 6,48 ∗ 10 −8

    6. Выводы

    Можно сделать следующие выводы: (1) Размер частиц и пористость являются основными факторами, влияющими на проницаемость глины.При определенной пористости удельная площадь поверхности и объем связанной воды велики при небольшом размере частиц, таким образом удлиняя путь проникновения вдоль направления проникновения и уменьшая отверстие пустот, перпендикулярное направлению проникновения. Точно так же при определенном размере частиц отверстие пустот также мало при низкой пористости. Эти эффекты потребляют энергию проницаемости и сжимают проницаемое пространство, тем самым снижая проницаемость глины. (2) Просачивание, проницаемость и эффективное проникновение — это три разные концепции; грунтовые воды проникают в глину, главным образом, через эффективные пустоты, а эффективная проницаемость — это фактический поток, в то время как они проникают через пустоты в крупнозернистой почве.Для определенного грунта возрастающая последовательность коэффициентов проницаемости — это коэффициент фильтрации, коэффициент проницаемости и эффективный коэффициент проницаемости. (3) На основе «уплотнения» связанной воды глина может быть эквивалентна крупнозернистой почве с точки зрения структуры почвы и механизм проникновения. Коэффициент пустотности после «уплотнения» — это не простое вычитание начального и неэффективного коэффициента пустотности, а введение «эквивалентного коэффициента пустотности» унифицирует методы расчета коэффициента фильтрации для глинистого и крупнозернистого грунта.(4) Связанное содержание воды может быть рассчитано методом предельного значения жидкости-пластичности, максимальное значение составляет примерно 0,9 раза больше предельного значения жидкости, и необходимо обязательно учитывать содержание насыщенной влаги. (5) Возможные методы расчета Коэффициент фильтрации глины — это уравнение Месри и эквивалентный метод Терзаги или Курсона – Кармана, поскольку результаты их расчета наиболее близки к экспериментальным значениям.

    Доступность данных

    Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

    Раскрытие информации

    Более ранняя версия этой статьи была представлена ​​в виде аннотации в «Протоколах Международной конференции по геомеханике, геоэнергетике и георесурсам (IC3G 2018)».

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

    Благодарности

    Выражаем благодарность всем цитируемым поставщикам соответствующих материалов и авторам, особенно академической мысли, исследовательской идее и методам, изложенным в исследовании Данга.Это исследование было поддержано Специальным проектом Национального плана ключевых исследований и разработок Китая (грант № 2017YFC0805406) ​​и Пекинским муниципальным фондом естественных наук (грант № 8161001).

    Пористость — AAPG Wiki

    Справочное руководство по геологии разработки
    серии Методы разведки
    Деталь Лабораторные методы
    Глава Пористость
    Автор М.Питер Кон, Дэвид Дж. Керси
    Ссылка Веб-страница
    Магазин Магазин AAPG

    Пористость определяет емкость резервуара. Он определяется как отношение пустого пространства, обычно называемого объемом пор, к объемному объему и выражается в долях или процентах. Почти все резервуары углеводородов состоят из осадочных пород, значения пористости которых обычно варьируются от 10 до 40% в песчаниках и от 5 до 25% в карбонатах. [1] [2] (См. Также «Качество коллектора»).

    Определение терминов пористости

    Рис. 1 Схема системы пор, относящаяся к минералогии, содержанию воды и оценке пористости. (Примечания: * если образец полностью дезагрегирован во время измерения. «Зависит от высоты над уровнем свободной воды.) требуется ссылка ] )

    Часто существуют расхождения между значениями пористости, определенными в лаборатории, и значениями пористости, полученными из каротажных диаграмм.Некоторые из этих расхождений возникают из-за различий, присущих сравнению прямых измерений физических свойств, выполненных на небольших образцах, с косвенными оценками усредненных свойств. Однако многие из этих расхождений можно объяснить различиями в определении и оценке пористости (рис. 1).

    Общая пористость

    Общая пористость включает все пустоты независимо от того, связаны ли поры между собой или изолированы. Не существует практического способа в лаборатории для рутинного измерения изолированного объема пор в горных породах.Однако его можно определить путем дезагрегирования образцов. Если дезагрегированные породы содержат смектит, метод, используемый для сушки образцов, может повлиять на значения пористости, и общая пористость, высушенная в печи, будет больше, чем общая пористость, высушенная при влажной сушке (см. Эффективная пористость ниже). Общая пористость из журнала плотности приравнивается к разукрупненной общей пористости кернов после высушивания в печи. Однако нейтронный журнал расширил бы определение, включив в него структурную химию гидроксила.

    Эффективная пористость

    Анализ пористости керна, высушенного в печи, включает пустое пространство всех взаимосвязанных пор плюс объем воды, связанной со смектитом.Напротив, пористость для анализа высушенного влагой керна включает пустое пространство всех взаимосвязанных пор плюс объем всей связанной воды, превышающий объем водяной пленки толщиной в две молекулы, удерживаемой смектитом. Килан [2] сообщил, что удаление этой пленки может увеличить пористость на 3,3 точки пористости в породах, содержащих 10% смектита.

    Типы пор

    Рисунок 2 Идеализированная система пористости песчаника, показывающая четыре основных типа пор: межкристаллитные, микропористые, растворение и трещины.(По Питтману. [4] )

    Основные типы обломочных и карбонатных пор могут быть идентифицированы путем интеграции данных из описаний керна, петрографии шлифов, сканирующей электронной микроскопии и испытаний капиллярного давления. Эти анализы показывают, что существуют значительные различия между типами пор обломочных и карбонатных пород.

    Рисунок 3 Система идеализированной карбонатной пористости, показывающая три основные группы пористости: выборочная по ткани, неселективная по ткани и выборочная по ткани или нет.(После Choquette and Pray. [5] )

    Пористые системы песчаника

    В песчаниках можно выделить четыре основных типа пористости: [4] (1) межкристаллитная (первичная), (2) микропористость, (3) растворение (вторичная) и (4) трещиноватость (Рисунок 2). Межкристаллитная пористость существует как пространство между обломочными зернами. Микропористость существует в виде небольших пор (менее 2 мкм), обычно связанных с обломками и аутигенными глинистыми минералами. Пористость при растворении — это поровое пространство, образованное частичным или полным растворением зерен каркаса и / или цемента.Пористость трещин — это пустое пространство, связанное с естественными трещинами.

    Карбонатные поровые системы

    По сравнению с обломочными поровыми системами, типы пор в карбонатных породах более разнообразны (см. Карбонатные модели коллектора: фации, диагенез и характеристика потока). Можно выделить три основные группы пор: [5] селективный по ткани, неселективный по ткани и селективный по ткани или нет (таблица 1 и рисунок 3). Семь типов пористости (межчастичная, внутричастичная, межкристаллическая, плесневая, фенестральная, трещинная и каверны) являются общими и важными с точки зрения объема.

    Таблица 1 Типы пор карбоната
    Тип пор Описание
    Выбор ткани
    Межчастичный Пористость между частицами
    Внутричастица Пористость отдельных частиц или зерен
    Интеркристалл Пористость между кристаллами
    Молдик Пористость, образованная избирательным удалением отдельного компонента породы
    Фенестрал Поры больше, чем промежутки между зернами (межчастичные)
    Убежище Пористость, создаваемая укрывающим эффектом крупных осадочных частиц
    Структура роста Пористость, возникшая в результате роста каркаса карбонатной породы на месте
    Неселективный
    Перелом Пористость, образованная трещинами
    Канал Заметно удлиненные поры
    Вуг Поры более 1/16 мм в диаметре, несколько одинаковой формы
    пещера Очень большой канал или каверна
    Выбор ткани или нет
    Breccia Межчастичная пористость в брекчии
    Расточка Пористость, создаваемая скучным организмом
    Нора Пористость, создаваемая закапыванием организма в норы
    Усадка Пористость, вызванная усадкой осадка

    Хотя трещинная пористость очень распространена в карбонатных породах, она обычно составляет менее 1% от общего объема как в обломочных, так и в карбонатных коллекторах.

    Влияние текстурных параметров на пористость

    Рисунок 4 Принципиальная схема упаковки сфер. Значения пористости рассчитаны для кубической (47,6%), ромбической (39,5%), ромбоэдрической (26%) и тетрагональной (30,2%) насадки. (По Бергу; [6] ; изменено из Graton and Fraser. [7] )

    Первичная пористость обломочных и некоторых карбонатных пород (таких как оолиты) является функцией размера зерен, упаковки, формы, сортировки и количества межкристаллитной матрицы и цемента. [8] Теоретически пористость не зависит от размера зерна. Однако изменения размера зерна влияют на форму и сортировку зерна. Поскольку эти переменные напрямую влияют на пористость, изменения размера зерна косвенно влияют на пористость.

    Теоретические эффекты размера зерен и упаковки на пористость были исследованы Грэтоном и Фрейзером [7] , которые вычислили пористость различных конфигураций упаковки однородных сфер. Теоретическая максимальная пористость для кубической уплотненной породы, независимо от значения, присвоенного радиусу зерна, составляет 47.6%. Значения пористости для других устройств насадки (рисунок 4) могут быть рассчитаны.

