Строение и свойства карбонатных пород среднего карбона района ММДЦ «Москва-Сити»

Объектом исследования в моей работе являются среднекаменноугольные карбонатные породы района Московского Международного Делового Центра (ММДЦ) «Москва-Сити», залегающие на глубинах 59-99,8 м. Породы представляют собой известняки и доломиты различного возраста и структуры. Они характеризуют (снизу вверх) смедвинскую подсвиту каширского горизонта, а также васькинскую, улитинскую и щуровскую подсвиты подольского горизонта московского яруса среднего карбона.

В ходе работы был проведен ряд опытов с целью определения показателей физико-механических свойств грунта. Все опыты проводились по стандартной методике.

Анализ полученных данных позволил выявить некоторые закономерности изменения свойств грунта в зависимости от его возраста, состава, структуры.

1) Четко прослеживается изменение плотности, прочности, а также скорости продольных волн с возрастом. Как видно из графиков, эти показатели в целом увеличиваются от щуровской к смедвинской подсвитам, однако в васькинской подсвите наблюдаются их минимальные значения (таблица).

подсвита	показатели (средние значения)
	ρ, г/см3	n, %	Rc сух	Rc вод	Rр сух	Rр вод	Vр сух	Vр вод	С	φ	µ	E
щуровская	2,22	19	53	40	5	3	3,7	3,9	6	57	0,20	29
улитинская	2,33	15	51	40	7	4	3,9	4,1	8	51	0,28	28
васькинская	2,02	27	35	21	4	2	3,9	3,9	5	52	0,25	29
смедвинская	2,42	14	90	63	8	3	4,5	4,3	10	57	0,27	42

Плотность меняется от 1,82 г/см³ до 2,66 г/см³

Прочность – от 16 до 125 МПа

 2) Более детальное изучение свойств показало, что большое влияние на значения показателей свойств грунтов оказывают состав и структура пород. По составу изученные породы - доломиты и известняки, по морфологии - зернистые и органогенные разности. Среди зернистых встречаются тонкозернистые (0,1-0,5) и микрозернистые (менее 0, 1 мм),

органогенных – к/о с т/з массой заполнителя кальцита и неравномернозернистой массой заполнителя доломита, а также органогенные оолитовые с наличием крустификационных оболочек и без них.

   1. Пористость меняется в широких пределах - от 4 до 35%, в целом у доломитов она выше. На значения пористости в большей степени влияют структурные особенности пород. У доломитов минимальные значения обусловлены кавернозностью и присутствием орг. остатков. У микрозернистых пористость ниже за счет меньшего размера зерен и более плотным их расположением. Как было сказано, максимальной пористостью среди изученных пород обладают органогенные известяки оолитовой структуры, среди которых максимальные значения пористости наблюдаются у известняков, в которых поры являются вторичными, образованными при выщелачивании органических остатков, (обр. 10 и обр. 11), минимальные – у известняков с крустификационной корочкой (обр. 10 и обр. 8). Крупнообломочные известняки в связи с наличием  тонкозернистого заполнителя обладают меньшей пористостью. Максимальной пористостью обладают органогенные оолитовые и кавернозные известняки и доломиты, пористость которых превышает пористость плотных микрозернистых известняков и доломитов в 6 раз (обр. 10- и обр. 16).
   2. Величина водопоглощения зависит от открытой  пористости и меняется от 1 до 27%. В целом она выше у доломитов.

Величина водопоглощения увеличивается с увеличением открытой пористости, что проиллюстрировано на графике (). Водопоглощение высокопористых, кавернозного пород превышает водопоглощение массивных, плотных известняков и доломитов в 4 и более раза.

Отдельно стоит рассмотреть оолитовые известняки. Несмотря на то, что пористость известняка, в котором поры являются вторичными, образованными при выщелачивании органических остатков выше, чем у известняка с крустификационной корочкой, он обладает меньшим водопоглощением за счет того, что все поры изолированы.

