Показники щільності та пористості деяких видів твердих порід

Найменування породи	Щільність, г / см 3			Пористість,%
	породи	сухої породи	часток
Габро Мармур Доломіт Крейда Опока	2,87-2,95 2,70 2,68 1,35 1,71	2,86-2,95 2,70 2,68 - 1,42	2,99-3,92 2,71 2,83 2,68 2,35	0,08-4,5 0,1 3,4-12,4 - 44

Зниження міцності порід та зростання водопроникнення пов’язано з розвитком в їхніх масивах тріщинуватості. Вплив ступеня тріщинуватості на водопроникнення порід ілюструє табл. 10.

Таблиця 10

Показники водопроникнення для порід різного ступеня тріщинуватості

Ступінь тріщинуватості порід	Коефіцієнт фільтрації, м/добу	Питоме водопоглинання, л/хвил.
Нетріщинуваті Слаботріщинуваті Тріщинуваті Сильнотріщинуваті	0,01 0,01-10,0 10,01-30,0 30,01-100,0	0,005 0,005-5,0 5,001-15,0 15,001-50,0

При пористості порід більше 5% їх показники міцності значно погіршуються і їх класифікують як полу скельні поро-ди.

Під впливом потоку води, який рухається, тріщинуваті і по-ристі породи карбонатного або сульфатного складу можуть вищелачуватися з утворенням карстових порід. Скельні та на-півскельні породи в умовах впливу будівельних навантажень ведуть себе як пружні тверді тіла.

Характерною властивістю пісчаних та великоуламочних незцементованих порід є їхня хороша водопроникливість. Во-на визначає їхню роль дренуючих або водовміщуючих еле-ментів в осадовому комплексі. Показником водопроникливос-ті породи є коефіцієнт фільтрації, величина якого залежить від пористості породи і структури породового простору. По-ристість уламочних порід коливається у межах 20-45%. Ці ха-рактеристики, у свою чергу, визначаються діаметром й округ-леністю часток, з яких складається порода, а також однорід-ністю зернового складу. Із збільшенням середнього діаметра породоутворюючих часток і їхньої округленості при їхньому неоднорідному зерновому складі водопроникливість породи збільшується.

Величина водопроникливості порід змінюється у широких межах. Діапазони коливань коефіцієнта фільтрації порід різ-ного гранулометричного складу наведені в табл. 11.

Таблиця 11

Орієнтовні значення коефіцієнтів фільтрації

Найменування породи	Коефіцієнт фільтрації, см/с
Глина Суглинок Пісок: пилуватий дрібний середньої величини великий Гравій, щебінь	< 1 х 10–7 1 х 10–7 - 1 х 10–5 1 х 10–5 - 1 х 10–3 1 х 10–4 - 1 х 10–2 1 х 10–3 -1 х 10–2 1 х 10–2 - 1 х 10–1 1 х 10–1 - 1 х 101

Рух фільтраційного потоку в незв’язаній дисперсній породі створює гідродинамічний тиск і може викликати фільтраційні деформації, які носять назву суфозійні явища.

Фільтраційні деформації будуть розвиватися у рихлій ула-мочній породі в тому випадку, якщо в ній є частки, діаметр яких є меншим найбільшого фільтраційного ходу, і якщо швидкості фільтраційного потоку є достатніми для перемі-щення цих часток.

Власне суфозія, або механічна суфозія, – явище виносу фільтраційним потоком з товщі породи дрібних часток. При цьому збільшується пористість порід та розміри пор.

Контактний випір відбувається у випадку, якщо фільтрацій-ний потік виносить суфозіонні частки із деформованого шару породи у принавантажуючий його шар більш великозернистий матеріал. Затримуючись у цьому матеріалі, дрібнозернисті частки формують шар, який є несхожим за складом та влас-тивостями від початкових порід. Випір – таке руйнування по-роди, при якому приходить у рух деякий її об’єм з усіма скла-довими породи фракціями, що призводить до збільшення по-ристості та розмірів пор.

До суфозіонних порід відносяться такі, з яких суфозіонним потоком виноситься більше 3% часток. Швидкість фільтрації, при якій порушується гранична рівновага суфозіонних часток в породі, називається критичною швидкістю фільтрації.