    Влияние формы зерна на первичную пористость исследовали Fraser [9] и Beard and Weyl. [10] Как правило, пористость уменьшается по мере увеличения сферичности из-за более плотной упаковки, связанной со сферическими зернами. Многочисленные исследования [9] [11] [10] [12] показывают, что пористость обычно увеличивается с сортировкой. Gaither [13] показал, что когда смешиваются зерна двух размеров, пористость уменьшается до тех пор, пока оба размера зерна не будут присутствовать в приблизительно равных количествах.

    Лабораторное определение пористости

    Пробоподготовка

    Большинство методов анализа пористости требуют удаления растворимых углеводородов перед анализом пробы. Факторы, влияющие на очистку пробы, включают типы присутствующих углеводородов, присутствие солей, осажденных из поровых вод, минералогию породы, степень цементации и временные ограничения. Для удаления углеводородов из горных пород можно использовать различные растворители и методы очистки. Толуол обычно является эффективным растворителем для большинства жидких углеводородов.Если углеводороды невозможно удалить с помощью толуола, можно использовать толуол / метанол (азеотроп), хлороформ / метанол (азеотроп), метиленхлорид или сероуглерод. Метанол используется для удаления солей, образующихся при испарении соленых поровых вод. Для горных пород, содержащих гипс и смектит, требуются специальные методы низкотемпературной очистки, чтобы свести к минимуму удаление структурной и связанной воды. [14]

    Для лабораторного определения пористости обычно требуются сухие образцы. Большинство образцов без глины можно высушить в духовке (115 ° C388.15 К
    239 ° F
    698,67 ° R). Если присутствуют глинистые минералы, особенно смектит, требуется влажная сушка (относительная влажность 45%, 63 ° C 336,15 K
    145,4 ° F
    605,07 ° R), чтобы предотвратить удаление воды, связанной с глиной.

    Лабораторный анализ

    Для определения пористости доступны различные лабораторные методы. Тип образца, типы пор, временные ограничения и требования к точности обычно используются для определения наилучшего аналитического метода (таблица 2).

    Таблица 2 Сравнение методов определения пористости
    Метод Преимущества
    Пористость повторного насыщения Точный
    Насыщенные образцы доступны для дальнейшего тестирования
    Время насыщения зависит от проницаемости
    Пористость по закону Бойля: определение объема зерна Очень точный
    Не чувствителен к минералогии горных пород
    Образцы могут быть использованы для дальнейших испытаний
    Плотность зерна легко определяется
    Образцы неправильной формы, трещины и / или каверны легко измеряются
    Быстрая техника (после очистки и сушки)
    Пористость по закону Бойля: определение объема пор Очень точный
    Не чувствителен к минералогии горных пород
    Пористость может быть определена при пластовом напряжении
    Проницаемость может быть определена на том же аппарате, чтобы избежать гистерезиса напряжений
    Быстрая техника (после очистки и сушки)
    Суммирование пористости флюидов Подходит для большинства типов горных пород
    Пористость и насыщенность определены на расколах образца
    Не требует очистки и сушки
    Быстрая техника
    Количество точек пористости тонкого сечения Пористость может быть определена на образцах неправильной формы, трещинах и / или кавернах.
    Типы пор можно идентифицировать
    Могут быть установлены отношения зерен, цемента, матрицы и пор
    П.Я. пористость Пористость может быть определена на нестандартных формах
    Типы пор можно идентифицировать
    Точное определение видимой пористости

    Пористость может быть определена путем измерения двух из трех переменных: объема пор ( V p ), насыпного объема ( V b ) или объема зерна ( V г ). Уравнения 1, , 2, или 3 затем используются для вычисления пористости:

    Пористость также может быть определена путем сложения (с помощью суммирования жидкостей) индивидуальных соотношений объема газа к объемному объему ( G b ), объема нефти к объемному объему ( O b ) и объема воды. до насыпного объема ( Вт, b ) (уравнение 4).Таким образом,

    Измерение объема пор

    Рис. 5 Принципиальная схема гелиевого порометра по закону Бойля для измерения объема пор.

    Объем пор можно измерить напрямую, повторно пропитав чистую сухую породу жидкостью. Повторное насыщение осуществляется либо газом (метод закона Бойля), либо жидкостью (гравитационный метод).

    В методе закона Бойля гелий используется для насыщения образца, поскольку он инертен, плохо адсорбируется на минеральных поверхностях и (из-за своего небольшого размера молекулы) быстро проникает в систему микропор.В лаборатории керн часто помещают в устройство, состоящее из гибкого резинового чехла внутри держателя керна (рис. 5). Затем к внешней стороне резинового чехла прикладывают давление, чтобы оно прижалось к образцу. Затем гелий из контрольной ячейки при известном давлении расширяется до объема пор. Новое равновесное давление в системе отслеживается, а объем пор рассчитывается по закону Бойля:

    где

    • P 1 = начальное давление в опорной ячейке
    • P 2 = конечное давление в системе
    • V r = объем контрольной ячейки
    • В л = объем соединительной трубки (объем линии)
    • V p = объем пор образца

    Очень точные измерения объема пор могут быть достигнуты с помощью порозиметра по закону Бойля, если ботинок соответствует образцу.Следовательно, этот метод не подходит для каверн или трещиноватых горных пород, а также для образцов, которые нельзя разрезать на цилиндры.

    В гравитационном методе очищенный и высушенный образец сначала взвешивается, а затем погружается в сосуд для насыщения. Сосуд наполняется насыщающей жидкостью и находится под давлением 2000 фунтов на квадратный дюйм в течение как минимум 24 часов. После стабилизации давления полностью насыщенный образец удаляют из сатуратора, сразу же прокатывают на абсорбирующем материале для удаления поверхностной пленки насыщающей жидкости и взвешивают.Объем пор рассчитывается по следующей формуле:

    где

    • V p = объем пор
    • W S = масса образца (100% насыщение)
    • W d = вес образца (сухой)
    • ρ с = плотность насыщающей жидкости

    Этот метод не подходит для каверн, трещин или образцов с очень низкой проницаемостью.

    Измерение объема зерна

    Рис. 6 Принципиальная схема гелиевого порозиметра по закону Бойля для измерения объема зерна.

    Объем зерна также можно измерить методом закона Бойля. Оборудование, используемое для измерения объема зерна и объема пор, аналогично, за исключением камеры для образца. Порозиметр объема зерна не ограничивает образец резиновым чехлом (рис. 6). Для измерения объема зерна образец помещается в камеру известного объема.Затем гелий из контрольной ячейки при известном давлении расширяется в камеру для образца. Равновесное давление в системе контролируется, и для расчета объема зерна используется закон Бойля. Следовательно,

    где

    • P 1 = начальное давление в опорной ячейке
    • P 2 = конечное давление в системе
    • V r = объем контрольной ячейки
    • V c = объем камеры для пробы
    • В л = объем соединительной трубки (объем линии)
    • V г = объем зерна пробы (неизвестно)

    Это отличный метод определения объема зерна независимо от формы или характеристик поверхности образца.

    Измерение объемного объема

    Объемный объем может быть определен прямым измерением, вытеснением жидкости или гравиметрически. Штангенциркуль можно использовать для прямого измерения однородных образцов, а объемный объем рассчитывается по измеренным размерам. Этот метод не подходит для нецилиндрических образцов.

    Объемный объем также можно определить путем погружения небольшого образца в несмачивающую жидкость. Ртуть обычно используется в качестве несмачивающей жидкости, а общий объем равен объему ртути, вытесненной образцом.Гравиметрическое определение объемного объема аналогично процедуре насыщения, используемой для определения объема пор. Полностью насыщенный образец сначала взвешивается на воздухе и повторно взвешивается при погружении в смачивающую жидкость. Объемный объем рассчитывается по принципу Архимеда. Таким образом,

    где

    • V b = насыпной объем
    • W с = масса пробы в воздухе (100% насыщение)
    • W i = масса образца, погруженного в насыщающую жидкость
    • ρ с = плотность насыщающей жидкости

    Метод суммирования жидкостей (ретортная пористость)

    Метод суммирования жидкостей — это быстрый аналитический метод определения пористости с использованием предположения, что общий объем нефти, воды и газа в материале составляет объем пор этого материала.Первые два значения определяются путем автоклавирования образцов при повышенной температуре, а последние — путем прямого впрыска ртути. (Подробнее о суммировании жидкостей см. Обзор рутинного анализа керна.)

    Другая техника

    Другой метод, доступный для определения пористости в дополнение к упомянутым здесь, — это точечный подсчет порового пространства, занятого синей эпоксидной смолой в тонких срезах (см. Анализ тонких сечений). Кроме того, в последнее время был достигнут значительный прогресс в развитии анализа петрографических изображений (PIA) как метода определения пористости. [15] [16] В этом процессе поровое пространство очерчивается на основе минералогии с использованием методов фотографической визуализации. Получение изображений из нескольких мест на тонком срезе позволяет компенсировать трехмерный параметр из двух измерений.

    И рентгеновская компьютерная томография (КТ), и ядерный магнитный резонанс (ЯМР) применяются для определения пористости. Это выходит за рамки данного обсуждения, но всесторонне освещено в литературе (например,, Vinegar, [17] и Wellington and Vinegar, [18] ).

