Лекция №31

Инженерно - геологическая классификация горных пород (грунтов)

План:

1.О классификации горных пород

2.Основы инженерно-геологической классификации

3.Характеристика горных пород по классам.

Ключевые слова: Карта, разрезы, классификация, систематизация, откос, несушая способность, трудность разработки, крепость, взрывным способом, плывуны, водопоглашение, скальные, полускальные, несвязные, связные.

Горные породы разнообразны по своему происхождению, составу, строению, свойствам. Изучать свойства горных пород не возможно без систематизации их в определённом порядке, т.е. без классификации. Классификация – это основной раздел любой естественной науки, первый и важный этап обобщения, она отражает степень изученности рассматриваемых предметов в определённом аспекте.

Во всякой науке общая классификация изучаемых предметов являются центральной теоретической проблемой. Классификация горных пород в инженерной геологии является, кроме того, средством и методом их познания. Она необходима для:

1. Разделения всего многообразия горных пород, встречающихся в природе, на группы, существенно различающихся по генетическим признакам, строительным качеством, чтобы пользуясь классификацией можно было давать предварительную инженерно-геологическую оценку горных пород;

2.Построение инженерно-геологических карт, разрезов, схем.

3.Определение состава, объёма, методики и направления горных пород;

4.Выбора методов улучшения свойств горных пород

Единой общепринятой классификации пород в инженерной геологии пока нет. Это связано с недостаточной изученностью их свойств, и трудностью одной классификации удовлетворять разнообразные требования строительной практики. Существуют классификации специальные и общие. Специальные классификации разработаны применительно к запросам той или иной отрасли строительного дела. Они обычно основывается на учёте одного какого-либо признака горных пород, и в этом случае их подразделяют сравнительно детально.

Из специальных классификаций наиболее распространены следующие:

1.Классификация по устойчивости пород в откосах. Мерой такой устойчивости пород является гол естественного откоса, при котором горные породы находятся ещё в устойчивом состоянии (не остаются, не обваливаются, не оползают). Эта специальная классификация применяется при проектировании и строительстве невысоких насыпей, дамб, выемок, котлованов, и других земляных сооружений.

2.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.

3.Классификация по способу и трудности разработки горных пород. В этой строительной классификации горные породы подразделяются на категории в

Библиотека карьериста

150

зависимости от того, каим инструментом они разрабатываются: подпорочной лопатой или штыковой, с применением котла, лома и других ударных инструментов, с частичным применением взрывных работ или только взрывным способом.

Этой классификацией можно пользоваться при выполнении различных земляных работ, т.к. категории пород определяет стоимость 1м3 земляных работ.

4.Классификация по крепости пород характеризуется их сопротивлением разрушающим их усилиям. Эта классификация известна как классификация М.

М. Протодьяконова (табл.1)

Категория	Степень	Породы						Коэффициент
	крепости пород							крепости
I	Высшей	Наиболее крепкие, плотные и взятые						20
	крепости	кварциты и базальты и др. искл. креп.
		породы
II	Очень крепкие	Гранитоидные		породы,		кварцитовый		15
		порфир,	очень		крепкие		гранит,
		кремнистый сланец, кварциты, очень
		крепкие песчаники
III	Крепкие	Гранит и гранитовые породы, очень						10
		крепкие песчаники известняки. Кварцевые
		рудные жилы.
III – a	Крепкие	Известняки, некрепкий гранит, крепкие						8
		песчаники, крепкий мрамор, доломит
IV	Довольно	Обыкновенный песчаник железные руды						6
	крепкие
IV – a	То же	Песчанистые		сланцы.		Сланцевые		5
		песчаники
V	Средние	Крепкий глинистый сланец, некрепкий						4
		песчаник и известняк.
V – a	Средние	Разновидность сланца, плотный мергель						3
VI	Довольно мягкие	Мягкий сланец, мягкий известняк, мел,						2
		каменная соль, грунт, антрацит, мергель,
		песчаник.
VI – a	Тоже	Щебенистый грунт, разрушенный сланец.						1,5
		Галька, щебень, крепкий каменный уголь,
		твердевшая глина
VII	Мягкие	Глина,	средний		каменный		уголь,	1,0
		глинистый грунт.
VII – a	Мягкие	Лёгкая песанная глина, лёсс, гравий,						0,8
		мягкий уголь.
VIII	Вешлистые	Растительная земля, торф, мягкий						0,6
		суглинок, сырой песок.
IX	Сыпучие	Плывуны, болотный грунт, разжиженный						0,5
		лёсс и др. разжиженные грунты
X	плывучие							0,3

За меру крепости пород в ней принят коэффициент кажущегося трения, названный автором коэффициентом крепости. Классификация М.М. Протодьяконова имеет широкое применение в инженерной практике, особенно в горном деле.

