9 Indexeigenschaften von Gesteinen
Dieser Artikel beleuchtet die neun Indexeigenschaften von Gesteinen. Die Eigenschaften sind: - 1. Spezifisches Gewicht 2. Feuchtigkeitsgehalt 3. Sättigungsfeuchtigkeitsgehalt (MC) sat 4. Porosität 5. Permeabilität 6. Hydraulische Leitfähigkeit 7. Quellkoeffizient 8. Rückprallzahl 9. Uniaxiale (oder nicht beschränkte) Druckfestigkeit.
Index-Eigenschaft Nr. 1. Spezifisches Gewicht:
(i) Trockenes scheinbares spezifisches Gewicht (S b ):
Dies kann in Abhängigkeit von der Porosität der Gesteinsprobe auf zwei Arten bestimmt werden.
(a) Für Gesteine höherer Porosität (> 10%):
Dieser Test wird für viele Sedimentgesteine und stark verwitterte magmatische und metamorphe Gesteine verwendet.
Die Gesteinsprobe wird 12 Stunden lang bei 105 ° C im Ofen getrocknet und gewogen (W 1 ). Dann wird die Gesteinsprobe sofort mit Paraffinwachs oder einem anderen Material beschichtet, dessen Dichte (y p ) bekannt ist. Die Wachsschicht wird abgekühlt und die Probe wird gewogen (W 2 )
Gewicht des Paraffinwachses = W p = W 2 - W 1
Als nächstes wird das durch die Probe verdrängte Wasservolumen (V) gemessen.
(b) Für Gesteine mit niedriger Porosität (<10%):
Dieser Test wird für gut verdichtete oder zementierte Sedimentgesteine, alle frischen magmatischen und metamorphen Gesteine, durchgeführt. Eine Laufwaage wird verwendet. Die Probe wird in Luft suspendiert und gewogen (VV, ). Es wird in Wasser getaucht und erneut gewogen (W 2 ). Dann ist S b = W 1 / W 1 - W 2
(ii) gesättigtes scheinbares spezifisches Gewicht (S b (sat) ):
Wenn der Sättigungsfeuchtegehalt (Sättigungsfeuchtigkeitsgehalt, Sättigungsfeuchtigkeitsgehalt) und sein scheinbares Trockengewicht (S b ) bekannt sind, dann
(iii) Spezifisches Gewicht von festem Mineralkorn (S s ):
1. Trocknen Sie die Dichteflasche und den Stopfen bei 105 ° C und wiegen Sie (W 1 ).
2. Das Gestein wird auf eine Maschengröße zerkleinert, die etwa der Korngröße des Gesteins entspricht. Eine Probe sollte getrocknet werden (bei 105 ° C für 4 Stunden) und in die Dichteflasche (etwa ein Drittel gefüllt) gegeben und gewogen (W 2 ).
3. Destilliertes Wasser wird in die Dichteflasche gegeben, bis die Probe des Gesteinspulvers bedeckt ist. Die Dichteflasche wird dann in einen Exsikkator gestellt, der langsam von Luft evakuiert wird.
4. Das Vakuum aufheben und die Flasche leicht vibrieren lassen. Wiederholen Sie die Punkte 3 und 4, bis keine Luft mehr aus der Probe austritt.
5. Füllen Sie die Dichteflasche mit destilliertem Wasser, setzen Sie den Stopfen ein und halten Sie sich 1 Stunde lang in einem konstanten Temperaturbad. Fügen Sie der Flasche Wasser hinzu, wenn das Volumen der Us abnimmt.
6. Wischen Sie die verschlossene Dichteflasche ab und wiegen Sie (W 3 ). Leeren, reinigen und füllen Sie die Dichteflasche mit destilliertem Wasser und halten Sie sie 1 Stunde lang bei konstanter Temperatur. Dann abwischen und erneut wiegen (W 4 ).
Für jede Probe sollten zwei Bestimmungen durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt werden.