    Влияние ограничивающего давления на пористость

    Пористость уменьшается с увеличением чистого перекрывающего давления (литостатическое давление минус поровое давление), а в обломочных породах чувствительность к напряжению обычно увеличивается с увеличением содержания глины и уменьшением содержания цемента. [19] Поскольку пористость зависит от напряжения, лабораторные измерения должны проводиться при напряженных условиях, когда это возможно. Эти измерения выполняются с помощью специально разработанных порозиметров по закону Бойля (объем пор), аналогичных показанным на рисунке 5, которые прикладывают к образцу гидростатическое напряжение.Однако в пласте разрешенная составляющая напряжения является одноосной. Одноосное напряжение меньше гидростатического, и, следовательно, гидростатическая деформация, измеренная в лаборатории, должна быть преобразована в эквивалентную пластовую (одноосную) деформацию.

    См. Также

    Список литературы

    1. ↑ Coneybeare, C. E. B., 1967, Влияние уплотнения на стратиграфический анализ: Canadian Petroleum Geology Bulletin, v. 15, p. 331–345.
    2. 2,0 2.1 Килан, Д. К., 1982, Анализ керна для помощи в описании коллектора: Journal of Petroleum Technology, v. 34, p. 2483–2491, DOI: 10.2118 / 10011-PA.
    3. ↑ Хатзис, И., Н. Р. Морроу, Х. Т. Лим, 1983, Величина и подробная структура остаточной нефтенасыщенности: Журнал инженеров-нефтяников Общества, т. 23, с. 311–326., 10., 2118/10681-PA
    4. 4,0 4,1 Питтман, Э. Д., 1979, Пористость, диагенез и продуктивность песчаниковых коллекторов, в P.А. Шолле и П. Р. Шлюгер, редакторы, Аспекты диагенеза: Общество экономических палеонтологов и минералогов, специальная публикация 26, с. 159–173.
    5. 5,0 5,1 Чокетт, П. У. и Л. К. Прей, 1970, Геологическая номенклатура и классификация пористости в осадочных карбонатах: Бюллетень AAPG, т. 54, с. 207–250.
    6. ↑ Берг Р. Р., 1970, Метод определения проницаемости по свойствам коллекторских пород: Сделки Ассоциации геологических обществ побережья Мексиканского залива, т.20, стр. 303–317.
    7. 7,0 7,1 Грэтон, Л. К. и Х. Дж. Фрейзер, 1935, Систематическая упаковка сфер с особым упором на пористость и проницаемость: Журнал геологии, т. 43, с. 785–909, DOI: 10.1086 / jg.1935.43.issue-8.
    8. ↑ Петтиджон, Ф. Дж., 1975, Осадочные породы, 3-е изд .: Нью-Йорк, Харпер и Роу, с. 628.
    9. 9,0 9,1 Фрейзер, Х. Дж., 1935, Экспериментальное исследование пористости и проницаемости обломочных отложений: Журнал геологии, т.43, стр. 910–1010, DOI: 10.1086 / jg.1935.43.issue-8.
    10. 10,0 10,1 Берд, Д. К. и П. К. Вейл, 1973, Влияние текстуры на пористость и проницаемость рыхлого песка: Бюллетень AAPG, т. 57, стр. 349–369.
    11. ↑ Роджерс Дж. Дж. И У. Хед, 1961, Взаимосвязь между пористостью, средним размером и коэффициентами сортировки синтетических песков: Журнал осадочной петрологии, т. 31, с. 467–470.
    12. ↑ Pryor, W. A., 1973, Модели проницаемости-пористости и вариации в некоторых голоценовых песчаных телах: Бюллетень AAPG, v.57, п. 1, стр. 162–189.
    13. ↑ Гейтер, А., 1953, Исследование пористости и взаимосвязи зерен в экспериментальных песках: Журнал осадочной петрологии, т. 23, с. 180–195, DOI: 10.1306 / D4269602-2B26-11D7-8648000102C1865D.
    14. ↑ Килан, Д. К., 1971, Критический обзор методов анализа керна: 22-е ежегодное техническое совещание Нефтяного общества Канадского института горного дела, Калгари, Банф, Альберта, 2–5 июня, доклад № 7612, с. 1–13.
    15. ↑ Эрлих, Р., С. К.Кеннеди, С. Дж. Крэбтри и Р. К. Крэбтри, 1984, Анализ петрографических изображений, 1. Анализ поровых комплексов коллектора: Журнал осадочной петрологии, т. 54, н. 4, стр. 1365–1378.
    16. ↑ Джерард Р. Э., К. А. Филипсон, Ф. М. Беллентин и Д. Х. Маршалл, 1991, Анализ петрографических изображений, в: Полаз, И., Сенгупта, С. К., ред., Автоматический анализ структур при разведке нефти: Нью-Йорк, Springer-Verlag.
    17. ↑ Vinegar, H.J., 1986, Рентгеновское, КТ и ЯМР изображение горных пород: Journal of Petroleum Technology, v.38, стр. 257–259, DOI: 10.2118 / 15277-PA.
    18. ↑ Веллингтон, С. Л. и Х. Дж. Уксус, 1987, Рентгеновская компьютерная томография: Journal of Petroleum Technology, v. 39, n. 8, стр. 885–898, DOI: 10.2118 / 16983-PA.
    19. ↑ Amaefule, JO, DK Keelan, DG Kersey, and DM Marschall, 1988, Описание коллектора — практический синергетический инженерный и геологический подход, основанный на анализе данных керна: 63-я ежегодная техническая конференция SPE и выставка Общества инженеров-нефтяников, Хьюстон , Техас, 2–5 октября, SPE 18167.

    Внешние ссылки

    найти литературу о
    Пористость

    Анизотропия пористости опалиновой глины: влияние на пороупругое поведение | Международный геофизический журнал

    Абстракция

    Что касается хранения ядерных отходов в глинистых скальных образованиях, которые считаются естественными уплотнениями, требуется фундаментальное понимание поромеханического поведения этого типа горных пород с точки зрения процесса оценки риска.Здесь влияние давления поровой жидкости на упругие свойства Opalinus Clay было изучено на основе реалистичных микроструктур пор, которые были восстановлены из данных изображения, полученных с помощью нанотомографии сфокусированного ионного пучка. Эти микроструктуры использовались в качестве исходной геометрии пор для линейного упругого моделирования методом конечных элементов с целью прогнозирования анизотропных пороупругих свойств Opalinus Clay. Расчетный подход позволил определить полные наборы коэффициентов анизотропной пороупругости.Было обнаружено, что анизотропная структура пор Opalinus Clay приводит к пороупругому анизотропному поведению. В частности, поровое давление по-разному влияет на вертикальную деформацию / напряжение по сравнению с горизонтальным направлением. Следовательно, долгосрочные оценки безопасности, связанные с потенциальным хранилищем ядерных отходов на установке Opalinus Clay, должны включать анизотропную пороупругость для прогнозирования механической реакции этого геоматериала.

    ВВЕДЕНИЕ

    Что касается оценки глинистых пород как потенциальных вмещающих пород для радиоактивных отходов, более глубокое понимание их петрофизических и механических свойств стало в последние годы все более важным.В этом исследовании основное внимание уделяется опалиновой глине, которая рассматривается как потенциальная вмещающая порода для хранения ядерных отходов (Nagra 2002, 2004; Andra 2005). Это горное образование различается по относительному содержанию глинистых и неглинистых минеральных зерен, что влияет на петрофизические свойства. Эффективные свойства горных пород контролируются соответствующими свойствами однородных компонентов, и сланцы часто рассматриваются как бинарная смесь пористой глинистой матрицы и неглинистых минеральных зерен. Это упрощение было сделано с точки зрения проницаемости (Revil & Cathles, 1999), диффузии растворенных веществ (Robinet et al .2012; Келлер и др. . 2015), а также с точки зрения эластичных свойств (например, Sone & Zoback 2013). В последнем случае глинистая матрица рассматривалась как «мягкие», а не глинистые минералы как «жесткие» конечные элементы, соответственно.

    Глинистые породы характеризуются выраженной механической анизотропией, которую обычно связывают с предпочтительной ориентацией пластинчатых глинистых минералов (Hornby et al .1994; Johnston & Christensen 1995) и органических материалов в случае богатых органическими веществами сланцев (Vernik И Нур 1992; Верник и Лю 1997).Следовательно, именно предпочтительная ориентация зерен, связанная с «мягкой» глинистой матрицей, как предполагается, определяет механическую анизотропию сланцев. Даже если глинистые зерна могут казаться хорошо организованными, геометрическая несовместимость между отдельными зернами все-таки существует, что приводит к образованию преимущественно наноразмерных межзеренных пор (Keller et al .2013a). Помимо предпочтительной ориентации зерен глины, наличие анизотропного порового пространства способствует общей механической анизотропии (Sarout & Gueguen 2008a, b; Sarout et al .2014; Келлер 2016).