5.Классификация по степени водопроницаемости или водопоглащения. Показатель водопроницаемости горных пород, а для скальных и полускальных

Библиотека карьериста

151

пород также и трещиноватости и закорстованности является коэффициент фильтрации и удельное водопоглащение.

6.Классификация по их строительным свойствам (М.М. Маслов, Е.М. Сергеев, Ф.П. Соваренский). В классификации основными признаками для подразделения различных петрографических типов горных пород на классы и группы служат их механическая прочность и водостойкость. Согласно этой классификации горные породы делятся на:

1.скальные, 2. полускальные,3. сыпучие, 4. глинистые, 5. сильно - сжимаемые. 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.

Из всех известных общих классификаций принципиально наиболее правильной на наш взгляд являются. Инженерно-геологическая классификация горных пород (грунтов) Ф.П. Соваренского с изменениями и дополнениями В.Д. Лоштадзе. Согласно этой классификации выделяются горные породы изверженные, метаморфические, осадочные и техногенные. Кроме того, по их прочности, деформируемости, устойчивости и водонепроницаемости выделяются пять групп.

I. твёрдые – скальные

II. относительно твёрдые - полускальные III.рыхлые несвязные

IV.мягкие связные

V. породы особого состава, состояния и свойств.

I. К твёрдым скальным отнесены глубинные интрузивные (граниты, сиениты, гранодиориты, габбро) полуглубинные и жильные (гранит, порфириты, габбропорфириты), излившиеся эффузивные (кварцевые и бескварцевые порфиры и порфириты, диабазы, лапориты, липориты, трахиты, доциты, андезиты, базальты), метаморфические (массивные мраморы, кварциты, сланцевые гипсы), осадочные (песчаники, конгломераты, с прочным известняком) породы. Плотностью 2,65-3,10

г/см3 практически нерастворимые в воде. Коэффициент не превышает 10 м/сут. Прочность и упругость высокие. Сопротивление к сжатию 50-400 м. Па скашиванию 20-100 м.Па, разрыву 2-15 мПа. Несжимаемы, устойчивы в откосах. Модуль обсции деформации обычно выше 10.000 мПа крепость>8.

II. К относительно твёрдым – полускальным отнесены горные породы – выветренные сильнотрещиноватые породы I гр., имеющие пониженные показатели физико-механических свойств, а также вулканические туфы, песчаники, конгломераты, алевролиты, известняки и доломиты глинистые, мергели, мел и др. Плотность средняя 2,2 – 2,65 г/см3 слабовлажные коэффициент равен 0,5-30 м/сут. Прочные с сопротивлением к сжатию 15-50 мПа, практически несжимаемые. Устойчивость в откосах зависит от степени трещиноватости и выветриваемости. Крепость 2-8.

III. Группа рыхлых несвязные. К ним относят пески, гравий, солончаки, щебенистые породы, плотность 1,4-1,9 г/см3 и пористость 25-40%. Невлагоёмкие, практически нерастворимые водопроницаемые коэффициент до 30 м/сут. Прочность зависит от плотности сложения. Крепость <2. Обычно сжимаемы. Модуль общей деформации от 5-10 до 100мПа. Коэффициент внутреннего трения 0,25-0,6. Устойчивость в откосах зависит от внутреннего трения. Разрабатывается механическим и ручным способом.

1. Группа мягкие связные сугны, супеси, лёссовые породы плотность 1,1-1,2 до 1,9-2,1 г/см3 пористость 2,-30 до 75-80% и влажность 12-15 и до 75-80%.

Библиотека карьериста

152

Влагоёмкие, нерастворимые, слабоводопроницаемые или водоупорные. Коэффициент обычно меньше 0,1 м/сут. Прочность изменяется в широких пределах в зависимости от влажности и плотности. Крепость <2. Сжимаемы и сильносжимаемы. Модуль общей деформации 5-100 мПа. Коэффициент внутреннего трения 0,15-0,35. Устойчивость в откосах зависит от влажности пород.

