- Инженерно-геологическая классификация

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.

Рекомендуемые материалы

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 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)

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 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.

7. 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, дефформируемости, 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, габбро-порфириты), 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%. 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 инженерно-геологической 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)?

Литературы:

В лекции "1.13 Характеристическое уравнение" также много полезной информации.

      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.