Изучение геологических разрезов, описание горных пород
Геологическое описание разрезов горных пород позволяет:
- составить геологический разрез, на котором можно отразить все данные, важные с точки зрения инженерно-геологической оценки изучаемой геологической системы применительно к конкретному строительству (например, показать на разрезе тонкие прослои глин среди песчаных пород, если исследования ведут для проектирования гидротехнических сооружений, и возникает сомнение в устойчивости основания напорных сооружений);
- расчленить исследуемый объем геологической среды на геологические тела, отвечающие таксономическим единицам классификации.
Выделение таксономически определенных геологических тел различных категорий предусматривает наличие данных о возрасте и генезисе, составе горных пород и свойствах грунтов.
Описание горных пород ведут в процессе наземных наблюдений (изучение обнажений, расчисток), горных и буровых работ, при отборе образцов пород, в процессе полевых и лабораторных испытаний грунтов.
Описываются:
- выветрелые и зачищенные породы в обнажениях, расчистках;
- очищенные от шлама куски керна, извлеченные из скважины;
- образцы, отобранные из горных выработок, очищенные от парафина монолиты фунта (в лабораторных условиях).
Примерный порядок описания пород следующий:
- название породы, цвет (в сухом и влажном состоянии), излом;
- минеральный и гранулометрический состав, структура и текстура, характер структурных связей минерального уровня, активные элементы и структура изучаемого геологического тела, эффективные структурные связи;
- включения (форма, состав, количество);
- пористость, наличие пустот (их размеры, пространственное размещение),
- трещиноватость (генезис, ориентировка трещин, их пространственное размещение и густота, ширина трещин, характер стенок трещин, заполнитель);
- размер и форма отдельностей и их размещение на поверхности, наличие флоры и фауны;
- наличие, состав и распределение органического вещества и легкорастворимых солей;
- влажность, консистенция, прочность в массиве и в образце;
- изменение описываемых признаков по разрезу.
При описании отмечается характер контактов геологических тел (особенно различающихся влажностью, консистенцией, прочностью), выявляются слои пород с низкой прочностью, зоны ослабления и другие компоненты разреза, которые могут оказать существенное влияние на характер и интенсивность инженерно-геологических процессов. При визуальных наблюдениях используют простейшие методы инструментальных измерений показателей, характеризующих структуру разреза (элементы залегания пород, ориентировка трещин, углы склонов и др.), а также показателей свойств грунтов (предельное напряжение сдвига, плотность, объемная влажность, относительная прочность). Для оценки показателей свойств грунтов используют микропенетрометры, гамма-гамма-плотномеры, нейтронные измерители влажности, ручные искиметры и другие портативные приборы.
В процессе изучения разрезов пород в ходе инженерно-геологических исследований большое внимание уделяется трещиноватости, поскольку трещины нередко являются границами активных элементов, взаимное перемещение которых при механических взаимодействиях определяет деформирование геологического тела в целом и его устойчивость. Трещиноватостью горных пород обусловлены такие их коллективные свойства, как водопроницаемость и блочность. В процессе изучения трещиноватости выделяют системы трещин, измеряют и описывают параметры трещиноватости: ориентировку, азимут падения плоскости трещины, угол падения плоскости трещины, расстояние между соседними трещинами одной системы, густоту трещин а, ширину раскрытия трещин b, протяженность трещины в обнажении. Описывают основные черты поверхности стенок, форму трещин, характер заполнителя, налеты на стенках, изменение этих признаков в пространстве. Отмечают ориентировку обнажения или его отдельных плоских частей. По данным измерений параметров трещиноватости подсчитывают среднюю ширину трещин, среднее расстояние между трещинами одной системы и их средние квадратическис отклонения. Определяют модуль трещиноватости Мтр — число трещин на 1 м линии, нормальной к простиранию измеряемой системы трещин, и классифицируют породы по их трещиноватости.
Для анализа структуры трещиноватости и выявления систем трещин строят круговые диаграммы трещиноватости, предложенные А. Вальтером, Д. Шмидтом, Ф. П. Саваренским. На них условными знаками показывают азимут и угол падения, ширину трещин (рис. 7.2). Совместный анализ обработанных данных наблюдений трещиноватости и др. позволяет решить вопрос о генезисе трещин (литогенетического, тектонического, экзогенного происхождения).
Рис. 7.2. Круговая диаграмма трещиноватости горных
пород.
I и II — системы трещин; доля различных трещин (в %): 1 -
> 6; 2 - 4-5; 3 - 3-4; 4 - 2-3; 5 -
1-2; 6 - < 1
По данным измерений вычисляют коэффициент трещинной пустотности:
где bi —средняя ширина трещины i-й системы; аi —
среднее расстояние между соседними трещинами; n — число систем трещин.
В ходе наземных наблюдений изучают тектоническое строение (структуру), фиксируют тектонические нарушения, сбросы, зоны тектонического дробления, трещиноватости, исследуют складчатость и измеряют элементы залегания пород.
