ГлавнаяКлассификация горных пород в инженерной геологии является, кроме того, средством и методом их незнания. Она необходима для:
1) разделения всего многообразия горных пород, встречающихся в природе, на группы, существенно различающиеся по генетическим и петрографическим признакам и строительным качествам, чтобы, пользуясь классификацией, можно было давать предварительную инженерно-геологическую оценку горных пород;
2) построения инженерно-геологических карт, разрезов, схем;
3) определения состава, объема, методики и направления инженерно-геологического изучения горных пород;
4) выбора методов улучшения свойств горных пород.
Единой общепринятой классификации горных пород в инженерной геологии пека нет. Это связано с недостаточной изученностью их свойств и трудностью одной классификацией удовлетворить разнообразные требования строительной практики. Существуют классификации специальные и общие. Специальные классификации разработаны применительно к запросам той или иной отрасли строительного дела. Они обычно основываются на учете одного какого-либо признака горных пород, и в этом случае их подразделяют сравнительно детально.
Общие классификации предназначаются для различных отраслей строительства. Они разработаны с учетом нескольких или многих признаков горных пород. В них обычно выделяются все наиболее распространенные типы горных пород и дается с той или иной степенью детальности их строительная характеристика. Естественно, что общие классификации менее детальны, чем специальные, поэтому последние как бы дополняют первые.
Из специальных классификаций наиболее распространены следующие.
Классификация по устойчивости пород в откосах. Мерой такой устойчивости является угол естественного откоса, т. е. предельный, наибольший угол наклона поверхности откоса, при котором горные породы находятся еще в устойчивом состоянии (не осыпаются, не обваливаются, не оползают). Эта специальная классификация применима при проектировании и строительстве невысоких насыпей, выемок, дамб и других земляных сооружений.
Классификация по несущим способностям пород, определяющимся той наибольшей на них нагрузкой, которая не вызывает опасных деформаций сооружений, осадок, нарушения их устойчивости. Эта классификация широко используется при проектировании и строительстве фундаментов сооружений.
Классификация по способу и трудности разработки горных пород. В этой строительной классификации горные породы подразделяются на категории в зависимости от того, каким инструментом они разрабатываются: подборочной лопатой или штыковой, с применением кайла, лома или других ударных инструментов, с частичным применением взрывных работ или только взрывным способом. Этой классификацией широко пользуются при выполнении различных земляных работ, так как категория пород определяет стоимость 1 м3 земляных работ.
Классификация по крепости пород, характеризующейся их сопротивлением разрушающим усилиям. Эта классификация известна как классификация М.М. Протодьяконова (табл. I-1). За меру крепости пород в ней принят коэффициент кажущегося трения, названный автором коэффициентом крепости. Классификация М.М. Протодьяконова имеет очень широкое применение в инженерной практике, особенно в горном деле.Классификация по степени водопроницаемости или водопоглощения. Показателями водопроницаемости горных пород, а для скальных и полускальных пород также их трещиноватости и закарстованности являются коэффициент фильтрации и удельное водопоглощение. Коэффициент фильтрации характеризует скорость движения воды (м/сут, см/сут) в породе при напорном градиенте, равном единице. Под удельным водопоглощением понимают расход воды (л/мин), поглощаемой горными породами, вскрытыми скважиной, при напоре 1 м и длине испытуемого интервала 1 м. Коэффициент фильтрации является абсолютной характеристикой породы, а удельное водопоглощение — относительной, сравнительной. Оба эти показателя свойств горных пород часто используются для решения различных строительных задач.
Из общих классификаций в настоящее время наиболее известны классификации Н.Н. Маслова, Е.М. Сергеева, Строительных норм и правил (СНиП II—15—74) и Ф.П. Саваренского.
В классификации Н.Н. Маслова основными признаками для подразделения различных петрографических типов горных пород на классы и группы служат их механическая прочность и водостойкость. В соответствии с этим в ней выделяют пять классов пород (скальные, полускальные, сыпучие, глинистые, сильно сжимаемые), каждый из которых в свою очередь подразделяется на группы (гидростойкие и гидронестойкие). В этой классификации учтены важные для строительной оценки свойства пород, но в ней недостаточно полно отражены генетические и петрографические признаки пород и характерные количественные показатели их свойств.
В классификации Е.М. Сергеева выделены классы, группы и подгруппы пород. Первые два класса характеризуются по наличию или отсутствию в породах жестких структурных связей, т. е. по признаку, проявляющемуся главным образом в образце. Третий и четвертый классы составляют почвы и искусственные грунты, т. е. специфические генетические образования. При выделении групп и подгрупп в одном случае учитываются генетические, а в другом — петрографические признаки пород. Третий и четвертый классы на группы не подразделяются. Следовательно, в классификации Е.М. Сергеева в основу выделения классов, групп и подгрупп положены важные, но различные признаки. Эта классификация не содержит количественных характеристик свойств горных пород.