2.Группа породы особого состава состояния и свойств. Пески – плывуны, песчаные илы, глинистые засоленные породы, торф, почвы, гипсы, ангидриты, каменная соль, мерзлые породы. Горные породы характеризуются специфическими свойствами, требуют специальных методов исследований и индивидуальной оценки.

Выводы и заключения

Из вышеизложенного следует, что инженерно-геологическая классификация горных пород основывается на учёте генетических и петрографических особенностей пород и их физико-механических свойств. Она отражает закономерность размещения каждой группы горных пород в земной коре. Как показывает практика, инженерных изысканий при проектировании гидроузлов и других подземных сооружений, дорог и горных мостов, переходов, шахт, карьеров. Для разработки месторождении полезных ископаемых, часто инженерные изыскания ведутся главным образом в районах при поверхностного залегания хороненных пород. Следует так же отметить, что распространение полезных ископаемых связано не только с определением комплексом горных пород, но и с определением их группами по этой инженерногеологической классификация. Например, крупные, средние месторождения полезных ископаемых распространены в твёрдых – скальных породах.

1.Классификация по гранулометрическому составу (размером зерен фракций).

2.Классификация по устойчивости пород в откосах (по угол естественного откоса).

3.Классификация по несущим свойствам.

4.Классификация по способу и трудности разработки.

5.Классификация по крепости пород (протодьяконе).

6.Классификация по степени водопроницаемости (коэффициент фильтрации).

7.Классификация по строительным свойствам (механическая прочность, водостойкий).

8.Инженерно-геологическая классификация горных пород (прочность, деформируемость, устойчивость, водопроницаемость).

Контрольные вопросы:

1.Какими характеристиками отличаются горные породы?

2.Как можно упушать свойству горных пород (грунтов)?

3.Что понимается под «устойчивости» горных пород?

4.Можно ли создать единую инженерно-геологическую классификацию?

5.Расскажите инженерно-геологическую классификацию по прочности и водостойкости горных пород (грунтов)?

Литература:

1.Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.

2.Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.

3.Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.

4.Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.

5.Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.

Библиотека карьериста

153

Лекция №32

Инженерно-геологические процессыи явлениясдвижение горных пород над горными выработками.

План:

1.Особенности геологических процессов в инженерной геологии.

2.Понятие об инженерно-геологических процессах.

3.Факторы, определяющие развитие геологических и инженерных геологических процессов.

4.Классификация процессов в инженерной геологии.

Ключевые слова: Геодинамика, процессы, явления, деятельность человека, изыскание, образия, деформация, уплотнение, оползни, оплывины, обвалы, осыпи, провалы, карстовые пустоты, курумы.

В инженерной геодинамики изучаются все современные геологические процессы, имеющие значение при оценке отдельных регионов в целях и народнохозяйственного освоения и при строительстве и при создании крупных инженерных сооружений (гидротехнических, промышленных объектов, шахт, карьеров, подземных нефтехранилищ и др.), а также древне геологические процессы.

Эти процессы оказывают определённое влияние на геологическое строение территории. Сведения о геологических процессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможные их проявления в результате изменений, происходящих

вприроде под влиянием естественных причин и многообразной деятельности человека. Не всегда при решении вопроса о строительстве геологических условий и в частности характером развития на территории геологических процессов. При этом особого влияния заслуживают геологические процессы катастрофического характера, возникающие неожиданно, быстро развивающиеся и вызывающие значительные нарушения. Например, современные тектонические движения земной коры при разной их интенсивности могут сократить срок длительности устойчивости свежеобнажённых горных пород в откосах карьеров, в выемках ж/д.

Это обстоятельство обязывает при инженерно-геологических изысканиях изучать все геологические процессы, происходящие на исследуемой территории. Идеальным является случай, когда возводимое инженерное сооружение так вписывается в природную обстановку, что не нарушет сложившиеся в ней равновесия. Эти случаи редки. Чаще строительство здания, канала, карьера, тоннеля, и других сооружений или хозяйственное состояние территории (орошение новых земель, строительство каналов, и др.) порождает возникновение геологических процессов, которые раньше отсутствовали на данном участке. Процессы, возникшие в результате деятельности человека, получили название инженерно-геологических процессов. Совокупность геологических и инженерно-геологических процессов и сопровождаемых ими явлений характеризует геодинамическую обстановку.