    Что касается сланцев, существует значительный интерес к их анизотропии, особенно если в порах присутствуют флюиды. Жидкости в форме газа можно найти в порах газовых сланцев, которые в последние годы все чаще используются в газовой промышленности. С другой стороны, поровые флюиды на водной основе могут способствовать переносу радионуклидов, и поэтому важно понимать роль поровых флюидов во влиянии на эффективные свойства материала сланцев.Кроме того, утверждалось, что наличие анизотропной пористости может по-разному влиять на механическую реакцию (например, землетрясение) насыщенных пород по сравнению с прогнозами, сделанными на основе традиционного предположения об изотропной пористости (см. Дальнейшее обсуждение в Healy 2012). .

    В этой работе мы делаем попытку предсказать влияние поровых флюидов на упругие свойства Opalinus Clay. Цель состоит в том, чтобы определить количество анизотропных пороупругих констант с помощью расчетной схемы, представленной Berryman (2010), которую можно использовать в сочетании с заданными упругими константами пористой среды.Константы упругости пористой среды могут быть определены экспериментально или они могут быть рассчитаны на основе реалистичных микроструктур пор, которые были восстановлены на основе данных томографических изображений (Garboczi 1998). Здесь упругие постоянные были рассчитаны с использованием моделирования методом конечных элементов в сочетании с реалистичными микроструктурами пор, которые были восстановлены из данных изображения, полученных с помощью нанотомографии сфокусированного ионного пучка (FIB-nt).

    МЕТОДЫ

    Расчет коэффициентов пороупругости

    Предполагается, что общая анизотропия, связанная с пористой глинистой матрицей, вызвана сочетанием предпочтительной ориентации пластинчатых глинистых минералов, а также предпочтительной по форме ориентации пор (Sarout & Gueguen 2008a, b; Sarout et al .2014; Келлер 2016). В таком случае анизотропия может быть описана орторомбической версией уравнений пороупругости (Берриман 2010)

    \ begin {Equation} {\ left ({\ begin {array} {@ {} * {1} {c} @ {}} {{e_ {11}}} \\ {{e_ {22}}}} \\ {{e_ {33 }}} \\ {- \ zeta} \ end {array}} \ right) = \ left ({\ begin {array} {@ {} * {4} {c} @ {}} {{s_ {11} }} {{s_ {12}}} {{s_ {13}}} {- {\ beta _1}} \\ {{s_ {21}}} {{s_ {22}}} {{s_ {23}) }} {- {\ beta _2}} \\ {{s_ {13}}} {{s_ {23}}} {{s_ {33}}} {- {\ beta _3}} \\ {- {\ beta _1}} {- {\ beta _2}} {- {\ beta _3}} \ gamma \ end {array}} \ right) \ left ({\ begin {array} {@ {} * {1} {c } @ {}} {{\ sigma _ {11}}} \\ {{\ sigma _ {22}}} \\ {{\ sigma _ {33}}} \\ {- {p_f}} \ end { массив}} \ вправо).} \ end {уравнение}

    (1)

    e ii — деформации в i = 1, 2, 3 направлениях, тогда как направления 1, 2 определяют плоскость напластования, а направление 3 перпендикулярно напластованию. . σ ii — соответствующие напряжения, а p f — поровое давление. ζ — дополнительный массовый расход жидкости из образца, а с ij = с ij d — дренированные соответствия.u}}}} {{{\ alpha _R}}}, \ end {формула}

    (5) где K R d и K R u — это средние по Ройссу (1929) объемные модули без дренажа и без дренажа, а K R г — средний по Рейссу модуль объемной упругости пористого каркаса (см. Ниже). Например, средний объемный модуль упругости по Рейссу после истощения определяется как

    \ begin {equal} \ frac {1} {{K_R ^ d}} = \ sum \ limits_ {i, j = 1,2,3} {s_ {ij } ^ d}.g}}. \ end {уравнение}

    (7)

    Влияние порового давления p f на деформацию сдвига (например, e 12 ) исключено из обсуждения, потому что не- ортотропные члены в матрице соответствия малы и, таким образом, ими пренебрегают. Для ортотропных материалов мы имеем β ij = 0, и поровое давление не связано с деформацией сдвига (см. Также Cheng 1997).

    Учитывая приведенные выше уравнения, расчет полного набора пороупругих коэффициентов требует знания матриц соответствия для дренированных S d и недренированных S u матриц соответствия.Эти матрицы, в свою очередь, могут быть определены на основе данных томографического изображения в сочетании с моделированием FEM на основе вокселей.

    Расчет матрицы соответствия

    Для расчета упругих свойств использовалась реализация МКЭ на основе вокселей (Garboczi 1998; обзор см. В Madadi и др. , 2009). Этот подход был успешно применен к песчанику Фонтенбло для расчета упругих свойств, связанных с дренированными (сухими), недренированными (водонасыщенными) и нефтенасыщенными условиями (Arns et al .2002). Применяемый метод был разработан исключительно для использования в сочетании с данными изображения (например, томографическими данными). Garboczi (1998) дает исчерпывающее описание подхода к моделированию применительно к трехмерным оцифрованным изображениям, используя алгоритм сопряженного градиента для решения дискретизированного набора уравнений. Чтобы найти модули упругости микроструктуры пористой глины, прикладывают фиксированную приложенную деформацию и предполагают периодические граничные условия для микроструктуры пор. Поры, которые пересекают границы системы, не являются проблемой, потому что периодические граничные условия, как известно, уменьшают граничные артефакты, особенно в случаях, когда компьютерное моделирование включает зерна или поровые объекты, как в данном случае.Численное решение для смещения находится путем минимизации общей линейной безупругой энергии, а модули упругости были получены из среднего напряжения, найденного в задаче. Упругая деформация рассчитывается для каждого воксела, а среднее напряжение на воксель вычисляется и усредняется по всей микроструктуре, что дает эффективные упругие свойства пористого материала.

    Обобщенный закон Гука для анизотропных материалов можно записать как:

    \ begin {equal} \ left ({\ begin {array} {@ {} * {1} {c} @ {}} {{\ varepsilon _ {xx }}} \\ {{\ varepsilon _ {yy}}} \\ {{\ varepsilon _ {zz}}} \\ {2 {\ varepsilon _ {yz}}} \\ {2 {\ varepsilon _ {zy }}} \\ {2 {\ varepsilon _ {xy}}} \ end {array}} \ right) = \ left ({\ begin {array} {@ {} * {6} {c} @ {}} {{S_ {11}}} и {{S_ {12}}} и {{S_ {13}}} и {{S_ {14}}} и {{S_ {15}}} и {{S_ {16) }}} \\ {{S_ {21}}} и {{S_ {22}}} и {{S_ {23}}} и {{S_ {24}}} и {{S_ {25}}} и {{S_ {26}}} \\ {{S_ {31}}} и {{S_ {32}}} и {{S_ {33}}} и {{S_ {34}}} и {{S_ { 35}}} и {{S_ {36}}} \\ {{S_ {41}}} и {{S_ {42}}} и {{S_ {43}}} и {{S_ {44}}} & {{S_ {45}}} & {{S_ {46}}} \\ {{S_ {51}}} & {{S_ {52}}} & {{S_ {53}}} & {{S_ {54}}} и {{S_ {55}}} и {{S_ {56}}} \\ {{S_ {61}}} и {{S_ {62}}} и {{S_ {63}} } & {{S_ {64}}} & {{S_ {65}}} & {{S_ {66}}} \ end {array}} \ right) \ left ({\ begin {array} {@ {} * {1} {c} @ {}} {{\ sigma _ {xx}}} \\ {{\ sigma _ {yy}}} \\ {{\ sigma _ {zz}}} \\ {{\ sigma _ {yz}}} \\ {{\ sigma _ {zy}}} \\ {{\ sigma _ {xy}}} \ end {array}} \ right), \ end {формула}

    (8)

    где S ij — это представление тензора податливости, который линейно связывает шесть компонентов деформации с шестью компонентами напряжения.Целью моделирования методом конечных элементов является вычисление эффективных S ij , которые соответствуют данной микроструктуре пористой глинистой породы. Чтобы определить все элементы S ij , необходимо выполнить шесть прогонов моделирования, устанавливая один за другим один из шести компонентов деформации на ненулевое значение (Meille & Garboczi 2001). В сочетании с вычисленным средним напряжением σ ij , затем можно определить систему уравнений, которая позволяет решить для 36 неизвестных в S ij .

    Ошибки, связанные с расчетом соответствия

    В попытке оценить вклад предпочтительной формы ориентации пор в общую упругую анизотропию Opalinus Clay, Келлер (2016) рассчитал дренированные и недренированные матрицы податливости, используя ту же микроструктуру пор, что и в этом исследовании. Этот автор также подробно обсудил ошибки, которые можно ожидать при таком типе вычислений, поэтому здесь дается только краткое изложение.Были рассмотрены три типа ошибок: (i) отклонение матрицы жесткости C = S 1 от симметрии, (ii) ошибка дискретизации и (iii) конечная погрешность в размере.

    • (i) Модуль упругости должен быть симметричным для бесконечных систем, как того требует теория упругости. Абсолютное значение наибольшего элемента антисимметричной части C считалось ошибкой C err при определении C и определялось как C err = | max {0 .5 ( C C T )} | (в единицах ГПа). C err оказалась небольшой, и погрешность, связанная с отклонениями от симметрии, не учитывалась.

