Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




09.07.2019


09.07.2019


08.07.2019


08.07.2019


04.07.2019


02.07.2019


29.05.2019


29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019





Яндекс.Метрика
         » » Закономерности пространственной неоднородности и изменчивости состава, состояния и свойств горных пород

Закономерности пространственной неоднородности и изменчивости состава, состояния и свойств горных пород

14.12.2017

Закономерности распространения геологических тел в геологическом пространстве, геологического строения тех или иных территорий, связаны с геологической историей их развития, с условиями образования и существования горных пород в земной коре. Соответственно с этим связаны и основные закономерности пространственной неоднородности свойств горных пород. Oни в первую очередь проявляются в стратиграфии и стратификации отложений и комплексов пород, формах и условиях их залегания и тектонической нарушенности. Это позволяет выделять в геологическом пространстве не только разности и комплексы горных пород не одного рода, но и разного рода геологические структуры — массивные, слоистые, складчатые, разрывные и др.

Стратиграфия, как известно, отражает последовательность образования отложений и комплексов горных пород разного возраста, слагающих территорию, и их возрастные соотношения, а стратификация — последовательность напластования разных петрографических типов горных пород в вертикальном разрезе, от поверхности земли на глубину. Все эти данные обычно отображают на геологических колонках, картах, разрезах и других материалах. Такие материалы позволяют наглядно представить, какие отложения и комплексы горных пород разного возраста распространены по площади и на глубину. Из этих данных обычно видна степень неоднородности и сложность геологического строения рассматриваемой площади.

Хорошо известно, что многие горизонты, слои, толщи и комплексы горны к пород, характерные в инженерно-геологическом отношении в силу своих особых свойств и физическoгo состояния, занимают определенное положение в геологическом разрезе (например, глины и глинистые породы малой прочности, а также легко размокающие и набухающие, плывуны, гори зонты пород повышенной закарстованности, водоносные, горн зонты пород, склонных к поддуванию, удароопасных и др.). Поэтому стратиграфия как бы контролирует закономерности распространения и размещения таких геологических тел и соответственно закономерности неоднородности горных пород. Стратификация показывает границы раздела между петрографическими типами горных пород в геологическом разрезе, положение поверхностей, зон и слоев ослабления, а также распространение водоносных горизонтов, зон и комплексов, локальных и региональных водоупоров относительно строительных объектов (котлованов, горных выработок и др.) и степень их защищенности от притоков подземных вод и их воздействия.

Неоднородность свойств горных пород может иметь закономерный и незакономерный или, точнее, условно незакономерный характер проявления в пространстве и во времени. Например, на Русской равнине в направлении с севера на юг наблюдается смена ледниковых (моренных) отложений водноледниковыми. Такое пространственное расположение отложений разного рода обусловливает разный характер геологического разреза в пределах внутриледниковой (интергляциальной) и приледниковой (перигляциальной) областей, что вполне закономерно и связано с их геологической историей. В горных районах широко распространены пролювиальные континентальные отложения. Среди них выделяются два существенно различных петрографических типа пород с разными физико-механическими свойствами 1) крупнообломочные, неотсортированные или плохо отсортированные — в устьях горных рек, 2) глинистые хорошо отсортированные — на предгорных равнинах или в межгорных впадинах. Эти два типа пролювиальных отложений обычно связаны между собой серией переходных разностей. Такая пространственная смена горных пород разного рода закономерна и связана с условиями их образования. В геологическом разрезе осадочных толщ часто наблюдается смена обломочных пород глинистыми, а последних — карбонатными. Такая пространственная (и соответственно временная) смена горных пород закономерна и связана с особенностями геологической истории, осадочного процесса.
Ранее уже обращалось внимание на то, что если рассматривать особенности формирования различных генетических типов глинистых отложений (как и песчаных), а затем процессы литификации, преобразующие их состав, физическое состояние и свойства, можно сделать вывод, что свойства глинистых пород связаны со всей историей их развития в земной коре, где они переходят из одной зоны в другую, постепенно утрачивают одни признаки и свойства и приобретают новые. Глинистые илы превращаются в мягкие глины, которые постепенно переходят в уплотненные глины, затем в аргиллиты и аргиллиты со следами сланцеватости. Сланцеватые аргиллиты на больших глубинах под влиянием процессов регионального метаморфизма превращаются в типичные метаморфические породы. Степень литификации глинистых пород на каждом этапе количественно характеризуется и хорошо контролируется показателями физико-механических свойств. При таком подходе сразу намечается определенная закономерная генетическая ветвь петрографических типов глинистых пород не одного рода.

