4.3.3. Тріщинуватість

Серед структурних характеристик масиву особливе місце займає тріщинуватість. Практично всі масиви тріщинуваті. Тільки масиви, складені сипкими пісками і деякими пластичними породами (солями), не мають тріщин. Особливо вели­ка роль тріщинуватості у формуванні властивостей масивів скельних ґрунтів. Тріщинуватість є головною причиною стисливості, не­стійкості, підвищеної водопроникності, неоднорідності властивостей масивів, складених скельними ґрунтами.

Тріщинами називають розриви гірських порід, переміщення по яких відсутні або незначні. Сукупність тріщин, що розчленовують масив, називають його тріщинуватістю. Для того, щоб врахувати тріщинуватість у інженерно-геологі­чних розрахунках, потрібно мати про тріщини масиву інформацію. Зокрема необхідно знати генезис тріщин, їх положення у просторі, розміри, морфологію, речовину заповнюючи тріщини і ін.

Тріщини, що розчленовують масив, мають різний генезис, але їх можна об'єднати в дві групи: групу первинних тріщин і вторинних тріщин. До первинних відносяться літогенетичні тріщини (тобто тріщини, що утворилися при форму­ванні гірських порід з осаду або магматичного розплаву) і тріщинуватість, пов'язану з регіональними тектонічними процесами. Первинна тріщинуватість - це регіональна, «фонова» тріщинуватість типова для даного структурно-речовинного комплексу порід, для даного масиву. Густина і розміри таких тріщин залежать від складу порід, потужності пластів, термодинамічних умов фор­мування гірської породи загальної картини розподілу напруг в даній ділянці земної кори і багатьох інших чинників. Об'їм пус­тот, утворюваних первинними тріщинами в масиві (порожнистість), дуже невеликий і в скельних породах, наприклад, не перевищує перших відсотків.

Вторинні тріщини утворюються в масиві гірських порід при тек­тонічних дислокаціях, як розривних, так і складчастих, при з­вітрюванні, при штучному руйнуванні гірських порід, при вибухах і т.д. Вони можуть бути успадкованими, тобто розвиватися по пер­винним тріщинах, або новоутвореними. На фоні первинної тріщинуватості вони утворюють локальні ділянки аномаль­но-тріщинуватих порід. Величина порожнистості тріщини порід на таких ділянках може сягати десяти і навіть більш відсотків. Та­ка тріщинуватість може якісно змінити поведінку масиву порід під навантаженням.

Деформація і руйнування масиву скельних гірських порід протікають при активній участі тріщин. При цьому порода у монолі­ті і в зоні тріщини поводиться абсолютно по-різному. Монолітна порода деформується за рахунок зміни міжвузельних відстань мінералів. В інтервалі інженер­них навантажень ці деформації нікчемні. Руйнуються моноліти скельних порід як квазікрихкі тіла. В зоні тріщин деформація відбувається за рахунок зближення або розбіжності тріщин. Стінки тріщин шорсткі і стикаються між собою на незначних ділянках від загальної поверхні стінки тріщини.

При стисненні в точках контактів тріщин розвиваються напруги, на декілька порядків перевищуючі напруги усередині блоків по­роди. В окремих контактах порода сильно стискається, а іноді і руйнується.

Геометрія тріщин - густина, ширина, протяжність, кут падіння, площини тріщини, азимут падіння - є важливими ха­рактеристиками при оцінці міцності і деформації. Мікро­тріщини шириною до 0,1 мм і протяжністю в декілька мілімет­рів вирішальним чином позначаються на міцності породи у зразку, але не порушують її сплошности як монолітного тіла. Крупні тріщини протяжністю в декілька метрів різко знижують міцність масиву. За деякими даними величина зчеплення по таких тріщинах складає не більше 2% величини зчеплення у зразку породи. Тонкі тріщини вширшки до 1 мм практично не збільшують водопроникність скельного масиву, але при будівництві котлова­нів, гірських вироблень по них відбувається ущільнення, значно знижується міцність.

Напрям тріщин, їх крутизну, взаємні співвідношення систем тріщин необхідно враховувати при оцінці стійкості схилів і штучних укосів. При несприятливому розташуванні тріщин у масиві формуються поверхні ослаблення по яких відбуваються сповзання і обвали.

Важливе значення має склад заповнювача тріщин і характер їх поверхні. Розрізняють поверхні тріщин гладкі, шорсткі, горбисті. В першому випадку деформація масиву відбувається більш рівномірно, ніж в другому і третьому. Разом з тим по гладких по­верхнях зменшується опір зсуву, тоді як горбисті поверхні збільшують зчеплення по тріщині. Від характеру речовини, що виповнює тріщини, залежить водопроникність, міцність, деформація масиву, а також можливість поліпшення його властивостей методами технічної меліорації ґрунтів. Мінеральні утворення тріщин гідротермального походження не знижують міцності масиву. Гли­нясто-піщані або глинясто-дресв’яні заповнювачі знижує водопроникність, погіршують фізико-механічні властивості, ускладнюють застосування цементації, бітумування і інших способів закріплення масиву.

Тріщини без заповнювача різко збільшують водопроникність. Розрізняють три типи просторової сіті тріщин: а) безперервну, б) проміжну, в) переривисту. У разі «а» водопроникність і деформується значно вище, а міцність значно нижче, ніж у разі «в». Різні і ме­ханізми деформації цих тріщинуватих тіл: у разі «а» де­формація масиву під навантаженням відбувається, в першу чергу, за рахунок стулення тріщин; у випадках «б» і «в» у масиві зберігаються жорсткі містки, що приймають навантаження.