    • (ii) Ошибка дискретизации связана с тем фактом, что непрерывное поровое пространство представлено конечным числом дискретных кубов (то есть вокселов). Посредством систематического изменения разрешения изображения можно оценить ошибку дискретизации определенных модулей упругости (см. Также Roberts & Garboczi 2000).Для разрешения, используемого в этом исследовании, относительная ошибка дискретизации составляет порядка нескольких процентов (см. Keller 2016).

    • (iii) Упругие свойства, рассчитанные на основе томографических данных, которые относятся к типичным кубам образца FIB-nt с длиной кромки 5–10 мкм. Для таких малых размеров выборки наличие пространственных микроструктурных неоднородностей приводит к неопределенности в определяемых упругих свойствах. Эта проблема связана с концепцией элемента репрезентативного объема.Эти неопределенности были оценены на основе статистического анализа (Канит и др. . 2003; Келлер 2016). Оказалось, что для размера образца в 100 3 вокселей относительная ошибка среднего объемного модуля упругости Фойга – Рейсса – Хилла, относящаяся к твердой глинистой матрице, составляет около 10 процентов, что здесь принято.

    Ограничение разрешения FIB: прогнозирование пороупругих коэффициентов в зависимости от пористости

    Межкристаллитная пористость всего анализируемого объема (рис. 1б и в) равна 3.05 т. %. Это пористость, связанная с радиусом пор> 5 нм, которую можно разрешить с помощью FIB-nt. За счет включения более мелких пор в число пор, которые могут быть разрешены FIB-nt, общая межкристаллитная пористость в образце BDR составляет по крайней мере 10 об. %, как было определено с помощью анализа адсорбции азота (Keller et al .2011). На основе анализа пор связности Keller et al . (2013b) предположили полную связанность всего межзеренного порового пространства Opalinus Clay. Следовательно, предполагается, что воду можно полностью слить из порового пространства и что дренируемый объем составляет, по меньшей мере, около 10 об.%.

    Рис. 1.

    Изображение электронов обратного рассеяния (BSE) и реконструированная микроструктура пор исследуемого образца. Отметим, что плоскость напластования параллельна плоскости 1-2. (а) Изображение BSE показывает поперечное сечение образца, перпендикулярное плоскости напластования. (b) 1-3 вид микроструктуры поры показывает анизотропию в поровом пространстве. (c) 1-2 вида микроструктуры поры.

    Рис. 1.

    Изображение электронов обратного рассеяния (BSE) и реконструированная микроструктура пор исследуемого образца.Отметим, что плоскость напластования параллельна плоскости 1-2. (а) Изображение BSE показывает поперечное сечение образца, перпендикулярное плоскости напластования. (b) 1-3 вид микроструктуры поры показывает анизотропию в поровом пространстве. (c) 1-2 вида микроструктуры поры.

    Рассмотрение лишь небольшой части 20–30% общей пористости, которую можно разрешить с помощью FIB-nt, вероятно, приведет к нереалистичным прогнозам пороупругих свойств. Для оценки пороупругих свойств до ожидаемого диапазона межзеренной пористости 10–20 об.% были проанализированы результаты подвыборки (Keller, 2016). Подвыборка означает, что общий анализируемый объем разбивается на сетку ячеек (подвыборки), и для каждой ячейки определяются матрицы соответствия. Набор данных, относящийся к размеру ячейки L = 100 пикселей, охватывает диапазон пористости примерно до 10 об. %, а размер ячейки достаточно велик, так что ошибка дискретизации приемлема (см. Keller 2016). Таким образом, этот набор данных был использован для определения связи между пористостью и упругими свойствами в диапазоне 0–20 об.% диапазон пористости. Для каждой из 125 ячеек была рассчитана пористость и пороупругие свойства (см. Ниже).

    Упругие свойства твердого пористого каркаса

    Для проведения моделирования необходимо определить упругие свойства твердой глинистой матрицы. Чтобы учесть анизотропию, связанную с предпочтительной ориентацией пластинок глины, мы предполагаем, что пористое твердое тело ведет себя трансверсально изотропно. Венк и др. . (2008) предоставляют поперечно-изотропные упругие постоянные, связанные с пористым твердым телом Opalinus Clay.Упругая жесткость этих данных была сочтена нереально высокой (Wenk et al .2008), но данные были использованы для расчета параметров анизотропии Томсена ε s , γ s и δ s пористого твердого тела (Thomsen 1986; Таблица 1). Здесь значения этих параметров использовались в сочетании с реалистичными скоростями волн P и S ( V p и V s ) и оценками насыпной плотности в сухом состоянии. ( ρ ) позволил оценить константы тензора жесткости, относящиеся к пористому твердому телу, используя следующие соотношения: C 33 = ρV p 2 , C 44 = ρV s 2 , C 66 = C 44 (2 γ + 1), C 11 = C 9200 ( + 1), C 12 = C 11 2 C 66 , C 13 = √a- C 44 , где a δ (2 С 33 ( C 33 –C 44 )) + ( C 33 –C 44 ) 2 ) (Thomsen 1986) (Таблица 1).

    Таблица 1.

    Свойства твердого пористого каркаса.

    ε S . γ S . δ S . Вп . против . ρ . С 11 . С 33 . С 13 . С 44 . С 66 . K R г .
    . . . от нормального до . от нормального до . насыпной сухой . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) .
    . . . постельное белье . постельное белье . (кг · м −3 ) . . . . . . .
    . . . (км с −1 ) . (км с −1 ) . . . . . . . .
    0,28 1 0,21 1 0,17 1 2,62 2 1,51 2 2310 3

    4

    7.70 4 5,26 4 7,47 4 12,1 4
    ε S . γ S . δ S . Вп . против . ρ . С 11 . С 33 . С 13 . С 44 . С 66 . K R г .
    . . . от нормального до . от нормального до . насыпной сухой . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) .
    . . . постельное белье . постельное белье . (кг · м −3 ) . . . . . . .
    . . . (км с −1 ) . (км с −1 ) . . . . . . . .
    0,28 1 0,21 1 0,17 1 2,62 2 1,51 2 2310 3 77 4 15,86 4 7,70 4 5,26 4 7,47 4 12,1 4
    Таблица 1.

    Свойства твердого пористого каркаса.

    92,11

    ε S . γ S . δ S . Вп . против . ρ . С 11 . С 33 . С 13 . С 44 . С 66 . K R г .
    . . . от нормального до . от нормального до . насыпной сухой . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) .
    . . . постельное белье . постельное белье . (кг · м −3 ) . . . . . . .
    . . . (км с −1 ) . (км с −1 ) . . . . . . . .
    0,28 1 0,21 1 0,17 1 2,62 2 1.51 2 2310 3 24,77 4 15,86 4 7,70 4 5,26 4 7,47 4 4

    92,11 4

    ε S . γ S . δ S . Вп . против . ρ . С 11 . С 33 . С 13 . С 44 . С 66 . K R г .
    . . . от нормального до . от нормального до . насыпной сухой . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) . (ГПа) .
    . . . постельное белье . постельное белье . (кг · м −3 ) . . . . . . .
    . . . (км с −1 ) . (км с −1 ) . . . . . . . .
    0,28 1 0,21 1 0,17 1 2,62 2 1.51 2 2310 3 24,77 4 15,86 4 7,70 4 5,26 4 7,47 4 4
    0 12,1

    Значения параметров Томсена, сообщенные Венком и др. . (2008), как правило, ниже, чем полученные из экспериментов со скоростями волн (Sarout et al .2014). Это подтверждает гипотезы о том, что помимо связанных с текстурой других микроструктурных факторов (например,грамм. анизотропия в поровом пространстве) вносят вклад в упругую анизотропию. Кроме того, параметры Томсена, связанные с текстурными факторами, аналогичны параметрам, полученным при самом высоком удерживающем давлении в экспериментах по скорости волны (Sarout et al , 2014). Этот факт, а также то обстоятельство, что поры при самом высоком приложенном ограничивающем давлении, как ожидается, будут закрыты (Sarout et al , 2014), дает нам уверенность в том, что используемые параметры Томсена (Таблица 1) в значительной степени контролируются текстурой минералов.

    Используя приведенные в таблице упругие константы, средний модуль упругости зерна по Ройссу K R g составляет около 12 ГПа. Значения упругих свойств, относящихся к твердой глинистой матрице, были экспериментально определены Ванорио и др. . (2003), которые получили значения модуля объемной упругости в диапазоне от 6 до 12 ГПа и значения модуля сдвига в диапазоне от 4 до 6 ГПа. Этот диапазон значений согласуется с результатами, полученными в нанометровом масштабе с помощью атомно-силовой акустической микроскопии, которая дала значения для модуля Юнга, равные 6.2 ГПа (Prasad et al .2002). Значения, использованные в этом исследовании, попадают в диапазон экспериментально полученных значений и, следовательно, являются разумными.

    Входные микроструктуры

    Исследуемая микроструктура относится к образцу BDR, отобранному из сланцевой фации Opalinus Clay (рис. 1). В микроскопическом масштабе электронное изображение обратного рассеяния, представленное на рис. 1 (а), показывает, что исследуемый образец состоит из мелкозернистой глинистой матрицы, и внутри этой матрицы имеется множество изолированных неглинистых минеральных зерен.На образец был нанесен FIB-nt, и были собраны данные томографического изображения, которые позволили восстановить микроструктуру пор (рис. 1b и c). Размер вокселей составлял 10 нм, а размер анализируемого объема составлял 567 3 вокселей, что соответствует длине края 5,67 мкм. Для получения дополнительной информации о свойствах образца, томографических методах и обработке изображений читатель может обратиться к Keller et al . (2013а, б).