Динамическая геология изучает геологические процессы, протекающие в природе независимо от человека и делает это для решения главным образом проблем общечеловеческого решения. Инженерная геология изучает геологические процессы

всвязи с деятельностью человека, изменением природных условий под влиянием этой деятельности с тем, чтобы дать рекомендации, как не допустить возникновение нежелательных для человеак геологических процессов, изменить ход существующих геологических процессов в необходимом направлении.

Библиотека карьериста

154

В начале века производственная деятельность человека стала крупнейшей геологической силой и может приводить к возникновению геологических процессов различного характера. При этом важно, чтобы вновь возникшие инженерногеологические процессы не препятствовали рациональному использованию геологической среды. Явления эти могут быть разнообразны. Инженерногеологические процессы, как и геологические могут стать опасными и угрожать сохранности сооружений, если не были учтены при разработке представлений о геодинамической обстановке, или если их прогноз был дан направлению и это нашло отражение в конструкции сооружений и разработке мероприятий, связанных с их воздействием. Инженерно геологические процессы тождественны природным геологическим процессам. Например, процессы переработки берегов водохранилищ аналогичны абразии по берегам морей и озёр.

Посадочные явления в лёссах вследствие утечек воды из водопроводов и канализации и при фильтрации её из каналов можно сравнить с посадкой массивов. При замачивании их в природной обстановке, в результате чего образуется «чаще оседание» поверхности земли. Уплотнение пород в основании сооружений моделируют процесс уплотнения пород в зоне катогенеза под действием веса позднейших отложений и под давлением материковых ледников можно отнести в 1 гр. Такие процессы, как деформации пород в основании сооружений. Хорошо сравнимы сдвижение горных пород или подземных работах и провалы над карстовыми пустотами . Инженерно-геологические процессы обычно приурочены к участку строительства или обхватывают территорию в непосредственной близости от него. Они вызываются значительными изменениями в природной обстановке и сами воздействую на неё и в частности на состояние и свойства пород. Горные породы всегда будут оказывать решающие влияние на развитие и проявление геологических процессов. Деятельность человека также зависит от того, с какой горной породой ему приходится сталкиваться. Т.О. по характеру и интенсивности склонов , процессов выделяется как бы 4 категории пород, которые могут быть охарактеризован в прочном отношению. У пород, относящихся к I категории, т.н. очень прочными и в высшей степени крепкие, склоновые процессы развиваются слабо.

Прочностная	Петрографические		Прочность	Коэффициент		Характер
категория	типы пород		на сжатие	крепости	по	склоновых
пород			м Па	Протодьяконову		процессов
I Очень высоко	Эффузивные		>140	>20		Встречаются
прочные	основного	состава				главным
	(базальтиты)					образом обвалы
	мраморезованные
	карбонитные породы,
	кварциты
II	Граниты,		70-140	8-20		Основными
Высокопрочные	гранодиориты,					процессами
и прочные	диориты,	гнейсы,				являются обвалы
	роговики,	песчаники,				и осыпи.	При
	алевролиты					определённых
						условиях
						возникают
						хурмы
III Прочные и	Кристаллические		10-17	2-8		Широкое
недостаточно	сланцы,	эффузивы				развитие	имеют
прочные	кислого	состава,				осыпи, сплавы,

Библиотека карьериста

155

		слабые	песчаники,		срывы,	отвалы,
		конгломераты			оползни.
IV	Слабо-	Глинистые	сланцы, <10	0.3-2	На	ряду	с
прочные		несцементированные			другими
		песчано-глинистые			склоновыми
		отложения			процессами
					широкое
					развитие
					получили
					оползни - блоки

При уменьшении прочности пород (II категории) интенсивных склоновых процессов возрастает, развитие получений осыпи и кульмы. При уменьшении прочности крепости пород более чем в 2 раза по отношению к I категории (III категории) интенсивное развитие получают почти все склоновые процессы (кроме обвалов). Для пород IV категории наименее прочной характерно развитие, главным образом, оползней – блоков.