Негативні наслідки суфозіонних деформацій проявляються у формуванні зон послабленої міцності, тріщин у зв’язку із зміною гранулометричного складу, щільності та пористості по-рід, обваленні бортів котлованів, порушенні покрівлі перекри-ваючих порід. Наслідком зміни водопроникливості порід є збільшення водопритоків у підземні виробітки та котловани, кольматація та вихід із ладу зворотних фільтрів та дренажів водознижуючих пристроїв.

Характерною особливістю пилевато-глинистих порід є властивість змінювати свою консистенцію при зміні вологості. Показниками цих межових станів є межа пластичності та ме-жа текучості. При вологості нижче межі пластичності глиниста порода має тверду консистенцію та властивості, близькі до властивостей твердих тіл. При вологості вище межі пластич-ності порода здобуває текучу консистенцію та властивості рі-дини. Вміст фізично- пов’язаної води у такій глині досягає 50%. Висока водопоглинаюча властивість глинистих порід по-в’язана з перевагою в їхньому складі часток, які мають коло-їдні властивості. Для глинистих порід характерна слабка во-допроникливість. У геологічному розрізі вони виконують роль водоупорних шарів. Глинисті породи характеризуються нас-тупними властивостями: усадка та набрякання, тобто змен-шення об’єму при висиханні та збільшення при зволоженні. Набрякання пов’язано із збільшенням товщі гідратних оболо-нок на поверхні глинистих часток, при цьому в породі виникає тиск, величина якого може досягати 0,8 МПа, що викликає де-структивний вплив на схили виробіток та основу споруд. Усадка супроводжується нерівномірною деформацією породи при висиханні, появою у ній тріщин та збільшенням водопро-никнення. Це знижує стійкість породи на природних схилах, у бортах кар’єрів та котлованів. У результаті розтріскування на схилах утворюються пухкі продукти руйнування породи у ви-гляді глинистого щебеню, який осипаючись по схилам, утво-рює скупчення. При водонасиченості вони можуть служити матеріалом для формування грязевих потоків.

Деякі тонкоуламочні породи у водонасиченому стані мають специфічну властивість, характерну для колоїдних систем, – при вібраційному впливі переходити з геля в золь, тобто роз-ріджуватися. Це явище носить назву тиксотропія і може бу-ти викликане також електричними та ультразвуковими коли-ваннями. В умовах позбавлення впливу на систему, вона по-ступово застигає і може знову перейти в гель. Породи, які ма-ють тиксотропні властивості і ведуть себе на зразок в’язких рідин, називають пливунами. При розмаїтості зернового скла-ду пливуни обов’язково містять глинисті мінерали. Формуван-ню пливунних властивостей сприяє наявність гідрофільних глинистих мінералів типа монтморилоніту та особливих мікроорганізмів. Для справжніх пливунів характерна низька водопропускна властивість та нульова водовіддача внаслідок колоїдних зв’язків між частками. Пливуни представляють ве-лику небезпеку при проходці підземних виробіток.

Серйозні проблеми при будівництві створює просідання порід, тобто їхня властивість до осідання при замочуванні під впливом власної ваги та зовнішнього навантаження. У ре-зультаті просідання відбувається опускання поверхні землі на величину до декількох сантиметрів. Це призводить до дефор-мації будинків та споруд, збудованих на породах, які просіда-ють. Морфологічними ознаками, які вказують на можливість явищ просідання на даній території, є такі форми рельєфу, як промоїни, просадочні вирви уздовж берегів річок, просадочні блюдця на терасах та водорозділах. Типовими для України просадочними породами є льоси та льосовидні породи, які утворюються у степовій та лісостеповій зонах майже суціль-ний покрив на водорозділах та річкових терасах потужністю від 3 до 40-80 м. Льоси розповсюджені також на Кавказі, в Азово-Кубанській низовині. Потужні (до 100 м) льосові товщі характерні для Китаю.

Для льосів характерні також висока пористість (як прави-ло, 42-58%) з великою кількістю макропор, вертикальна відок-ремленість та стійкість крутих схилів у сухому стані, вміст во-дорозчинних солей (переважно сульфатів і карбонатів) до 15%, що забезпечує зв’язаність часток породи, відносно стій-кий зерновий склад, який відповідає суглинкам (вміст пилува-тих фракцій від 50 до 82%, глинистих – від 10 до 30%, пісча-них – до 15-20%), легка розмочуваність при зволоженні.

