Определение плотности горных пород методом непосредственного измерения линейных размеров образцов и последующего их взвешивания

Размещено на http://www.allbest.ru

Лабораторная работа №1

«Определение плотности горных пород методом непосредственного измерения линейных размеров образцов и последующего их взвешивания»

Введение

1. Цель работы: определить плотность горной породы методом непосредственного измерения линейных размеров образцов и последующего их взвешивания

Оборудование и приборы: штангенциркуль, весы, нагревательный шкаф, образцы горной породы.

Плотность - скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

1. Методика испытаний

Все методы определения плотности горной породы разделяются на две группы: лабораторные и полевые. К первой группе относятся методы, в которых плотность определяется на образцах сравнительно небольшого размера. К ним относятся:

а) метод непосредственного измерения линейных размеров образцов правильной геометрической формы и последующего их взвешивания,

б) методы гидростатического взвешивания,

в) волюмометрический метод,

г) циклометрический метод и др.

Методы второй группы основаны на измерении объёма выемки, образованной в массиве горной породы, определении всей массы породы, полученной из этой выемки. В полевых методах масса горной породы может составлять десятки и сотни килограмм.

Выбор метода определяется требуемой точностью, возможностью изготовления образцов нужной формы и размеров, а также характером пористости горной породы. Наибольшее распространение в лабораторных условиях получили два первых метода, описание которых приводится ниже.

Метод непосредственного измерения линейных размеров образцов правильной геометрической формы и последующего их взвешивания применяется для горных пород, допускающих изготовление образцов правильной формы (цилиндры, призмы, кубы). Обычно в качестве таких образцов используются образцы, предназначенные для испытания на прочность или для определения упругих и других свойств горной породы.

Подготовленные образцы высушиваются при температуре 105-113°С до постоянного веса, охлаждаются до комнатной температуры (лучше в эксикаторе) и взвешиваются с точностью до 0,01 г, если их масса меньше 500 г, и 0,1 г - при большей массе. Для определения объёма образца каждый линейный размер измеряется штангенциркулем с точностью до 0,01см. При цилиндрических образцах их диаметр измеряется 4 раза с тем, чтобы устранить возможное влияние конусности и эллипсности. За исходную величину принимается среднеарифметическое значение диаметра, полученное из этих четырех измерений. Высота образца также принимается усреднённой по четырем измерениям, выполненным с аналогичной точностью.

1.1. Объём образца находится по формуле:

V= , где d-среднее значение диаметра образца; h-средняя

высота образца

1.2. Плотность образцов р, вычисляется по формуле;

с=,

где m - масса образца, V - его объем

1.3. Площадь;

S_кр=рR² S_кр=,

где d - диаметр образца

2.3. Площадь прямоугольника;

Snp= a*b,

где a-длина образца; b-ширина образца

2.4. Среднее арифметическое значение плотности р:

р = ?p_i, /n,

где n- кол-во исследуемых образцов

2. Результаты наблюдений и их обработка

Таблица 1 Результаты определения плотности горной породы методом непосредственного измерения линейных размеров образцов цилиндрической формы

в=0,900

1.4. Расчёт для образца № 1:

V= *h =(3,14*5,60²/4)*З_,91=96,25 см³

р ==238,04/96,25=2,47 г/см³

1.5. Расчёт для образца №2: V=(3,14 x 5,46²/4)хЗ,63=84,95 см³

p =206,99/84,95=2,43 г/см³

1.6. Расчёт для образца №3:

V=(3,14x5,15²/4)хЗ,92=81,61 см³

p=202,45/81,61=2,48 г/см³

1.7. Расчёт для образца №4:

V=(3,14 x5,63²/4)х3,77=93,80 см³

p=238,01/93,80=2,54 г/см³

1.8. Расчёт для образца №5:

V=(3,14х 5,47²/4)х 4,46=104,76 см³

p=263,73/104,76=2,52 г/см³

1.9. Расчёт для образца №6:

V=(3,14х5,51²/4)х3,43=81,75 см³

p=201,41/81,75=2,46 г/см³

1.10. Расчёт для образца №7:

