Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




01.11.2019


01.11.2019


25.09.2019


14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019





Яндекс.Метрика
         » » Основы инженерно-геологической классификации горных пород

Основы инженерно-геологической классификации горных пород

13.12.2017

Естественным геологическим признаком для подразделения различных горных пород, встречающихся в земной коре, является их происхождение. В соответствии с этим выделяются горные породы изверженные, метаморфические, осадочные и техногенные. Каждый из этих генетических типов горных пород достаточно обособлен и обладает рядом только ему присущих характерных признаков и свойств. Важнейшие из них — минеральный состав, структура, текстура, условия залегания, физическое состояние и физико-механические свойства — являются прямым следствием условий образования горных пород и условий существования их в земной коре. Все эти важные генетические признаки позволяют выделить большое число петрографических типов горных пород.

Различные генетические и петрографические типы пород могут быть объединены в определенные группы по физико-механическим свойствам. Последние позволяют каждой выделенной группе давать определенную характеристику строительных качеств, т. е. характеристику их прочности, деформируемости, устойчивости и водопроницаемости. Таким образом можно выделить следующие пять групп горных пород по физико-механическим свойствам: 1) твердые породы — скальные; 2) относительно твердые породы — полускальные; 3) рыхлые несвязные породы; 4) мягкие связные породы; 5) породы особого состава, состояния и свойств.

В этом инженерно-геологическом подразделении горных пород на группы наблюдается изменение их строительных качеств от первой группы к пятой, исчезновение одних признаков и свойств и появление новых. Количественные оценки каждой группы пород даны с учетом их петрографических особенностей, степени выветрелости, трещиноватости, закарстованности и других свойств, основаны на большом, статистически обработанном фактическом материале и достоверно отражают их свойства в условиях естественного залегания.

Скальные породы наиболее совершенны в инженерно-строительном отношении. Они обладают высокой прочностью и устойчивостью, малой деформируемостью и слабой водопроницаемостью. Участки распространения таких пород наиболее благоприятны для строительства любых сооружений без существенных ограничении и часто без применения сложных мероприятий для обеспечения их устойчивости.

Полускальные породы отличаются от скальных меньшей прочностью и устойчивостью, большей деформируемостью, значительной или высокой водопроницаемостью. Они часто значительно трещиноваты, а карбонатные породы закарстованы, хотя те и другие могут иметь высокую прочность в образце. Полускальные породы обычно отличаются большой неоднородностью и анизотропностью. Участки их распространения в большинстве случаев благоприятны для строительства различных, и в том числе ответственных, сооружений, но нередко с соблюдением определенных ограничений и применением сложных инженерных мероприятий для обеспечения их устойчивости и нормальных условий эксплуатации.

Следует заметить, что термины «скальные» и «полускальные» породы — производственные, они условно в сжатой форме выражают строительные свойства пород и предполагают определенные условия строительства на них сооружений.

Рыхлые несвязные и мягкие связные породы по сравнению со скальными и полускальными характеризуются значительно меньшей прочностью и устойчивостью и большей деформируемостью. Некоторые из них сильноводопроницаемы. Эти группы охватывают разнообразные генетические типы осадочных пород главным образом четвертичного возраста. Они отличаются большой изменчивостью физического состояния и свойств. Условия строительства сооружений на таких породах часто сопряжены с большими ограничениями.

Породы особого состава, состояния и свойств, как правило, слабые в строительном отношении, и поэтому при выборе мест для расположения сооружений по возможности стараются избегать участков, сложенных ими. Выделение этих пород в одну группу логически вполне оправдано не только тем, что они обладают особыми строительными качествами, но и их экстремальным положением в геологических рядах образовании земной коры, отражающих процессы гумификации, литификации, метаморфизма, растворимости, преобразования и др. Так, например, торф занимает крайнее (экстремальное) положение в ряду: торф — бурые угли — каменные угли разных марок — антрацит; глинистый ил — в ряду: илы — мягкие глины — уплотненные глины — аргиллиты — аргиллиты со следами сланцеватости — филлиты и т. д.; песчаный ил — песок — слабый песчаник — крепкий песчаник и т. д.; легкорастворимые породы (каменная соль) — растворимые (гипсы, ангидриты) — труднорастворимые (карбонатные) — практически нерастворимые; породы техногенно малоизмененные — заметно измененные — преобразованные — вновь созданные.

Таким образом, породы V группы действительно либо особого состава, либо находящиеся на самом начальном этапе геологической эволюции (илы, почвы, торф, техногенные образования, плывуны в четвертичных отложениях и др.), либо такие, превращения которых при литификации обусловлены какими-то особыми геологическими обстоятельствами (плывуны в коренных породах, мерзлые породы и др.). Крайнее — экстремальное — положение пород этой группы в геологической эволюции определяет особые условия строительства на них сооружений и выполнения инженерных работ.

