4.3. Характеристики масиву

4.3.1. Неоднорідність

Неоднорідність, або мінливість, властивостей є важливою структурною характеристикою масиву гірських порід, необхідною для інженерно-геологічного дослідження, обліку масштабних ефектів при перенесенні результатів дослідження обмежених об'ємів породи на об'єми, зіставні по своїх розмірами з розміром інженерної споруди, для вибору правильної схеми інженерних розрахунків. Масиви гірських порід, як правило, мають неоднакові значення показників фізичних і механічних властивостей у різних напрямках. Ці особливості обумовлені неоднорідністю їх складу і будови. Розрізняють первинну і вторинну неоднорідність масиву. Первин­ну (сингенетичну) неоднорідність масив придбає у процесі утворення складаючих його порід. Вона може бути обумовленою неоднорідністю мінерального і гранулометричного складу, шаруватістю порід, перешаруванням товщ різного складу, первинною тріщинуватістю. Вторинна (епігенетична) неоднорідність - це неоднорідність за рахунок тектонічних процесів, звітрелості і інших перетворень. Завдяки нало­женій другій неоднорідності на першу первинно неоднорідний масив можна часто розглядати як практично однорідний.

Виділяються п'ять рівнів (порядків) неоднорідності геологічних об'єктів.

Відповідно до класифі­кації - неоднорідність V рівня - це неоднорідність реальних кристалів за рахунок дефектів кристалічних структур; неоднорідність ІV рівня - це неоднорідність складу структури і текстури гірської породи в рамках одного петрографічного типу; неоднорідність ІII рівня - неоднорідність складу і будови гірських порід у межах пачки, ритму, шаруюча неоднорідність за рахунок тріщинуватості і дрібних геологічних дислокацій; неоднорідність ІI рівня - неоднорідність масиву гірських порід, обумовлена наявністю різних по складу і будові горизонтів і шарів, різним степенем літифікації, тектонічними порушеннями, зонами гідротермальної переробки, звітрювання, розвантаження і т. д.; неоднорідність І рів­ня звичайно описується як регіональна мінливість, яка обумовлена фаціальними і формаційними відмінностями геологічних тел.

В інженерній геології краще всього вивчена просторова мінливість властивостей на рів­ні гірських порід. Існує два основні режими просторово-часової мінливості показників складу і властивостей порід природного складання: нестаціонарний і стаціонарний. Режим мінливості називається нестаціонарним, коли значення показника складу або властивостей порід закономірно, хоча і скачкооб­разно змінюються у якому-небудь напрямі. Під стаціонарною мінливістю розуміють такий режим змі­нення досліджуваного показника, коли його значення у якому-небудь напрямі змінюються незакономірно, стрибкоподібно, а графік має характер пили.

4.3.2. Анізотропія

Анізотропією у загальному випадку називають залежність властивостей сере­довища від напряму. Анізотропія і неоднорідність - це споріднені характеристики: будь-яке анізотропне середовище завжди можна зіставити з неоднорідним середовищем, де неоднорідні елементи розташовані в просторі законо­мірним чином, тобто коли в наявності певна структура.

Відома анізотропія гірських порід і їх масивів по найважливіших показниках властивостей: анізотропія фільтрації в лесах, анізотропія міцності на стиснення, розтягування і зсув в шаруватих ґрунтах і т.д. Віднесення геологічного об'єкту до анізотропного або ізотропного залежить від масштабу. По аналогії з рівнями неоднорід­ності слід розрізняти анізотропію властивостей кристала, анізотропію, обумовлену текстурою гірських порід, анізотропію за рахунок макрошаруватості або макротріщинуватості масиву і т.д. При вивченні анізотропії властивостей порід у масиві розрізняють первинну і вторинну анізотропію причиною яких є різні геологічні чинники. Причиною первинної анізотропії можуть бути впорядковане орієнтування кристалів при утворенні магматичних порід, шаруватість в оса­дових гірських породах, сланцюватість в метаморфічних породах. Причинами вторинної анізотропії називають тріщинуватість різного генезису, напружений стан порід і наявність зон ущільнення і розвантаження на схилах. Головною причиною анізо­тропії властивостей масивів скельних порід є їх тріщинуватість. Разом з тим сильно рівномірно розподілена тріщинуватість робить масив ізотропним.

В результаті накладення вторинної анізотропії на первинну анізотропія масиву гірських порід як єдиного геологічного тіла може різко відрізнятися від анізотропії властивостей складаючих його порід по орієнтуванню в просторі і по ступеню прояву. З другого боку практично ізотропний масив підлягаючих зберіганню магматичних порід може виявитися як анізотропний завдяки впорядкованій системі тектонічних тріщин.

Кількісно анізотропію оцінюють коефіцієнтом анізотро­пії, який рівний відношенню максимальних величин до мінімальних, отриманих при вимірюванні досліджуваної властивості у різних напрямах.