Неоднородность в пространстве может иметь и незакономерный характер проявления. Например, в ледниковых (моренных) отложениях, если их рассматривать на ограниченной площади, валуны и глыбы распространены обычно незакономерно. В осадочных породах нередко наблюдается большая сложность геологического разреза, обусловленная частым и неправильным (по простиранию и мощности) переслаиванием пород различного петрографического состава, среди которых встречаются породы слабые и неустойчивые.

Степень неоднородности свойств пород, как и инженерногеологических условий территорий в целом, может быть различной: очень резкой, значительной, заметной и устанавливаемой только при использовании специальных методов исследований. Эта последняя проявляется в непостоянстве, вариациях, изменениях числовых значений показателей некоторых признаков и свойств горних пород в различных их точках. Такая степень неоднородности и является изменчивостью свойств горных пород. Выше уже отмечалось, что состав, строение, состояние и свойства макроскопически однородных горных пород изменяются от точки к точке, это их природное свойство.

Из рис. XI-1 видно, что степень неоднородности до определенного предела обусловлена числом границ (или общим их протяжением) на рассматриваемой площади геологического пространства, а также что горные породы на площади полей a1, а2, аЗ и а4 однородны, проведение границ в пределах каждого из них не имеет смысла, хотя при исследованиях специальными методами можно обнаружить изменение признаков и свойств в разных точках. На площади полей b, с и d неоднородность горных пород соответственно заметная, значительная и очень резкая, поэтому возникает естественная необходимость в их разграничении неодинаковым числом границ разной протяженности. В таких случаях фактически приходится выполнять те же операции, что и при составлении геологических карт, разрезов, колонок и др. При этом важно учитывать, что чем больше площадь рассматриваемого геологического пространства или объем геологической среды, тем больше вероятность обнаружить в его пределаx неоднородность и, наоборот, чем меньше площадь пространства или объема среды, тем меньше эта вероятность. Здесь проявляется масштабный эффект.

Когда размеры рассматриваемой территории, например строительной площадки, сопоставимы с размерами отдельных частей неоднородного геологического пространства и эта площадка располагается в пределах одной из этих частей, она может считаться однородной (рис ХI-1, al, а2 и др., b1, b2, bЗ, c1, с2 и др.). Когда степень неоднородности горных пород достигает большого значения, отдельные составляющие их элементы (участки, блоки, отдельности) могут утрачивать свое индивидуальное влияние и горная порода в целом становится однородной или, точнее, квазиоднородной.

Однако нельзя только так формально, т.е. в зависимости от размеров площадей геологического пространства, объемов элементов среды, оценивать горные породы в инженерном аспекте. Необходимо учитывать и качество отдельных составляющих геологические тела и в целом рассматриваемое геологическое пространство, т.е. прочность, деформируемость устойчивость, водопроницаемость горных пород слагающих толщи, слон, горизонты, зоны и т.д. Так, например, при проектировании и строительстве гидроэлектростанции на р. Свирь на отложениях верхней пестроцветной свиты верхнего девона Главного девонского поля Русской платформы было установлено, что тонкие прослои мягких слабых глин определяют инженерно-геологическую оценку всей толщи отложений. Часто отдельная крупная трещина, тектоническое наpушение создают явную геологическую неоднородность участка горных пород.