    При визуальном осмотре очевидно, что разрешенное поровое пространство анизотропно и состоит из множества изолированных и дискообразных поровых объектов.Келлер (2016) количественно оценил геометрическую анизотропию порового пространства, вычислив собственные оси формы поровых объектов. Оказалось, что поровое пространство анизотропно, и что поры в сланцах можно описать как сплюснутые сфероиды, которые выровнены в плоскости симметрии материала поперечно-изотропной матрицы.

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    Для пористости до 0,1, K R u и K R d линейно уменьшаются с увеличением пористости, и, таким образом, линейная модель была адаптирована к данным для прогнозирования средних объемных модулей по Рейссу в сторону более высокой пористости (рис.2а). Параметры подгонки приведены в таблице 2. Если предположить, что межкристаллитная пористость Opalinus Clay находится в диапазоне от 0,1 до 0,15, расчеты предсказывают, что дренаж воды снижает средние объемные модули по Рейссу примерно на 35–55%.

    Рисунок 2.

    Значения пороупругих коэффициентов в зависимости от пористости. Маркеры показывают результаты моделирования упругости, а пунктирные линии соответствуют данным модели (см. Таблицу 3).(a) Средние по Ройссу дренированные ( K R d ) и недренированные ( K R u ) модули объемной массы в зависимости от пористости. (b) Средний коэффициент эффективного напряжения по Рейссу α R и Скемптон B в зависимости от пористости. Мелкие пунктирные метки отмечают 95-процентный доверительный интервал. Звездочками отмечены экспериментально полученные значения. Красный прямоугольник отмечает диапазон данных, предоставленный Gens et al .(2007). Красные звездочки в центре прямоугольника отмечают контрольное значение, предложенное Gens et al . (2007) (дополнительную информацию см. В тексте). (c) коэффициенты γ и β i в зависимости от пористости.

    Рисунок 2.

    Значения пороупругих коэффициентов в зависимости от пористости. Маркеры показывают результаты моделирования упругости, а пунктирные линии соответствуют данным модели (см. Таблицу 3). (a) Средние по Ройссу дренированные ( K R d ) и недренированные ( K R u ) модули объемной массы в зависимости от пористости.(b) Средний коэффициент эффективного напряжения по Рейссу α R и Скемптон B в зависимости от пористости. Мелкие пунктирные метки отмечают 95-процентный доверительный интервал. Звездочками отмечены экспериментально полученные значения. Красный прямоугольник отмечает диапазон данных, предоставленный Gens et al . (2007). Красные звездочки в центре прямоугольника отмечают контрольное значение, предложенное Gens et al . (2007) (дополнительную информацию см. В тексте). (c) коэффициенты γ и β i в зависимости от пористости.

    Таблица 2. Параметры аппроксимации

    , относящиеся к кривым, изображенным на рис. 2.

    R 0303 103 76
    Параметр . Встроенная функция . R 2 .
    K R u K R u = −56,52 +.1 0,93
    K R d K R d = −25,71 ϕ + 122008
    ϕ + 12,12004
    α R = 4,67 ϕ 0,93
    β 1 β
    0,58
    β 2 β 2 = ϕ 1.91 0,44
    β = ϕ 1,36 0,74
    γ Использование функций для K R u , K 900 и α R в сочетании с уравнениями (4) и (5)
    B Использование функций для K R 3 u K R d и α R в сочетании с ур.(5)
    β 1 = ϕ 1,76 K Используйте функции u , K R d и α R в комбинации с eqs (4) и (5)
    Параметр . Встроенная функция . R 2 .
    K R u K R u = −56,52 = −56,52 K R d K R d = −25.71 ϕ + 12,1 0,99
    α R α R = 4,67 ϕ 0,93

    0,93

    9343

    0,58
    β 2 β 2 = ϕ 3 1.91

    0.44

    β 3 β 3 = ϕ 1,36 0,74
    γ
    200 Используйте функции для K R u , K R d и α R в сочетании с eq.(5)
    Таблица 2.

    Параметр подгонки, связанный с кривыми, изображенными на рис. 2.

    Параметр . Встроенная функция . R 2 .
    K R u K R u = −56.52 ϕ + 12,1 0,93
    K R d K R d = −25,71 d = −25,71
    α R α R = 4,67 ϕ 0,93
    β 1 42 1 42 1 42 903 .76
    0,58
    β 2 β 2 = ϕ 1.91 0,44
    β = ϕ 1,36 0,74
    γ Использование функций для K R u , K 900 и α R в сочетании с уравнениями (4) и (5)
    B Использование функций для K R 3 u K R d и α R в сочетании с ур.(5)
    β 1 = ϕ 1,76 K Используйте функции u , K R d и α R в комбинации с eqs (4) и (5)
    Параметр . Встроенная функция . R 2 .
    K R u K R u = −56,52 = −56,52 K R d K R d = −25.71 ϕ + 12,1 0,99
    α R α R = 4,67 ϕ 0,93

    0,93

    9343

    0,58
    β 2 β 2 = ϕ 3 1.91

    0.44

    β 3 β 3 = ϕ 1,36 0,74
    γ
    200 Используйте функции для K R u , K R d и α R в сочетании с eq.(5)

    Поведение α R и B в отношении их зависимости от пористости показано на рис. 2 (b). α R линейно увеличивается с увеличением пористости и, таким образом, достигает значений от 0,47 до 0,70 для пористости от 0,1 до 0,15 (рис. 2b). Снова линейная модель была адаптирована к расчетным значениям α R . Согласно ур. (5), B приближается к значению единицы для более высокой пористости, но не определено для ϕ = 0.Значения B , полученные в результате моделирования, различаются между 0,45 и 0,8, но есть тенденция к тому, что B увеличивается с увеличением пористости. Чтобы предсказать значения B как функцию пористости, значения B были рассчитаны с использованием линейных моделей, относящихся к K R u , K R d и α R в сочетании с ур.(5). Результатом является синяя пунктирная линия на рис. 2 (b), и видно, что B приближается к значению единицы при ϕ > 0,2. Для ожидаемого диапазона пористости 0,1–0,15 прогнозируемые значения B находятся в диапазоне от 0,7 до 0,8.

    Для прогнозирования поведения коэффициента γ были связаны линейные модели K R u , K R d и α R , использовались в сочетании с уравнениями (4) и (5).Результирующая модель представляет собой пунктирную черную линию на рис. 2 (c), и можно видеть, что коэффициент γ сильно зависит от ϕ (рис. 2c). Что касается пороупругого поведения, мы находим соотношение β 1 ≈ β 2 3 , которое отражает влияние анизотропии и подразумевает, что опалиновая глина является пороупругой анизотропной (= поровое давление влияет на нормальное давление). напряжения по-разному) (рис. 2в). K R d линейно уменьшается с пористостью, которая в сочетании с ур.(4) предполагает, что коэффициенты β i ведут себя нелинейно. Следовательно, степенная функция была подобрана к значениям β i , которые были получены из моделирования FEM (рис. 2c и таблица 2).

    ОБСУЖДЕНИЕ

    На данный момент нет конкретных экспериментальных исследований, в которых детально изучались бы пороупругие коэффициенты Opalinus Clay. Однако, учитывая его потенциальное использование в качестве вмещающей породы в хранилище ядерных отходов, очень важно понять пороупругое поведение этого материала в некоторых деталях.В этой статье мы использовали реалистичные микроструктуры пор в сочетании с моделированием методом конечных элементов, чтобы предсказать изменения в пороупругом поведении из-за изменений пористости. Повышение ограничивающего давления, вероятно, приводит к увеличению протяженности сжатых пор и, таким образом, к снижению пористости в направлении более высоких давлений. Следует отметить, что схлопывание пор может вызвать эффекты нелинейной объемной деформации (Detournay & Cheng 1993), которые не обязательно принимаются во внимание, устанавливая микроструктуру пор с низкой пористостью, равную микроструктуре схлопывающейся поры.Следовательно, что касается изменения коэффициентов пороупругости из-за изменений ограничивающего давления, представленные результаты следует рассматривать как приближение. Представленный подход к анализу упругого отклика из-за изменений давления порового флюида предсказывает, что Opalinus Clay ведет себя пороупруго анизотропно, как показано соотношением β 1 ≈ β 2 3 , что составляет вызванная геометрической анизотропией в поровом пространстве (рис.2c, Keller 2016). Следовательно, давление порового флюида влияет на вертикальную упругую деформацию (скажем, в направлении, перпендикулярном напластованию) по-разному по сравнению с направлениями, параллельными напластованию.

