title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Механические методы изменения состояния горных пород

Механические методы изменения состояния горных пород

Механическое уплотнение статическими и динамическими нагрузками применяется для дисперсных пород: лёссов, насыпных и намывных грунтов, а также рыхлых свежеосажденных морских, озерных и речных илов и торфяников.
Различают следующие виды уплотнения: 1) гравитационное уплотнение рыхлых отложений (илов, торфяников) статической нагрузкой (наземное и подводное); 2) уплотнение грунтов укаткой; 3) уплотнение грунтов трамбованием; 4) уплотнение массива грунтов стаями.
Наземное уплотнение применяется для предварительного обжатия и повышения несущей способности водопасыщенных отложений, залегающих в основании земляных плотин, дамб, железнодорожных насыпей.
Способ подводного гравитационного уплотнения с помощью песчаной пригрузки применяется при строительстве морских и речных сооружений на глинистых илах.
Уплотнение пород укаткой применяется при строительстве автомобильных и железных дорог, аэродромов, а также при вертикальной планировке местности и возведении гидротехнических сооружений. Уплотнение производят с целью увеличения несущей способности пород и понижения их водопроницаемости.
Трамбование применяется в гражданском, промышленном, дорожном, гидротехническом и других видах строительства для уплотнения различного рода насыпей (подушек, дамб, плотин, валов), грунтовой одежды, покрытий, экранов.
При уплотнении массива пород сваями все виды свай, погруженные в породу без ее выемки, в какой-то мере оказывают уплотняющее действие за счет уменьшения пористости породы на величину, равную суммарному объему тела забитых свай.
Набивные сваи устраивают путем создания цилиндрических полостей в породе и заполнения их более плотным и устойчивым материалом или цементирующим веществом. В зависимости от состава заполнителя набивные сваи могут быть бетонными, железобетонными, песчаными, цементно-песчаными.
При помощи набивных свай улучшают рыхлые малопрочные песчаные, горфяно-илистые, глинистые (неустойчивые консистенции) породы в активной зоне оснований сооружений до глубины 30 м и более. Сваями обычно прошивают всю уплотняемую толщу и не менее чем на 1 м подстилающий слой.
Сейсмическое уплотнение пород осуществляется энергией взрыва. Энергия взрыва применяется при устройстве поверхностных (открытых) и подземных (закрытых) выемок различного назначение, а также для уплотнения пород в массиве.
Кумулятивные взрывы направленного действия применяются при устройстве в глинистых породах подземных емкостей для хранения бензина, нефти, кислот и других жидкостей.
Для уплотнения рыхлых лёссовых, глинистых и песчаных пород в массиве способ кумулятивного взрыва колонковых зарядов успешно сочетается с набивными грунтовыми, железобетонными и другими сваями.
В настоящее время разработаны способы уплотнения пород глубинными внутренними взрывами в подводными глубинными и поверхностными взрывами.
Метод глубинных взрывов эффективно используется при уплотнении водонасыщенных песчаных пород.
Глубинные взрывы используются также при создании подземных хранилищ в глинистых породах. В основе метода камуфлетных взрывов лежит способность глинистых грунтов уплотняться и упрочняться под действием ударных волн и давления газов, образующихся при подземных взрывах.
Уплотнение грунтов подводными взрывами осуществляется в водной среде. Взрывы могут быть поверхностными и глубинными. В первом случае взрывчатое вещество (BB) подвешивается на расстоянии 0,5 м над поверхностью уплотняемого грунта и под слоем воды толщиной 1,0—1,5 м. Чем больше слой воды над BB, тем эффективнее уплотнение пород, так как водный слой экранирует энергию взрыва. Слой воды между BB и уплотняемой поверхностью породы служит средой для равномерной передачи энергии взрыва.
Глубинные подводные взрывы применяются для уплотнения водонасыщенных песчаных грунтов, при этом заряды BB помещают в скважины на определенных глубинах.
Метод виброуплотнения пород применяется для повышения устойчивости преимущественно сыпучих пород. Под влиянием вибрации минеральные частицы испытывают колебательные движения, происходит их перемещение и достигается более плотная укладка. Результатом вибрации является уплотнение песка, уменьшение его пористости и увеличение внутреннего трения. Различается поверхностное и глубинное виброуплотнение.
Поверхностное виброуплотнение производят при помощи вибрирующей плиты. Этот способ применяется для уплотнения оснований и одежды дорог и аэродромов, для уплотнения насыпных сооружений.
Применение глубинного виброуплотнения целесообразно для уплотнения значительных толщ сыпучих пород на сравнительно небольшой площади, например: основание под фундаментом, отдельные участки насыпных плотин.
Упрочнение горных пород при осушении обводненных территорий является наиболее универсальным и доступным способом общего улучшения состояния породного массива.
Осушение применяют для решения различных технических задач: 1) защиты поверхностных и подземных выработок от затопления подземными водами; 2) отвода грунтовых вод от фундаментов сооружений; 3) предупреждения заболачивания и подпора грунтовых вод; 4) закрепления плывунов (песков, обладающих водоотдачей); 5) упрочнения пород в основании сооружений; 6) предупреждения оползней, оплывания и других деформаций склонов и откосов выработок.
Основным способом осушения песчаных пород является гидродинамический дренаж.
При осушении пород гидродинамическим дренажем — водопонижении — извлекаются большие массы подземных вод, при этом резко увеличиваются скорости их фильтрации. Последнее вызывает промывание и выщелачивание горных пород. Уменьшение жидкой фазы в породах ведет к изменению их состояния и свойств.
В незаселенных гравийно-песчаных и песчано-глинистых породах водопонижение ведет в основном к депрессионному их уплотнению. При понижении уровня подземных вод происходит снятие эффекта гидростатического взвешивания пород и соответствующее увеличение напряжений в скелете породы. Это увеличение напряжений способствует депрессионному обжатию, т. е. уплотнению породы. В результате повышается плотность и сопротивляемость породы сдвигу и сжатию, снижается влажность и коэффициент фильтрации породы. По подсчетам Уинслоу и Допеля, одна шестая часть водопритоков в скважину происходит за счет отсоса воды из песчано-глинистого комплекса пород в процессе их депрессионного обжатия.
Депрессионное обжатие песчано-глинистых пород впервые было предложено М.Е. Кнорре. В настоящее время этот метод широко используется для обжатия слабых естественных оснований с целью предотвращения больших осадок сооружений. При водопонижении происходят также изменения состояния и свойств пород, особенно песчано-глинистых и засоленных, не связанные с действием «депрессионной нагрузки»: 1) объемные деформации пород, вызванные изменением химического состава и концентрации веществ в подземных водах, изменениями состава поглощенных оснований и емкости обмена; 2) деформации усадки глинистых пород, вызванные миграцией капиллярной и адсорбированной воды; 3) явления уплотнения под действием массы вышележащих пород, происходящие в результате ослабления структурных связей в породе в процессе диффузионного и фильтрационного выщелачивания солей и т. п.
Метод водонасыщения применяется для устранения просадочности лёссов. Увлажнение приводит к нарушению структурных связей, изменению строения лёсса и вызывает просадки. Просадку лёссов вызывают путем их замачивания водой через скважины.
В 1962 г. И.M. Литвинов разработал ускоренный метод глубинного уплотнения просадочных пород большой мощности. Сущность его заключается в применении замачивания лёссов совместно со взрывом с предварительным оконтуриванием зоны уплотнения траншеями.

title-icon Подобные новости