Вивчення структури гірських порід: обкатаність уламків

Важливою характеристикою уламків є їхня обкатаність. Це стирання гострих кутів, ребер і нерівностей на поверхні уламків. Ступінь обкатаності залежить від динамічних характеристик чинника перенесення, вихідної форми уламка, дальності перенесення, міграційної здатності уламків. Найбільше обкатує уламки вода, яка тече, дещо менше – льодовик. Ще один чинник – вітер зумовлює коразію оголених порід піщинками, які переносить, і згладжує їхні форми.

Виділяють п’ять класів обкатаності уламків:

• 0 класу – не обкатані;
• 1 класу – ледь обкатані: злегка затерті краї;
• 2 класу – слабко обкатані: затерті кути і ребра, зберігають первинні обриси;
• 3 класу – обкатані уламки: близька до округлої форма зі згладженими краями, проте ще простежуються первинні обриси;
• 4 класу – відмінно обкатані: сферична чи еліпсоподібна форма з гладкою поверхнею, первинні обриси втрачені [36].

Коефіцієнт обкатаності уламків k_o1 обчислюють як середнє арифметичне значень візуально визначених класів

Не обкатані уламки у формулі не враховують, оскільки множення 0 класу на його кількість (0∙n₀) дасть нуль.

Наприклад, нехай на заплаві перерахували 100 одиниць гальок, з яких 0 класу – 13 штук; 1-го – 32; 2-го – 28; 3-го – 14; 4-го – 13. Сумарний коефіцієнт обкатаності становить

Отже, в наведеному прикладі на заплаві переважають слабко обкатані уламки другого класу.

Швидкість стирання уламків залежить від їхнього складу, маси та первинних розмірів. Швидше і сильніше стираються великі уламки м’яких порід. Доведено, що максимальна активність стирання порід будь-якого складу спостерігається на перших 60-100 км шляху, а після 200 км переносу форма майже не змінюється. Третього класу обкатаності досягають уламки після їхнього транспортування на 50 км і більше. Для суттєвих змін обрисів піщинок потрібне їхнє транспортування не менше, ніж на 700 км, або багатократне перевідкладання [20].

Якщо треба отримати об’єктивні дані значень форми уламків, то визначають такі коефіцієнти:

1. коефіцієнт обкатаності k_o2. Якщо виникають сумніви у візуальному визначенні класів обкатаності, то значення коефіцієнта знаходять через обчислення радіусів r кутів уламка. Використовують формулу
   k_o2 = Σⁿ_i=1 ·r_i / Rn,

   де r_i – кількість радіусів кутів уламка; 
   Σⁿ_i=1 ·r₁  + r₂ + … + r_n,
   R – радіус вписаного в цей уламок кола;
   n – кількість кутів.

   Що ближче значення цього співвідношення до одиниці, то більш обкатаний уламок. В округлого уламка значення радіуса кута та радіуса вписаного кола збігається, їхнє співвідношення дорівнює одиниці. Після обмірювань деякої кількості уламків, розробляють шкалу з п’яти градацій, де відповідним значенням присвоюють класи обкатаності (рис. 4.1.6);
   
   Рис. 4.1.6. Схема для оцінки обкатаності гальки [7]
2. коефіцієнт сферичності k_c. Виявляє наскільки форма уламка близька до форми сфери. Застосовують формулу
   k_c = d / a [36],

   де d – діаметр уламка;
   а – довжина його довгої осі.

   Діаметр визначають, занурюючи уламок у мірну мензурку, об’єм витісненої рідини дорівнює його об’єму v. Далі за формулами
   ν = πd³ / 6;
   d = ∛(6ν / π).

   Що ближче значення співвідношення d/а до одиниці, то більше форма уламка нагадує сферу (у сфери = 1).

   Визначення діаметра уламка через його об’єм на практиці досить трудомістке. Пропонуємо інший спосіб обчислення діаметра. Уявимо деяку сферу, вписану в куб. Її діаметр дорівнює ребру куба, а об’єм майже вдвічі менший. Тепер довільне тіло уявно впишемо у паралелепіпед. Воно теж займатиме половину його об’єму. Тому обчислити діаметр d будь-якого тіла можна за такою формулою:

   d =  ∛(abc),

   де а – довжина; b – ширина; с – товщина уламка;

3. коефіцієнт подовгуватості (довжини) k_d уламка. Є оберненим до коефіцієнта сферичності, тому на практиці визначають один з цих двох коефіцієнтів відповідно до завдань дослідження
   k_d = f / d, 
   

   де а – довжина;
   d – діаметр частинки.

   Що більше значення цього співвідношення відрізняється від одиниці, то довший уламок. За іншою формулою
   k_d = ( 2a / (b + c)) - 1,

   де b – ширина; с – товщина уламка [47].

   Чим більший результат обчислення за цією формулою, тим довший уламок;
4. коефіцієнт сплющеності (товщини) k_t уламка. Виявляє наскільки частинки є плоскими
   k_t = c / d,  

   де с – товщина;
   d – діаметр частинки.

   Що ближче значення співвідношення до нуля, то більш сплющене тіло. Інша формула визначення цього коефіцієнта така:
   k_d = ( (a+b) / 2c) - 1 [47].
   У цьому співвідношенні чим більший результат обчислення, тим тіло тонше;
5. коефіцієнт ізометричності k_i. Ізометрія уламка – однаковість його розмірів у різних напрямах. Визначають за формулами
   k_i1 = max { a / d , b / d , c / d },
   обчислюють максимальні значення серед цих трьох часток. Що ближче значення до одиниці, то більш ізометричне тіло, і, навпаки, чим більше результат відрізняється від одиниці, тим воно слабко ізометричне;
   k_i2 = ( (a+c) / 2b) - 1 [47].
   Що більше значення цього співвідношення, то тіло більш ізометричне.

Клас обкатаності уламка визначають разом із визначенням його форми. Беруть 100 штук уламків на площі 1×1 м. Клас обкатаності уламка часто з’ясовують візуально, порівнюючи його з наявними еталонами чи згідно з описами класів у відповідних підручниках чи методичних рекомендаціях. Підтвердження правильності віднесення до певного класу виконують обчисленням коефіцієнта k_o2.

За результатами досліджень складають таблицю, в колонках якої записують: номер уламка, клас обкатаності, результат обчислення співвідношення осей b/а і с/а, коефіцієнти сферичності (або подовгуватості), сплющеності, ізометричності, напрям орієнтування довгої осі у видовжених уламків (табл. 4.5). Знаходять сумарні коефіцієнти форми й обкатаності.

У гравійно-галечникових відкладах у польових умовах визначають також характер поверхні. Він може бути горбистим, ямковим, згладженим і гладким. Характер поверхні піщаних зерен визначають під мікроскопом. Що гладша поверхня, то краще обкатані уламки.