    Рис. 2 (а) показывает, что различия в пористости влияют на упругие свойства, которые, среди прочего, могут быть причиной различий в упругих свойствах между разными глинистыми породами или разными образцами. Это может привести к разбросу значений B и α R , что действительно может иметь место в экспериментальной работе Янса (2013) на породах Opalinus Clay, где значения B находятся между 0.55 и 0,95 были получены. Интересно, что речь идет о разбросе значений B , который прогнозируется для пористости от нескольких объемных процентов до 20 об. %. Кук (1999) сообщил о более высоком разбросе значений B для эксперимента, в котором эффективное давление последовательно увеличивалось. Таким образом, значения B снизились со значений около 0,9 при низких давлениях до значений около 0,3 при высоких эффективных давлениях. Во время этого эксперимента часть жидкости была слита из образца во время постепенного увеличения давления.Следовательно, возможно, что твердая матрица стала более жесткой, например, из-за схлопывания пор, заполненных воздухом, что согласно фиг. 2 (b) приводит к уменьшению значений B . Что касается этих экспериментов, дополнительное снижение значений B могло быть вызвано присутствием очень небольшого количества воздуха, который увеличивает сжимаемость жидкости.

    Затем прогнозируемые значения пороупругих коэффициентов сравниваются с экспериментально полученными значениями. Для этого сравнения были рассмотрены ссылки, в которых также представлена ​​информация о пористости исследуемых образцов (рис.2б). Монфаред и др. . (2011) получили B ≈ 0,95 при пористости около 0,18 с использованием устройства в виде полого цилиндра. Это значение соответствует прогнозам модели и находится в пределах ошибок, связанных с прогнозируемыми значениями B (рис. 2b). Генс и др. . (2007) представили справочные значения для эффективного коэффициента напряжения Био в диапазоне от 0,42 до 0,78 при пористости 15,7 ± 2,2 об. %. Нуаре и др. . (2011) определили значения коэффициента эффективного напряжения Био для аргиллита Турнемир и получили среднее значение 0.52 при средней пористости около 7,7 об. % (Рис. 2б). Прогнозы модели лежат между этими двумя экспериментальными значениями, что считается приблизительным согласием. Однако имеется лишь несколько данных о коэффициентах пороупругости Opalinus Clay, и соответствие прогнозируемых свойств представленной модели не может быть окончательно определено в представленном состоянии. Тем не менее, представленная модель дает представление о пороупругом поведении Opalinus Clay.

    ВЫВОДЫ

    Вычислительный подход, который использует реалистичную микроструктуру пор сланцев в качестве входных данных для конечно-элементного моделирования, был использован для прогнозирования пороупругого поведения Opalinus Clay.Прогнозируется, что Opalinus Clay ведет себя пороупруго анизотропно, что контролируется анизотропией порового пространства. В частности, давление поровой жидкости влияет на вертикальное упругое поведение иначе, чем на горизонтальное. Среди прочего, это открытие может иметь значение для геомеханической реакции Opalinus Clay в случае, например, землетрясения. Следовательно, прогнозы геомеханического отклика, относящегося к этой единице породы, должны учитывать анизотропную пороупругость.Кроме того, в будущих экспериментальных работах по Opalinus Clay следует сосредоточить внимание на определении анизотропных пороупругих коэффициентов.

    Благодарности

    Автор благодарит Эда Гарбоци за предоставление программного обеспечения для конечно-элементных операций и за его помощь в его использовании. Эта работа финансировалась Швейцарским национальным кооперативом по захоронению радиоактивных отходов (NAGRA) в рамках консорциума SHARC, исследовательского сотрудничества между Организацией научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO), Технологическим университетом Кертина и NAGRA.Я хотел бы поблагодарить двух анонимных рецензентов за их предложения и комментарии.

    ССЫЛКИ

    Andra

    ,

    2005

    ,

    ‘Dossier 2005 Argile — Assessment de la faisabilité du stockage géologique en Formation argileuse profonde — Rapport de synthèse’

    Andra

    ,

    France

    Arns

    C.H.

    ,

    Knackstedt

    M.A.

    ,

    Pinczewski

    W.V.

    ,

    Garboczi

    E.J.

    ,

    2002

    ,

    Расчет линейных упругих свойств по микротомографическим изображениям: методология и соответствие теории и эксперимента

    ,

    Geophysics

    ,

    67

    ,

    1396

    ,

    1405

    Berryman

    J.G.

    ,

    1997

    ,

    Поперечно-изотропная упругость и пороупругость, возникающие из тонких изотропных слоев

    ,

    Теоретическая и вычислительная акустика

    ,

    457

    ,

    474

    тенге

    Y.-C.

    ,

    Шан

    E.-C.

    ,

    Пао

    Y.-H.

    ,

    Schultz

    M.H.

    ,

    Pierce

    AD

    ,

    World Scientific

    Berryman

    J.G.

    ,

    2010

    ,

    Схемы измерения пороупругости, дающие полные наборы данных для гранулированных и других анизотропных пористых сред

    ,

    Int. J. Eng. Sci.

    ,

    48

    ,

    446

    ,

    459

    Bock

    H.

    ,

    2001

    ,

    Проект Мон-Терри. Эксперимент РА: анализ и синтез механики горных пород; отчет по механике горных пород

    Cheng

    A.H.-D.

    ,

    1997

    ,

    Материальные коэффициенты анизотропной пороупругости

    ,

    Цел. J. Rock. Мех. Мин. Sci.

    ,

    34

    ,

    199

    ,

    205

    Cook

    J.

    ,

    1999

    ,

    Влияние порового давления на механические и физические свойства сланцев

    ,

    Oil Gas Sci.Technol. — Rev. IFP

    ,

    54

    ,

    695

    ,

    701

    Detournay

    E.

    ,

    Cheng

    A.H.-D.

    ,

    1993

    ,

    Основы пороупругости, Глава 5

    ,

    Комплексная горная инженерия: принципы, практика и проекты, Том. II, Метод анализа и проектирования

    ,

    113

    ,

    171

    Fairhurst

    C.

    ,

    Pergamon Press

    Garboczi

    E.J.

    ,

    1998

    Программы конечных элементов и конечных разностей для вычисления линейных электрических и упругих свойств цифровых изображений случайных материалов

    ,

    NIST

    Gens

    A.

    ,

    Vaunat

    J.

    ,

    Garitte

    B.

    ,

    Wileveau

    Y.

    ,

    2007

    ,

    Поведение жесткой слоистой глины на месте при термической нагрузке: наблюдения и интерпретация

    ,

    Geotechnique

    ,

    57

    ,

    207

    ,

    228

    Хили

    D.

    ,

    2012

    ,

    Анизотропная пороупругость и реакция нарушенной породы на изменения давления порового флюида

    ,

    Разломы, трещины и магматические вторжения в земную кору

    ,

    201

    ,

    214

    Healy

    D.

    ,

    Butler

    R.W.

    ,

    Shipton

    Z.K.

    ,

    Sibson

    R.H.

    ,

    Геологическое общество

    Hornby

    B.E.

    ,

    Шварц

    Л.M.

    ,

    Hudson

    J.A.

    ,

    1994

    ,

    Моделирование упругих свойств сланцев с помощью анизотропной эффективной среды

    ,

    Геофизика

    ,

    59

    ,

    1570

    ,

    1583

    Янс

    E.

    , 2013

    Геомеханические лабораторные испытания керна Opalinus Clay из скважины Schlattingen SLA-1

    Nagra, Веттинген, Швейцария

    Johnston

    J.E.

    ,

    Christensen

    N.I.

    ,

    1995

    ,

    Сейсмическая анизотропия сланцев

    ,

    J. geophys. Res.

    ,

    100

    ,

    5991

    ,

    6003

    Канит

    T.

    ,

    Forest

    S.

    ,

    Gailliet

    I.

    ,

    Mounoury

    V. D.

    ,

    2003

    ,

    Определение репрезентативного объема для случайных композитов: статистический и численный подход

    ,

    Int.J. Solids Struct.

    ,

    40

    ,

    3647

    ,

    3679

    Keller

    LM

    ,

    2016

    ,

    Влияние геометрии пор на упругие свойства Opalinus Clay

    ,

    Geophyiscs

    ,

    000

    ,

    LM

    ,

    Hilger

    A.

    ,

    Manke

    I.

    ,

    2015

    ,

    Влияние содержания песка на диффузию растворенного вещества в Opalinus Clay

    ,

    Прил.Clay Sci.

    ,

    112–113

    ,

    134

    ,

    142

    Keller

    LM

    ,

    Holzer

    L.

    ,

    Wepf

    R.

    ,

    2011 Gasser

    ,

    3D Геометрия и топология поровых путей в глине Opalinus: значение для массопереноса

    ,

    Прил. Clay Sci.

    ,

    52

    ,

    85

    ,

    95

    Keller

    L.M.

    ,

    Schuetz

    P.

    ,

    Erni

    R.

    ,

    Rossell

    MD

    ,

    Lucas

    F.

    ,

    Gasser

    P.

    ,

    Holzer

    L.

    ,

    2013a

    микроструктурные особенности Opalinus Clay

    ,

    Microporous Mesoporous Mater

    ,

    179

    ,

    83

    ,

    94

    Keller

    LM

    ,

    Schuetz

    P.

    ,

    Holzer

    L.

