4.2. Чинники, які визначають інженерно-геологічні властивості масиву

Масив гірських порід часто поводиться при взаємодії з інженерною спорудою зовсім не так, як окремі складаючи його породи. Його міцність, стійкість, деформація, вологоємність можуть якісно відрізнятися від аналогічних показників порід. Масив - це закономірно побудоване геологічне тіло, що має свою власну внутрішню організацію (внутрішню структуру). Всі елементи цього геологічного тіла взаємно зв'язані між собою і взаємно обумовлені. При взаємодії із спорудою масив працює як єдине ціле.

Найголовнішими чинниками, що визначають фізико-механічні властивості масиву і поведінку його при взаємодії з інженерною спорудою, є речовинний склад масиву і його будова. Склад і будова відображають геологічну історію формування масиву. Інженерно-геологічні властивості масивів знаходяться у прямій залежності від їх історико-генетичних і геолого-структур­них особливостей.

Речовинний склад масиву і його структура тісно зв'язаний між собою. Гірські породи, образно кажучи, є тим будівельним матеріалом, з якого створюється складна конструкція масиву. Роль їх при оцінці поведінки масиву надзвичайно велика. По речовинному складу розрізняють масиви, складені скель­ними ґрунтами, і масиви, складені дисперсними ґрунтами. Крім того, досить широко поширені масиви змішаного складу.

Масиви, складені скельними ґрунтами, у непорушеному (не тріщинуватому, незвітрелому, не дислокованому) стані мають високу міцність, високі значення показників деформації, нікчемну водопроникність. Вони стійкі на природних схилах і в дорожніх виїмках, будівельних котлованах, кар'єрах, у різних підземних виробленнях.

Головним чинником, який обумовлює фізико-механічні і фільтраційні властивості масивів скель­них ґрунтів є їх тріщинуватість, обумовлена як екзогеними, так і ендогенними причинами. Петрографічний склад масивів має другорядне значення. Виняток становить лише наявність розчинних гірських порід. По цій ознаці серед масивів скельних ґрунтів розрізняють масиви, складені практично нерозчинними породами и масиви складені породами, що розчиняються у воді.

Масиви дисперсних ґрунтів різноманітні по своїх властивостях залежно від гранулометричного і мінерального складу порід. Безумовно, слід розрізняти масиви піща­них, глинястих і лесових порід. Менш поширені масиви крупноуламкових ґрунтів. Загальною особливістю масивів дисперсних ґрунтів є різка зміна їх поведінки при взаємодії з водою. Характер і інтенсивність цих змін залежать від гранулометричного і мінерального складу ґрунтів, що складають масив.

Фізико-механічні властивості масиву визначаються не стільки переважаючими в їх будові породами скільки ма­лими прошарками. Оцінка їх ролі і вибір вірної схеми розрахунку стійкості таких масивів - одна зі складних задач механіки ґрунтів.

Поняття «будова масиву» широке. Воно включає форму геологічного тіла, утворюючого масив, його внутрішню структуру (співвідношенні порід різного складу, чередува­ння шарів, їх потужності, просторові взаємостосунки і т. д.), тектонічну зрушеність. Кожна з цих характеристик маси­ву формується під впливом певних чинників і відображає геологічну історію масиву.

Закономірності будови масиву визначаються двома групами чинників: петрогенетичними і тектонічними.

Петрогенетичні чинники визначають відмінності у будові мас­ивів як речовинних комплексів. Масиви, складені осадови­ми, магматичними або метаморфічними породами, мають різну внутрішню структуру. Подальші відмінності у внутрішній структурі кожної петрогенетичної групи масивів визначаються такими особливостями їх формування, як палеогеографічна об­становка утворення осадових товщ, термодинамічні умови у яких формувалися породи різних фацій метаморфізму, умови кристалізації магматичних розплавів.

Характер зміни одних фацій іншими, чергування шарів, їх потужностей залежать від тектонічних рухів земної кори. Важливі інженерно-геологічні відмінності мають масиви тектонічно непорушені і порушені, дислоковані.