Index-Eigenschaft Nr. 2. Feuchtigkeitsgehalt:
Um den Feuchtigkeitsgehalt (MC) zu bestimmen, wird die Gesteinsprobe sofort gewogen, nachdem sie aus ihrem luftdichten Behälter (W 1 ) entnommen wurde, beispielsweise einem Plastikbeutel. Die Gesteinsprobe wird 12 Stunden bei 105 ° C in einem Ofen auf ein konstantes Gewicht getrocknet. Im Exsikkator abkühlen und erneut wiegen (W 2 ). Dann,
Indexeigenschaft Nr. 3. Saturation Moisture Content (MC) sat :
Ist der Feuchtegehalt der Probe bereits bestimmt, wissen wir das Trockengewicht der Probe (W 2 ). Legen Sie die Probe in einen Drahtkorb und tauchen Sie sie 12 Stunden in Wasser. Nach dem Trocknen entfernen und wiegen (W 3 ).
Index-Eigenschaft Nr. 4: Porosität:
Porosität (n) ist das Verhältnis des Volumens von Hohlräumen in einem Boden oder Gestein zum Gesamtvolumen., Wenn V v = Volumen der Hohlräume und V = Gesamtvolumen
Sie wird als Dezimalbruch oder als Prozentsatz ausgedrückt. In Gesteinen sind 10% durchschnittlich, 5% sind niedrig, 15% oder mehr sind hoch. Nicht alle Hohlräume in einem Felsen sind miteinander verbunden und für eindringende Flüssigkeiten zugänglich. Bimsstein ist beispielsweise ein sehr poröses Gestein, dessen Poren nicht miteinander verbunden sind. Viele magmatische und hochgradige metamorphe Gesteine weisen sehr kleine Risse oder Mikrorisse auf, die nicht miteinander verbunden sind.
Die effektive Porosität bezieht sich auf das Verhältnis des Volumens der miteinander verbundenen Hohlräume zum Gesamtvolumen des Gesteins. In den Gesteinen vorhandene Hohlräume weisen im Allgemeinen zwei Arten auf, nämlich primäre Hohlräume (Poren) zwischen den Bruchstücken klastischer Gesteine und sekundäre Hohlräume, die durch späteres Brechen oder chemische Verwitterung entstehen.
Der erste ist charakteristisch für die gesamte Gesteinsmasse und ihre Porosität durch strenge Definition. Die zweite hängt von der späteren Geschichte des Gesteins ab und ist innerhalb des Gesteins stark variabel. Echte Porositätswerte einiger üblicher Gesteinsarten sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.
Die verschiedenen Faktoren, die die Porosität von Sedimentgesteinen und Böden bestimmen, sind folgende:
(a) Der Zementierungsgrad (dh, inwieweit der Porenraum durch Zement ersetzt wird) und der Umfang der Rekristallisation an den Berührungspunkten der Körner. Beide sind vom Alter und der Geschichte der Felsenbestattung beeinflusst.
(b) Die Korngrößenänderung Da kleine Körner die Hohlräume zwischen größeren Körnern füllen können, hat ein Sediment mit großen Variationen in der Korngröße (ein gut abgestuftes Sediment) eine geringere Porosität als ein schlecht abgestuftes Sediment.
(c) Die Packung der Körner Wenn die Körner kugelförmig sind, kann die Packung einen Porositätsbereich von 26% bis 47% ergeben. Die lockerere Packung ist eine weniger stabile Anordnung der Körner, und eine Änderung von dieser zu einer stabileren Anordnung verringert die Porosität und kann zum Ausstoßen von Wasser aus dem Sediment führen.
(d) Die Form der Körner Da eckige Latten, wie in Tonmineralien, häufig Brücken zwischen anderen Körnern bilden, halten sie diese auseinander und erhöhen dadurch die Porosität.
Bei kristallinen Kalksteinen ist der Hohlraum hauptsächlich sekundär und wird durch das Vorhandensein von Fossilien und Bettungsflächen durch Auslaugung von Karbonat und erneute Ablagerung durch saures Grundwasser sowie durch Bruch im großen und kleinen Maßstab bestimmt. Aufgrund fortschreitender Auslaugung nimmt der Leerraum normalerweise mit der Zeit zu und Kavernen können sich entwickeln.
Index-Eigenschaft # 5 Permeabilität:
Die Durchlässigkeit k (Dimension L 2 ) ist ein Maß für die Leichtigkeit des Flusses durch einen Felsen oder Boden, unabhängig von den Eigenschaften des Fluids. Sie hängt mit der hydraulischen Leitfähigkeit K durch die Gleichung zusammen
woher,
ρ = Dichte
µ = dynamische Viskosität
und g = Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft
Die Einheit der Durchlässigkeit ist die Darcy, die ungefähr 10 –8 cm 2 beträgt.