Кроме указанных выше роли подземных и поверхностных вод в развитии геологических процессов очень велика. Именно вода в большинстве случаев тот фактор, та причина в результате которой возникают многие экзогенные процессы. Поэтому хорошее знание гидрогеологических условий является первейшим требованием для лиц, работающих в области инженерной геодинамики. По существу при оценке геологических процессов необходимо учитывать все факторы, делящие инженерно-геологические условия территории, так как они будут являться либо обязательными, либо вспомогательными факторами

Геологические процессы практически не отделены от тех явлений, которые возникают под их воздействием (при замачивании лёссов происходит их просадка, которая выражается в явлении уплотнения породы) Можно ли судить о процессе посадочности лёссов, не зная величину их посадки? Можно при этом полного представления об этом процессе мы не получим.

Классификация процессов в инженерно геологии ведётся с учётом гланвых действующих сил под влиянием которых возникают и развиваются геологические и инженерно-геологические процессы, приводящие к геологическим.

I.Эндогенные процессы.

1)Природные – орогенные, эпелгрогенические движения земной коры; сейсмические явления; вулканизм

2)Вызванные деятельностью человека – сейсмические, вызванные взрывом; опускание поверхности при добыче полезных ископаемых и откачке воды.

II. Экзогенные природные и вызванные деятельностью человека 1) Климатического характера а) Выветривание – подвержены все породы

б) Криогенные и посткриогенные - преобладают морозобойные растрескивания.

2)Ветрового характера. Эоловые – перевевания коренных пород выпадающие эоловые осадки.

3)Водного характера

а) Растворение солоидные, карбонатные, сульфидные, суффозноидные процессы. б) Размывание абразия, речных долин и линейная эрозия в) Заболачивание – образование болот, торфяников 4) Обусловленные характером рельефа Склоновые – обвалы, осыпи, курумы, сплавы.

Библиотека карьериста

156

Из инженерно геологических процессов эндогенного характера применять к горно-складчатым областям следует отнести сдвижение горных пород. При углах падения пластов более 20-30 о. Сдвижение пород сопровождается их сдвигом по плоскостям напластовывания.

В силу этого сдвижения горных пород в горных областях может быть интенсивнее, чем в платформах.

Интенсивные движения земной коры могут происходить под влиянием деятельности человека. При добыче полезных ископаемых подземным способом земная поверхность в зоне подработки подвергается значительной деформации, так как горные породы в земной коре до проведения выработок находятся в естественном напряжённом состоянии, вызванном гравитационными силами.

Силы, действующие на элементарный кубик горной породы, залегающий на глубине Н (м) соответственно равны. ух = −сН, уу уz = −м с H , где

с - средняя плотность налегающих пород.

м- коэффициент бокового распора характеризующий величину передачи тока вертикального давления: для твёрдых пород.

м=1−mm ,

где m – коэффициент Паусона.
			Т.О. в связи с увеличением размеров подземных
		у
			выработок происходит перераспределение от веса
			вышележащей толщи пород, которая находится
			горным давлением с ним связанны многие
z	о		инженерно-геологические явления, возникающие в
			подземных горных выработках – горные удары,
			выбросы пород, получение. Наибольшую опасность
			представляют горные удары, происходящие на
			большой глубине (более 200 м) и преимущественно в
			породах твёрдой прочности. В выработках угольных
х			шахт наблюдается отбросы угля и газа. В низшей
			глубине выбросы	могут происходить	в сильно -
			дисцированных породах.
Пучение	(поддувание)		заключается в	выдавливании пород	в горные

выработки из стенок. Это явление связано в основном, с горным давлением и лишь в некоторой степени с увеличением объёма пород при их набухании или при изменении свойств в результате выветривания.

Впоследнее время выдвинута гипотеза о возникновении землетрясений в связи

ссозданием крупных водохранилищ. При этом в отдельных районах частота и интенсивность землетрясений водохранилищ (пример, в Алжире, США). Это привело к тому, что в 1970 г. ЮНЕСКО создало рабочую группу экспертов для изучения всей информации об искусственно вызванных сейсмических явлениях. Многие эксперты были твёрдо вверены в этом, и явление и его обосновали.

Контрольные вопросы:

1.Что является инженерно-геологическими процессами и явлениями?

2.Что, является природно-геологическими процессами и явлениями?

3.Чем отличается инженерно-геологические процессы от явления?

4.Данное время при разработке месторождения Кальмакыр, какие процессы и явления происходит?

5.Что такое - горное давление?

Библиотека карьериста

157

Литература:

1.Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.

2.Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.

3.Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.

4.Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.

5.Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.

Библиотека карьериста

158