» » Фильтрационное разрушение горных пород

Фильтрационное разрушение горных пород

В зонах выклинивания подземных вод нередко можно наблюдать вынос мелких и мельчайших частиц пород, оплывание и некоторые другие формы разрушения горных пород. Эти явления составляют подгруппу форм фильтрационного разрушения горных пород.
Породы, подверженные фильтрационному разрушению, называются фильтрационно неустойчивыми. К ним относятся пески, чаще всего мелко- и тонкозернистые, слюдистые, особенно рыхлосложенные, а также некоторые пылевато-глинистые неводостойкие породы.
Сопротивляемость пород фильтрационному разрушению, т. е. их фильтрационная стойкость, зависит от гидравлических характеристик потока подземных вод и в первую очередь от градиента фильтрации и скорости фильтрации. Фильтрационное разрушение начинается при некоторых критических их значениях.
В раздельнозернистых породах, где частицы (зерна) находятся в простом соприкосновении (сцепление с = 0), фильтрационное разрушение начинается при переходе ламинарного режима циркуляции в порах породы в турбулентный. Критические скорости и критические градиенты, при которых происходит такой переход, зависят прежде всего от диаметра пор и размеров зерен.
Фильтрационное разрушение глинистых пород затрудняется силами прилипания (сцепления) глинистых частиц и малыми размерами пор, поэтому разрушению подвержены лишь макроструктурные лёссовидные породы и лёссы, как известно, пронизанные крупными трещинами и порами и обладающие неводостойкой связностью частиц.
В природных условиях можно наблюдать два вида фильтрационного разрушения горных пород: оплывание и коллоидномеханическую суффозию.
Оплывание пород наблюдается при больших выходных скоростях фильтрации подземных вод из толщ фильтрационно неустойчивых отложений. Оплывание происходит под действием фильтрационного давления потока подземных вод. Силы сопротивления (внутреннего трения, отчасти сцепления) в этом случае оказываются недостаточными для преодоления фильтрационного давления, численно равного произведению удельной массы фильтрующейся жидкости (A0) на градиент фильтрации потока, т. е. Рф = A0T.
Оплывание чаще всего наблюдается при выходе на поверхность восходящих источников. Оплывная порода растекается наподобие вязкой жидкости и затем стабилизуется. При значительном содержании медленно осаждающих частиц (глины, тонкого песка и пыли) стабилизация протекает медленно. Оплывание часто является причиной нарушения общей неустойчивости склона и возникновения обрушений, небольших обвалов и оползней.
Коллоидно-механической суффозией называют вынос фильтрационным потоком мелких и мельчайших (коллоидных) частиц породы. Данное явление можно называть также внутренним размывом породы.
Суффозия наблюдается в трех основных случаях.
1. Фильтрационно неустойчивая порода трещиновата, крупнопориста и скорости фильтрации по трещинам и крупным порам превышают критические скорости (Lкрит). Фильтрационное разрушение в данных условиях начинается с растворения солей, инкрустирующих трещины и поры породы. Затем происходит постепенное расширение трещин и увеличение размеров пор породы путем размыва их стенок. В результате образуются псевдокарстовые полости.
2. Фильтрационно неустойчивая порода контактирует с водопроницаемой породой — галечниками, твердыми трещиноватыми или закарстованными породами; разрыв происходит на контакте пород (так называемая контактовая суффозия).
Контактовая суффозия может происходить и на значительных глубинах от поверхности земли, когда скорости или градиенты продольной фильтрации в хорошо водопроницаемом слое превышают их критические значения.
По исследованиям В.С. Истоминой, контактовая суффозия глинистых пород наблюдается при продольных градиентах фильтрации 1 < 0,6—0,8; большое значение на интенсивность процесса оказывают плотность породы, ее водонасыщенность и водостойкость.
3. Фильтрационные породы залегают на приречных склонах, спад уровня воды в реке после паводка происходит быстро. Возникающие при этом градиенты и скорости фильтрации подпертого водоносного горизонта оказываются нередко выше критических.

title-icon Подобные новости