Die Permeabilitäten vieler gewöhnlicher Gesteine liegen eine oder zwei Größenordnungen unter einer Darcy und werden normalerweise in Millidarien ausgedrückt.
Der Hauptfaktor für die Durchlässigkeit ist die Größe der Hohlräume, da bei kleineren Hohlräumen die Kontaktfläche von Wasser mit festem Mineral größer ist und die Kapillarkräfte die Strömung behindern.
In losen Böden nimmt die Durchlässigkeit mit (Durchmesser) 2 der Körner zu. Die Strömung erfolgt auch durch sekundäre Hohlräume wie Gelenke, und Gesteine dieser Art werden als durchlässig und eher durchlässig bezeichnet.
Index-Eigenschaft Nr. 6. Hydraulische Leitfähigkeit:
Die hydraulische Leitfähigkeit K ist ein Maß für die Leichtigkeit des Fließens von Wasser durch einen Boden oder ein Gestein unter einem gegebenen hydraulischen Gradienten. Die hydraulische Leitfähigkeit (Abmessungen LT -1 ) hängt von der Permeabilität k der Gesteinsindexeigenschaft sowie der Viskosität und Dichte der Flüssigkeit (Wasser) ab. Es ist keine Rock-Index-Eigenschaft. Es hat die Geschwindigkeitsdimension und wird oft als Meter pro Tag ausgedrückt.
Typische Werte für Böden sind:
Ton: 0 bis 1 m pro Tag
Sand: 10 bis 260 m pro Tag
Kies: bis zu 300 m pro Tag
Index-Eigenschaft Nr. 7. Quellungskoeffizient:
Der Quellungskoeffizient ist ein Maß für die Längenänderung einer Probe, die anfangs ofengetrocknet wurde und dann in Wasser eingetaucht wurde, bis sie vollständig gesättigt war. Sie wird als Verhältnis der ursprünglichen (trockenen) und der endgültigen (gesättigten) Länge ausgedrückt. Dieses Quellungsverhalten hängt mit der Menge an exponierten Tonmineralien in einem Gestein zusammen.
Index-Eigenschaft Nr. 8. Rückprallzahl:
Die Rückprallzahl (R) wird mit einem Schmidt-Betonprüfhammer gemessen und zur Bestimmung der Festigkeit von Gesteinen in situ verwendet. Die Rückprallhöhe des Hammers wird als Prozentsatz des Vorwärtsweges der Hammermasse ausgedrückt.
Index-Eigenschaft # 9. Einachsige (oder unbeschränkte) Druckfestigkeit:
Vor der Bestimmung der Stärke eines Gesteins ist es erforderlich, dass der Gestein ordnungsgemäß vorbereitet ist.
Das folgende Verfahren kann angewendet werden:
(a) Größe und Form der Probe:
Zylinderförmige Prüfkörper werden entweder aus einer Gesteinsmasse im Feld mit EX (22 mm Durchmesser), AX (28 mm) oder BX (41 mm) Hohlkernbohrern oder aus einem Handstück in einem Labor mit 25, 38 oder 63 mm entkernt dia hohlbohrkronen. Das Aspektverhältnis des Kerns (Länge: Durchmesser) ist wichtig und muss größer als 2 sein. Die oberen und unteren Oberflächen des Kerns sollten glatt sein, parallel zueinander und rechtwinklig zur Kernlänge.
(b) Testverfahren:
Der vorbereitete Kern wird mit seinen flachen Enden zwischen zwei Platten angeordnet. Die Kompressionsrate kann 0, 7 N / mm 2 pro Sekunde betragen. (spannungsgesteuert) und 1 mm pro min. (verformungsgesteuert). Einachsige oder nicht beschränkte Druckfestigkeit wird in N / mm 2 gemessen.
Eine Anzahl von Proben sollte von jeder Gesteinseinheit getestet werden.
Da innerhalb einer Gesteinseinheit Schwankungen der Festigkeit auftreten können, treten folgende Bedingungen auf:
(i) Die Eigenschaften der Mineralien, insbesondere ihrer Geschirre, das Vorhandensein von Spalten und der Grad ihrer Veränderung.
(ii) Vorhandensein und Form von Hohlräumen in den Felsen und ob diese Hohlräume mit Wasser gefüllt sind.
(iii) Die Art der Bindung zwischen Mineralkörnern.