Кількісна оцінка просадження характеризується величиною початкового посадочного тиску та відносною просадочністю порід. Початковий просадочний тиск – це мінімальний тиск, при якому проявляється просадочність породи в умовах її повної водонасиченості. Відносна просадочність породи – відношення додаткового осідання (або просідання породи піс-ля замочування) до початкової висоті зразка або шару в його природно напруженому стані. До просідаючих відносять поро-ди, в яких величина відносного просідання .

Осідання на території міст може відбуватися при відсут-ності регулювання поверхневого стоку, при витоках із підзем-них комунікацій та підтоплення ґрунтовими водами. На просі-дання порід впливає інфільтрація із каналів, водосховищ, під-пор річок при їх зарегулюванні.

Під спорудами вологість льосових порід зростає на 10-15%, що призводить до збільшення пластичності та зни-ження міцності. Тривале знаходження льосовидних порід нижче рівня ґрунтових вод, що характерно для підтоплених міських територій, призводить до розчинення та виносу гіпсу та інших розчинних солей, викликає втрату несучої власти-вості та набуття ґрунтом тиксотропних властивостей.

Декілька слів необхідно сказати про процес карстоутворен-ня. Карстоутворенням називають складний геологічний про-цес, основним компонентом якого є вищелачування розчин-них гірських порід підземними та поверхневими водами з утворенням крупних пустот у породах (вирв, печер тощо), ви-носом дисперсних часток із перекриваючих та суміжних від-кладень, а також осіданням й обваленням покрівлі. Тому час-тіше говорять про комплекс карстово-суфозіонних процесів. За формою прояву розрізняють поверхневий (відкритий) карст, характерним прикладом якого є Кримська Яйла, і під-земний (скритий) карст. Підземний карст утворюється у ви-падку, коли карстуючі породи перекриті товщею нерозчинних, але водопрониклевих порід. Карст може розвиватися у карбо-натних породах (вапняках, доломітах, мело-мергельних тов-щах), сульфатолітах (гіпсах, ангідритах), галолітах (кам’яній, калійній солях). На інтенсивність формування карсту впливає ступінь тріщинуватості порід, глибина залягання підземних вод, що визначає швидкість фільтрації та водообміну, а також гідрохімічний склад вод. Природними факторами, які сприя-ють карстоутворенню, є пересічений рельєф, наявність мо-гутнього підземного стоку, високі швидкості фільтрації, при-сутність у воді свободної вугільної кислоти, тріщинуватість по-рід. На активізацію карстоутворення можуть оказати вплив техногенні фактори, які сприяють обводненню покривних від-кладень, зниженню рівня тріщино-карстових вод, різкому ко-ливанню рівня підземних вод, наприклад, при відкачці підзем-них вод або при скиданні стічних вод і відходів у карстові пус-тоти, а також зміна гідрохімічного складу підземних вод.

На території міських агломерацій розвитку карсту сприяє формування значних за розмірами депресійних вирв у райо-нах водозаборів (Краматорськ, Луганськ та ін.), а також у ра-йонах розробок корисних копалин (Залещики, Стебник, Хо-тин), де спостерігаються осідання і провали поверхні. Антро-погенна активізація сульфатного карсту створює загрозу за-будові південно-західної частині Львова, яка складає до 30% території міста.

В Одесі над підземними пустотами – катакомбами, які утворилися в результаті розробок вапняка-черепашника, спостерігається осідання поверхні землі, провали, деформа-ція фундаментів.

У зоні видобування корисних копалин, де спостерігається порушення земної поверхні над гірськими виробками, розмі-щені міста Белозерск, Горловка, Донецьк, Макіївка та ін.

Основними методами, які застосовують при моніторингу карстово-суфозіонних процесів, є дистанційне зондування і повторне картографування. Інтенсивність прояву карстово-суфозіонних процесів прийнято оцінювати кількістю вирв, які приходяться на одиницю території (табл. 12).

Таблиця 12