    ,

    2013b

    ,

    Поровое пространство, имеющее отношение к газопроницаемости в Opalinus Clay: статистический анализ однородности, просачивания и элемента репрезентативного объема (RVE)

    ,

    J. geophys. Res.

    ,

    118

    ,

    1

    ,

    14

    Мадади

    M.

    ,

    Jones

    A.C.

    ,

    Arns

    C.H.

    ,

    Knackstedt

    MA

    ,

    2009

    ,

    Трехмерное изображение и моделирование упругих свойств пористых материалов

    ,

    Вычисл.Sci. Англ.

    ,

    11

    ,

    65

    ,

    73

    Meille

    S.

    ,

    Garboczi

    E.J.

    ,

    2001

    ,

    Линейные упругие свойства 2D и 3D моделей пористых материалов, изготовленных из удлиненных объектов

    ,

    Modell. Simul. Матер. Sci. Англ.

    ,

    9

    ,

    371

    ,

    390

    Monfared

    M.

    ,

    Sulem

    J.

    ,

    Delage

    P.

    ,

    Mohajerani

    M.

    ,

    2011

    ,

    Лабораторное исследование термических свойств Opalinus Claytone

    ,

    Rock Mech. Rock Eng.

    ,

    44

    ,

    735

    ,

    747

    Nagra

    ,

    2002

    ,

    Projekt Opalinuston — Synthese der geowissenschafftlichen Untersuchungsergebnisse. Entsorgungsnachweis für abgebrannte Brennelemente, verglaste hochaktive sowie langlebige mittelaktive Abfälle

    Награ Веттинген, Швейцария

    Nagra

    ,

    2004

    ,

    Влияние образования газа после захоронения в хранилище отработавшего топлива, высокоактивных отходов и долгоживущих промежуточных отходов, расположенных в опалиновой глине

    Nagra, Веттинген, Швейцария

    Нуаре

    A.

    ,

    Giot

    R.

    ,

    Bemer

    E.

    ,

    Giraud

    A.

    ,

    Homand

    F.

    ,

    2011

    ,

    Гидромеханическое поведение Tournemire argill. параметры и оценка собственной проницаемости по эдометрическим испытаниям

    ,

    Int. J. Numer. Анальный. Meth. Геомех.

    ,

    35

    ,

    496

    ,

    518

    Прасад

    М.

    ,

    Kopycinska

    M.

    ,

    Rabe

    U.

    ,

    Arnold

    W.

    ,

    2002

    ,

    Измерение модуля Юнга глинистых минералов с использованием атомно-силовой акустической микроскопии 9000ophys,

    . Res. Lett.

    ,

    29

    ,

    8

    ,

    13-1–13-4

    Reuss

    A.

    ,

    1929

    ,

    Berechung der Fliessgrenze von Mischkristallen

    ,

    Z. Angew. Математика.Мех.

    ,

    9

    ,

    Revil

    A.

    ,

    Cathles

    L.M.

    ,

    1999

    ,

    Проницаемость сланцевых песков

    ,

    Водные ресурсы. Res.

    ,

    35

    ,

    651

    ,

    662

    Робертс

    A.P.

    ,

    Garboczi

    E.J.

    ,

    2000

    ,

    Упругие свойства модельной пористой керамики

    ,

    J. Am. Ceram. Soc.

    ,

    83

    ,

    3041

    ,

    3048

    Робинет

    Дж.-C.

    ,

    Sardini

    P.

    ,

    Coelho

    D.

    ,

    Parneix

    JC

    ,

    Prêt

    D.

    ,

    Boller

    E.

    0003,

    Alt2mann

    2012

    ,

    Влияние распределения минералов в мезоскопическом масштабе на диффузию растворенных веществ в богатой глиной горной породе, например аргиллите Каллово-Оксфордского периода (Буре, Франция)

    ,

    Водные ресурсы. Res.

    ,

    48

    ,

    W05554

    ,

    Sarout

    J.

    ,

    Gueguen

    Y.

    ,

    2008a

    ,

    Анизотропия скоростей упругих волн в деформированных сланцах. Часть 1 — Результаты моделирования

    ,

    Geophysics

    ,

    73

    ,

    D91

    ,

    D103

    Sarout

    J.

    ,

    Gueguen

    Y.

    ,

    py в деформированных сланцах: Часть 1 — Экспериментальные результаты

    ,

    Geophysics

    ,

    73

    ,

    D75

    ,

    D89

    Sarout

    J.

    ,

    Esteban

    L.

    ,

    Delle Piane

    C.

    ,

    Maney

    B.

    ,

    Dewhurst

    DN

    ,

    2014

    ,

    Триаксиальная анизотропия упругой насыщенности и триаксиальной анизотропии стресс

    ,

    Geophys. J. Int.

    ,

    198

    ,

    1662

    ,

    1682

    Скемптон

    A.W.

    ,

    1954

    ,

    Коэффициенты порового давления A и B

    ,

    Geotechnique

    ,

    4

    ,

    143

    ,

    147

    Sone

    H.

    ,

    Zoback

    MD

    ,

    2013

    ,

    Механические свойства пород-коллекторов сланцевого газа — Часть 1: Статические и динамические упругие свойства и анизотропия

    ,

    Geophysics

    ,

    78

    ,

    D381

    93,

    Thomsen

    L.

    ,

    1986

    ,

    Слабая упругая анизотропия

    ,

    Geophysics

    ,

    51

    ,

    1954

    ,

    1966

    Vanorio 9000 T.

    ,

    Прасад

    М.

    ,

    Нур

    А.

    ,

    2003

    ,

    Упругие свойства сухих глинистых минеральных заполнителей, взвесей и песчаников

    ,

    Geophys. J. Int.

    ,

    155

    ,

    319

    ,

    326

    Верник

    L.

    ,

    Liu

    X.

    ,

    1997

    ,

    Анизотропия скорости в сланцах

    000

    , геофизические исследования

    ,

    , геофизические исследования

    62

    ,

    521

    ,

    532

    Верник

    Л.

    ,

    Нур

    А.

    ,

    1992

    ,

    Ультразвуковая скорость и анизотропия нефтематеринских пород

    ,

    Геофизика

    ,

    57

    ,

    727

    ,

    735

    W .

    ,

    Voltolini

    M.

    ,

    Mazurek

    M.

    ,

    Van Loon

    L.R.

    ,

    Vinsot

    A.

    ,

    2008

    ,

    Предпочтительная ориентация и анизотропия в сланцах: сланцы Callovo-Oxfordian (Франция) и Opalinus Clay (Швейцария)

    ,

    Clay Miner

    ,

    56

    ,

    ,

    56

    ,

    ,

    ,

    306

    © Автор 2016.Опубликовано Oxford University Press от имени Королевского астрономического общества.

    Экспериментальное исследование пористости и проницаемости обломочных отложений на JSTOR

    Абстрактный

    Цели данного исследования три: экспериментальная оценка факторов, контролирующих пористость и проницаемость идеальных обломочных материалов; определять модификации, произведенные в природных месторождениях отклонениями от идеала; применить принципы проницаемости к проблеме распространения и локализации залежей полезных ископаемых в обломочных отложениях.Влияние на пористость абсолютного размера зерна, переменного размера зерна, формы зерна, метода осаждения и уплотнения экспериментально определяется для идеальных материалов и сравнивается с таковыми для речных и пляжных песков и других обломочных отложений. Обсуждаются различные уравнения проницаемости; управляющие факторы температуры, гидравлического градиента, размера и формы зерна, однородности размера зерна, пористости и стратификации экспериментально оцениваются для идеальных материалов, а модификации, вызываемые природными материалами, ограничиваются и обсуждаются.Представлены полевые наблюдения за влиянием волновых и речных процессов осадконакопления на пористость и проницаемость. Сравнивается относительная проницаемость гравия, песка, глины, лёсса, тилла и несортированного аллювия. Обозначены изменения исходной пористости и проницаемости обломочных отложений в результате метаморфических процессов уплотнения, цементации и перекристаллизации. Наконец, принципы, управляющие потоком флюидов через рыхлые обломочные материалы, применяются к потоку гидротермальных растворов через породы обломочного происхождения в попытке использовать принципы проницаемости для объяснения и прогнозирования распределения и локализации в них залежей гидротермальных минералов.

    Информация о журнале

    Текущие выпуски теперь размещены на веб-сайте Chicago Journals. Прочтите последний выпуск. Один из старейших геологических журналов, The Journal of Geology (JG) с 1893 года продвигает систематические философские и фундаментальные исследования геологии. JG публикует оригинальные исследования по широкому кругу подполей геологии, включая геофизику, геохимию, седиментологию, геоморфологию, петрологию, тектонику плит, вулканологию, структурную геологию, минералогию и планетологии.Многие из его статей имеют широкую привлекательность для геологов, представляют актуальные исследования и предлагают новые геологические идеи за счет применения инновационных подходов и методов.

    Информация об издателе

    С момента своего основания в 1890 году в качестве одного из трех основных подразделений Чикагского университета, University of Chicago Press взяла на себя обязательство распространять стипендии высочайшего стандарта и публиковать серьезные работы, которые способствуют образованию, способствуют общественному пониманию.

    About Author


    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    ЮК «Эгида-Сочи» - недвижимость.

    Наш принцип – Ваша правовая безопасность и совместный успех!

    2021 © Все права защищены.