Класифікації гірських порід і масивів

При проектуванні гірничих робіт і будівництві підземних споруд необхідний комплекс відомостей про різні властивості гірських порід. Більш того потрібна певна систематизація гірських порід за властивостями з тим, щоб без проведення спеціальних детальних досліджень можна було апріорно представляти основні особливості поведінки будь-якого конкретного виду порід при заданих видах впливів і тим самим прогнозувати ті чи інші процеси в масиві порід.

Систематизація порід за властивостями є, по суті, класифікацією і це є дуже відповідальну і, стосовно до таких складних фізичним середах як гірські породи, надзвичайно складне завдання. Ще більш складну задачу представляє класифікація масивів гірських порід.

Взагалі кажучи, побудова класифікацій є методом і результатом вивчення явищ, які дуже різноманітні внаслідок великого числа факторів, їх визначальних. При побудові класифікацій досить важливо визначити так званий фактор класифікації. тобто той ознака, за якою проводиться систематизація досліджуваного матеріалу. Залежно від вибору фактора класифікації можуть бути створені різні класифікації, і тоді з'являється можливість класифікувати самі класифікації.

Зокрема, стосовно до гірських порід, відомі дві групи класифікацій.

До першої групи належать загальні класифікації. в яких породи розбиваються на класи в залежності від комплексу факторів - походження, мінерального складу, зв'язності і будови:

* Генетична класифікація - породи підрозділяються на осадові, виверження вулканів і метаморфічні.

* Інженерно-геологічні класифікації. в яких породи поділяються на пухкі, зв'язкові та масивні.

* Класифікації. в яких групи порід генетичної класифікації поділяються за фактором складу і будови.

З класифікацій першої групи однієї з найбільш значних і широко застосовуваних на практиці є геолого-генетична класифікація проф. І.В. Попова, яка в модифікованому вигляді була прийнята і в міжнародних рамках як основа для підрозділу реальних комплексів порід (виділення інженерно-геологічних груп, формацій, геолого-генетичних комплексів, петрографічних типів, інженерно-геологічних видів і підвидів).

До другої групи належать приватнікласифікації. тобто засновані на підрозділі порід по якогось одного (але може бути і комплексному) показником властивостей або характеристиці, Таких класифікацій розроблено дуже багато, назвемо лише деякі, найбільш вживані з них:

* Класифікація М.М. Протод'яконова за коефіцієнтом твердості гірських порід.

* Класифікація за окремими характеристиками властивостей (пористості, об'ємному вазі, модулю пружності).

* Класифікація за технологічними параметрами (буримости, вибуховості, подрібнюваністю, стійкості).

З класифікацій другої групи в розділі 4 вже згадувалася класифікація проф. М.М. Протод'яконова за комплексним показником - коефіцієнтом фортеці |кр. Тут лише зазначимо, що ця класифікація має істотні недоліки. Найголовніший з них полягає в тому, що породи тут поділяються на класи незалежно від виду прикладених навантажень і режимів навантаження.

Поряд з класифікацією М.М. Протод'яконова широко застосовувалися і інші численні класифікації, в тому числі відомчого характеру, розроблені для вирішення вузьких приватних завдань. Всі вони ставилися, головним чином, до характеристики порід, і лише в невеликому ступені характеризували властивості масивів. У Додатку 2 зіставлені різні приватнікласифікації, які використовуються в даний час при проектуванні і проведенні гірничих робіт.

Взагалі, складність використання в геомеханіки всіх вище-перелічених класифікацій полягає в тому, що одні з них (загальні) не містять в собі кількісних показників, а інші (приватні) дозволяють вирішувати тільки суто конкретні вузькі завдання. Отже, кожна окремо взята класифікація не в змозі повністю задовольнити всі вимоги геомеханіки. Взагалі спроби охарактеризувати гірські породи одним, нехай і комплексним, показником виявилися не продуктивними. Що стосується масивів порід, то, тим більше, подібний шлях не прийнятний.

Мабуть, більш доцільний інший шлях, коли із загального числа практично використовуваних показників властивостей гірських порід виділяється кілька базових, які не залежать одне від одного, є елементарними і широко використовуються в розрахунках і вже на цій основі будується загальна класифікація порід.

Так член-кореспондент АН СРСР В.В. Ржевський в якості базових запропонував використовувати 12, що не залежать один від одного показників. При цьому на початку розділяти породи якісно на основні генетичні групи, потім на класи по мінеральному складу і структурі і тільки після цього доповнювати кількісними даними про основні фізичні властивості.

Класифікацій, заснованим на бальних підходах притаманний основний недолік - припущення про незалежність дії тих чинників, які оцінюються балами. Це не завжди відповідає дійсності, і тому зазначені класифікації призводять, головним чином, до якісних результатів. Перевагою ж такого підходу є можливість враховувати як завгодно велику кількість факторів, і таким чином, фактично це одні з перших успішних спроб створення класифікацій вже не порід, а масивів.

Якщо розглядати всі зазначені підходи створення класифікацій з позицій ієрархічно-блокової моделі масиву порід, то можна помітити, що спостерігається великий різнобій у пропонованих підходах з точки зору ієрархічних рівнів неоднорідностей і масивів, до яких відносяться ті чи інші пропозиції. У класифікаціях першої групи це рівні досить низьких порядків, в той час як в класифікаціях другої групи об'єктами є масиви, що вміщають відносно високі порядки структурних неоднорідностей.

Проблема створення загальтехнічної класифікації порід для потреб геомеханіки поки не отримала свого повного вирішення, проте певна ясність в цих питаннях вже досягнута. Більш того, зроблені і перші спроби розробки такої класифікації, але поки тільки для масивів скельних порід. Так фахівцями кафедри інженерної геології Московського Державного Університету (професори Г.А. Голодковская, Л.В. Шаумян і ін.) Розроблена інженерно - геологічна класифікація, в якій виділено дві групи масивів, істотно відмінних за своїм генезисом (табл. 6.1). Перша група - літолого - структурні масиви, друга група - масиви діз'юнктівов тектонічної природи.

Під литолого - структурними масивами розуміються об'ємні геологічні тіла, що утворюють просторово - відокремлені структури різних порядків, межами яких є елементи литологических або структурно - тектонічних неоднорідностей. Іншими словами, ці масиви відповідають в ієрархічно-блокової моделі елементам "структурних блоків".

Масиви діз'юнктівов представляють собою витягнуті геологічні тіла, приурочені до великих діз'юнктівов і володіють зональним будовою за рахунок включення зон різного ступеня порушеності скельного масиву, утворених під впливом тектонічного порушення. В ієрархічно-блокової моделі масиву порід вони відповідає елементам "структурних неоднорідностей".

Принципова схема інженерно-геологічної класифікації

масивів гірських порід

(По Г.А. Голодковской, Л.В. Шаумян і ін.)