V=(3,14х5,58²/4)х 3,62=88,48 см³

P =216,54/88,48=2,45 г/см³

1.11. Расчёт для образца №8:

V=(3,14х5,65²/4)х 3,00=75,15 см³

p=191,49/75,15=2,55 г/см³

1.12. Расчёт для образца №9:

V=(3,14х5,20²/4)х 3,71=78,75 см³

p=194,47/78,75=2,47 г/см³

1.13. Среднее арифметическое значение плотности p:

р =?р_i,/п= 22,37/9=2,48 /см³

Цель практической работы: Определить плотности горных пород методом гидростатического взвешивания, волюмометрическим и твердой фазы. А также определить общую и эффективную пористость.

Оборудование и принадлежности: Образцы горных пород, штангенциркуль, весы, объёмометр, приставка для гидростатического взвешивания, пикнометр, дробилка, ступка с пестиком, водяная баня, сито (0,25мм.)

3. Теоретическое введение

Плотность горной породы определяется по формуле:

Р= ; г/см³ (1)

где; т- масса образца; г

V- объём образца; см³

Неоднородность минерального состава и строения горных пород обуславливают непостоянство их плотности в различных участках одной и той же литологической разновидности горной породы. Как показывают многочисленные исследования, коэффициент вариации, определяющий степень изменчивости признака, изменяется в пределах 0,5-10% и всегда выше коэффициента вариации для плотности твердой фазы той же горной породы. Поэтому число наблюдений для определения среднего значения плотности горной породы должно быть больше (обычно принимается не менее 5-6 образцов для одной породы).

Все методы определения плотности горной породы разделяются на две группы: лабораторные и полевые. К первой группе относятся методы, в которых плотность определяется на образцах сравнительно небольшого размера. К ним относятся:

а) Методы гидростатического взвешивания;

б) Волюмометрический метод;

в) Твердой фазы.

Методы второй группы основаны на измерении объема выемки, образованной в массиве горной породы, определении всей массы породы, полученной из этой выемки. В полевых методах масса горной породы может составлять десятки и сотни килограмм.

Выбор метода определяется требуемой точностью, возможностью изготовления образцов нужной формы и размеров, а также характером пористости горной породы. Наибольшее распространение в лабораторных условиях получили два первых метода, описание которых приводится ниже.

4. Метод гидростатического взвешивания

горный порода плотность взвешивание

Основан на законе Архимеда и применяется для определения плотности на образцах любой формы. В зависимости от пористости горной породы и требуемой точности может быть использован один из следующих вариантов этого метода.

Метод двух взвешиваний применяется для определения плотности горных пород с незначительной эффективной пористостью, а также для определения плотности минералов.

Подготовка образцов заключается в их промывке, удалении с поверхности образца грязи и выкрашивающихся участков и последующего высушивания до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 105 -- 115^бС.

После охлаждения их взвешивают с точностью до 0,01 г, если масса образца не более 500г, и 0,1 г - при большей массе.

Для определения объема образец взвешивается в гидростатической жидкости на специальных весах, или на обычных, у которых одна чаша заменена металлической сеткой, подвешенной к коромыслу весов на тонкой проволоке. Погруженная в сосуд с гидростатической жидкостью сетка уравновешивается. В качестве гидростатической жидкости для большинства горных пород используется дистиллированная вода. Для растворимых в воде пород подбирается другая жидкость (керосин, ацетон и др.), не растворяющая данную породу. Плотность гидростатической жидкости должна быть заведомо меньше плотности горной породы. Образец помещается на сетку таким образом, чтобы он полностью находился ниже уровня жидкости. Образующиеся иногда на поверхности образца пузырьки воздуха удаляют мягкой кисточкой. После чего образец взвешивается с той же точностью, что и в воздухе. Схема расклада сил по закону Архимеда представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 расклад сил тела, погруженного в жидкость

Разность между весом образца в воздухе и в воде представляет выталкивающую силу, которая, согласно закону Архимеда, равна весу вытесненной жидкости, т.е.:

Размещено на Allbest.ru