Из сказанного следует, что инженерно-геологическая классификация горных пород должна основываться на учете генетических и петрографических особенностей пород и их физикомеханических свойств. Различные генетические и петрографические типы горных пород в ней должны объединяться в группы, существенно различающиеся по своим строительным качествам. Такая классификация и представлена в табл. I-2. Достоинством этой классификации является ее естественность. Она отражает закономерное размещение каждой группы горных пород в земной коре. Действительно, различия в геологическом строении тех или иных территорий проявляются в первую очередь в различном сочетании комплексов горных пород, слагающих геологические разрезы.
В Советском Союзе, как и в других странах, при геологических исследованиях в геологическом разрезе принято выделять комплексы: а) четвертичных отложений, представленные преимущественно породами III, IV и V групп по рассматриваемой инженерно-геологической классификации; б) покровный — не-дислоцированные или слабодислоцированные осадочные и вулканогенные породы и прорывающие их магматические тела — это породы чехла древних и молодых платформ, обнажающиеся на поверхности или прикрытые четвертичными отложениями; породы этого комплекса по инженерно-геологической классификации относятся главным образом к относительно твердым — полускальным; в) складчатый — дислоцированные осадочные, вулканогенные и метаморфические породы и прорывающие их магматические — это породы складчатого фундамента платформ, обнажающиеся па поверхности или покрытые различными сочетаниями пород четвертичного и покровного комплексов. По инженерно-геологической классификации породы кристаллического фундамента являются преимущественно твердыми — скальными.

В геологическом разрезе того или иного района до глубины возможного влияния сооружений или инженерных работ могут выделяться тот или иной комплекс горных пород или определенные их сочетания. В соответствии с этим районы подразделяются на одно-, двух- и трехъярусные (табл. I-3). Так, например, в пределах северо-запада Русской платформы можно выделить районы: приповерхностного залегания кристаллических пород докембрия — типы III или V (Балтийский щит и др.): неглубокого залегания песчано-глинистых и карбонатных пород палеозоя — типы II, IV, VI и VII (южный склон Балтийского щита, Ордовикское плато, Главное девонское поле и др.); распространения ледниковых и водно-ледниковых отложений Северо-Запада — тип I и др.
Как показывает практика, инженерные изыскания при проектировании и строительстве гражданских и промышленных сооружений, а также различных линейных и мелиоративных, аэродромов и многих других наиболее часто ведутся в районах, относящихся к I, IV, V и VII типам. При проектировании гидроузлов, туннелей и других подземных сооружений, дорог в горных районах, мостовых переходов, шахт и карьеров для разработки месторождений полезных ископаемых инженерные изыскания ведутся главным образом в районах приповерхностного залегания коренных пород, т. е. в районах типов II, III, IV и др. Следовательно, строительство различных типов сооружений связано, как правило, с определенными комплексами горных пород, принадлежащими к определенным группам по рассматриваемой инженерно-геологической классификации.

Обратим внимание также на то, что горные породы в условиях естественного залегания в земной коре находятся в напряженном состоянии, о чем подробнее будет сказано далее. Здесь же только отметим, что распределение напряжений в горных породах осадочного чехла древних и молодых платформ, т. е. в породах преимущественно относительно твердых — полускальных, рыхлых несвязных и мягких связных, иное, чем в кристаллических породах фундамента. Вертикальная составляющая регионального поля Земли в таких породах определяется в основном нагрузкой вышележащих пород. Напряжения в породах кристаллического фундамента, т. е. преимущественно твердых — скальных, обусловлены не только гравитационными, но и еще в большей степени тектоническими силами. Поле напряжений в них во многих случаях характеризуется избыточными значениями его составляющих по сравнению с вертикальными напряжениями, обусловленными нагрузкой вышележащих масс. Распределение избыточных вертикальных и горизонтальных напряжений показывает, что они связаны главным образом с областями активных новейших и современных тектонических движений.

Выделение перечисленных пяти групп горных пород в предлагаемой классификации логично также и потому, что с каждой из них связано распространение определенных типов подземных вод в земной коре (трещинных, пластово-трещинных, пластовых, карстовых, поровых и др.) и развитие определенных геологических процессов и явлений. Эти вопросы полно рассмотрены в «Инженерной геодинамике».

Таким образом, рассматриваемая инженерно-геологическая классификация горных пород, разработанная на основании многочисленных наблюдений и исследований, отражает не только основные их признаки и статистически точные количественные характеристики свойств, но также закономерности размещения различных групп горных пород в земной коре и их напряженное состояние.

Следует также отметить, что и распространение полезных ископаемых связано, как правило, не только с определенными комплексами горных пород, но и с определенными их группами по этой инженерно-геологической классификации. Например, крупные железорудные месторождения и многие другие рудные распространены в твердых — скальных породах, месторождения угля, нефти, газа и многих других неметаллических и некоторых металлических ископаемых, как правило, — в относительно твердых — полускальных, а россыпных, многих минеральных строительных материалов, торфа и др. — в рыхлых несвязных и мягких связных породах.