   3. Пористость, а также кавернозность пород влияют на важнейший показатель физико-меанических свойств – прочность. Из графика … видно, что прочность уменьшается с увеличением пористости, а прочность доломита выше прочности известняка. Это обусловлено большей прочностью зерен доломита, а также влиянием различных факторов: пористости, типа цемента. //Прочность на одноосное сжатие доломита в сухом состоянии меняется от 19 до 152 МПа, в водонасыщенном – от 7 до 125 МПа. Прочность на одноосное сжатие известняка меняется от 16 до 77 МПа - в сухом и от 5 до 61 - в водонасыщенном состоянии// Максимальной прочностью среди изученных пород обладает тонкозернистый доломит, что связано, кроме малой пористости, с его окремнением (по визуальному описанию). Прочность зернистого известняка выше прочности органогенного, что связано с высокой пористостью последнего. //(20-77 МПа), чем органогенного (16-71 МПа).

Максимальные значения в ряду зернистых известняков имеет более древний микрозернистый известняк с перекристаллизованными остатками детритового материала (обр. 13).

При водонасыщении прочность снижается в несколько раз снижается (от 1.5 до 4 раз).

Прочность на разрыв в несколько десятков раз ниже, //3 до 13 МПа//, что связано с тем, что при растяжении за счет разрыва структурных связей развиваются большие необратимые деформации, при сжатии же часть структурных связей деформируется, но не разрушается.

     4 График…отражает зависимость скорости продольных волн от пористости. Из него видно, что с увеличением пористости скорость падает. // Скорость распространения продольных волн в сухих доломитах меняется от 2,7 до 5,2 км/с, в водонасыщенных - от 2,2 до 5,2 км/с, сухих известняках – от 3,1 до 4,9 км/с, водонасыщенных – 3,6 до 4,7 км/с.//

В водонасыщенных образцах упругие волны в целом распространяются быстрее, чем в сухих. Однако, как видно из рис. 5 в породах смедвинской подсвиты скорость выше в сухих породах. Вероятно, это связно с присутствием в этих породах глинистого вещества. Особенно большая разница между скоростями в обр. 15-98,5 м. На наличие в этой породе глинистых минералов указывает и низкое значенияе коэффициента размягчаемости, и данные визуального и рентгеноструктурного анализов (содержание 5% иллита).

   5 Величина сцепления, а также угла внутреннего трения зависит от структуры породы и обусловлена формой слагающих породу зерен и органических остатков. Угол внутреннего трения и сцепление у доломита в целом выше соответственно почти в 1,5 и 2,5 раза.

Связи, слагающих известняк и доломиты зерен и обломков, характеризуют сцепление грунта и угол внутреннего трения. Эти показатели главным образом зависят от структуры – размера и формы зерен или органических остатков. График? //Сцепление в изученных породах изменяется от 4 до 10 МПа.// У доломита сцепление в целом выше, что обусловлено ромбоэдрической формой его зерен. Однако, можно наблюдать максимальное сцепление (15 МПа) у микрозернистого известняка, состоящего из полностью перекристаллизованных органические остатки (обр. 13). Возможно, это обусловлено тем, что при перекристаллизации кальцитовый материал повторяет весьма неправильную форму органических остатков, что увеличивает сцепление.

Угол внутреннего трения в целом выше у микрозернистых доломитов, чем у тонкозернисых, что связано с большей площадью соприкосновения зерен. Минимальное значение (обр.13) в известняках обусловлено изометричностью и большей «сглаженностью» зерен кальцита. Максимальный угол имеет микрозернистый органогенно-детритовый известняк (обр. 3), что связано с присутствием органогенных остатков неправильной формы. Крустификация органических остатков в органогенных оолитовых известняках приводит к снижению трения (связи обусловлены сцеплением) (на 10%), сцепление при этом увеличивается в два раза (обр. 5 и обр. 11).