В новом варианте классификации Е.М. Сергеева первый класс горных пород назван «скальные грунты», а второй — «дисперсные (рыхлые) грунты», т. е. по существу так же, как по номенклатуре СНиП II—15-74, — «скальные» и «нескальные». В класс «скальных грунтов» включены группы и подгруппы различных магматических, метаморфических и осадочных сцементированных горных пород, независимо от их трещиноватости, выветрелости, закарстованности, состава цемента, строения, физического состояния и растворимости. При этом отмечается, что главная инженерно-геологическая особенность хемогенных пород (гипса, ангидрита, галита, карналлита, сильвинита), отнесенных к классу скальных грунтов, состоит в их высокой прочности, которая мало изменяется при их водонасыщении. В класс «дисперсных (рыхлых) грунтов» объединены трепелы, диатомиты, мел, мергели, глины, суглинки, почвы и др. Как видно, эта классификация не учитывает многие инженерно-геологические особенности горных пород и так же, как и первая, не содержит количественных характеристик их свойств.
Важнейшими общесоюзными руководящими документами для проектирования различных сооружений являются «Строительные нормы и Правила». Во второй части (Нормы проектирования), в гл. 15 (Основания зданий и сооружений) приведена номенклатура грунтов оснований (СНиП II—15—74), предетавляющая собой как бы общую классификацию горных пород. Разработана она не геологами и рассчитана в первую очередь на проектировщиков и строителей. Этой номенклатурой обязаны пользоваться и изыскатели, однако составлена она без учета важнейших геологических особенностей горных пород, в грубо обобщенном виде, с существенными ошибками. Все горные породы в ней подразделяются на скальные и нескальные. К скальным относятся любые твердые и относительно твердые породы, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Таким образом, в этой классификации не учитываются влияние трещиноватости и закарстованности пород на их свойства и, следовательно, обусловленные ими изменения водопроницаемости, прочности, деформируемости и устойчивости пород в условиях естественного залегания. К скальным породам наряду с магматическими, метаморфическими и осадочными сцементированными относятся также такие растворимые породы, как каменная соль и гипс. При проектировании зданий и сооружений на таких породах СНиП (с. 4) рекомендуют устанавливать степень их растворимости. Так классифицировать горные породы нельзя, потому что каменная соль и гипс по своим строительным качествам не имеют ничего общего с породами нерастворимыми и труднорастворимыми. Устанавливать степень их растворимости нет надобности, она известна.
В СНиП в качестве основного признака для подразделения скальных пород рекомендуется значение временного сопротивления их одноосному сжатию. Однако общеизвестно, что, хотя это важный показатель свойств, прочность скальных и полу-скальных пород в образце и в условиях естественного залегания различны. Для таких пород огромное значение имеет масштабный фактор. Поэтому рекомендуемый «лабораторный» признак для их подразделения нельзя считать главным.
В СНиП не выделяются в самостоятельную группу породы относительно твердые — полускальные, существенно отличающиеся от скальных по своим строительным качествам. Наконец, в них принят совершенно неправильный принцип классификации песков по массе суммы различных фракций. Наименование песку дается по совокупности фракций. Так, например, по этой классификации песок следует называть мелким, если масса частиц крупнее 0,1 мм составляет в нем более 75 %, хотя мелких песчаных частиц в породе может быть ничтожно мало. Естественно, что такой песок будет обладать свойствами, нехарактерными для мелкого песка. Так же выделяются и другие разности песков. При такой классификации визуальное описание песков, выполняемое при полевых работах, никогда не будет совпадать с лабораторными данными. В этой классификации не выделяются тонкозернистые пески, широко распространенные в природе, и совсем необоснованно выделяются пески пылеватые.
Строительные нормы и Правила выполнили важную роль в установлении единообразия и порядка в классификации горных пород, однако приведенная в них номенклатура горных пород не отвечает современному уровню их инженерно-геологической изученности. Она затрудняет давать инженерно-геологическую характеристику пород и не стимулирует повышение качества инженерных изысканий. Надо полагать, что со временем она будет исправлена.
Из всех известных общих классификаций принципиально наиболее правильной является классификация Ф.П. Саваренского. Эта классификация с изменениями и дополнениями, внесенными нами с целью более полного учета генетических и петрографических признаков и физико-механических свойств горных пород, рассматривается ниже.