В результаті сумісної дії петрогенетичних і тектонічних чинників утворюються масиви, що мають різну структуру. Розрізняють три типи структур характерних для масивів різних петрогенетичних груп і різної тектонічної будови: структу­ри нашарування, ін’єктивні і диз'юнктивні структури.

Масиви, складені осадовими, метаморфічними і вулканогено-осадовими породами, мають шарувату структуру. Шарувату структуру мають осадові чохли платформ, структурні поверхи, геологічні формації, пачки шарів і окремі шари, гірські породи. При інженерно-геологічному вивченні масивів найбільше значення має макроскопічна шаруватість, обумовлена чергуванням порід,

шарів і пачок різного літологічного складу. Для масивів, складених дисперсними ґрунтами не менше важлива шаруватість на рівні гірської породи (сло­їста текстура гірської породи). Морфологічні форми шаруватих структур масивів різноманітні. Відомі структури тонкошарові і товстошарові, гнездообразні і ін.

Шаруваті структури масивів мають складну природу і формуються протягом всієї геологічної історії масиву. У формуванні шаруватої структури масиву порід, тобто складно побудованого геологічного тіла важлива роль належить процесам тектогенезу.

Інженерно-геологічне значення шаруватих структур масивів дуже велике. Часто вони роблять вирішальний вплив на неоднорід­ність і анізотропію деформаційних, міцнісних і фільтрацій­них властивостей масиву. Дислоковані масиви мо­жуть мати моноклінальне залягання, представляти прості антиклінальні або синклінальні складки.

Внутрішню будову і морфологію магматичних тіл (ін’єктивні структури) вивчає структурна петрологія. Ефузивні породи частіше за все залягають у вигляді покривів і потоків. Покривами називаються плоскі тіла з площинним розповсюдження і відносно малою потужність. Як правило, вони утворюються при виверженні базальтової лави з низьким вмістом кремнезему. Покриви утворюються звичайно при виверженнях по тріщинах рідкої лави і при центральних виверженнях. Залежно від складу магми і рельєфу поверхні форми, що вилилася, розміри потоків можуть бути різними. Найкрупніші за площею і одночасно малопотужні по­токи утворюються при виявленні легко рухомої базальтової лави. Крупні масиви ефузивів часто ін'єктовані дайка­ми кислого і основного складу.

Магматичні тіла часто мають шарувату будову, і в структурі їх для інженерно-геологічної мети слід виділяти масиви, складені блоками, і диз'юнктивні масиви. Залежно від кінематики розривного порушення диз’юнк­тивні масиви можуть бути утворені глибинними розломами, сбро­сами, надвіганнями і мати розміри від багатьох десятків і навіть сотень кілометрів до перших метрів.

Крупні тектонічні розломи мають складну будову. В структурі їх виділяється чотири типи зон:

тріщинуватості - смуги з густою сіткою тектонічних трі­щин, значно більш частих, ніж у навколишніх породах. Харак­теризуються широким розвитком тріщин відриву, розташованих паралельно або під кутом до простягання зони;

роздрібнення - зони інтенсивної тріщинуватості і роздрібнення, обумовлені стисненням порід. Тріщини ковзання під кутом паралельно і перпендикулярно до простягання зони. Місцями мілоніти і катаклазіти;

розривів - зони концентрації розривних порушень із змі­щенням. Може бути переважний розвиток збродів, взбросів або зсувів. Складчасті деформації, що виникли в процесі розвитку самих зон.

зминання - близькі по будові до зон розривів, але з розвитком зминань. Стислі складні лінійні складки.

Усі диз’юнктиви характеризуються несприятливими інженерно-геологічними властивостями. Породи в зоні їх впливу стискаються, нестійкі у гірських виробленнях, часто сильно обводнені. До зон розломів притаманні такі несприятливі гео­логічні явища, як сповзання і обвали.