Тріщинуватість породних масивів

У результаті тектонічних рухів у земній корі виникають напруги, які досягнувши межі міцності порід приводять до утворення в ній розривів. Розриви сукупності порід виявляються, перш за все, у вигляді тріщин.

Тріщинами називають розриви в гірських породах, переміщення по яких абсолютно відсутні або незначні. Сукупність тріщин, що розчленовують ту або іншу ділянку земної кори, прийнято називати тріщинуватістю.

Випробовуване гірськими породами усестороннє стиснення або подальша цементація приводять до деякого відновлення зв'язності на поверхнях розриву сукупності, тому вони найчастіше володіють деяким зчепленням і опором відриву і називаються вже не тріщинами, а поверхнями послаблення. Проте вже в початковій стадії деформації масиву гірських порід на поверхнях послаблення виникають нові розриви сукупності – тріщини.

Тріщинуватість, як елемент структури, також є однією з харак-терних особливостей породного масиву.

Тріщини, простежені в гірських породах, прийнято ділити за ге-нетичною ознакою на:

• природні (вродженні, первинні), що виникають в процесі фор-мування геологічних тіл;

• тектонічні, що утворилися в результаті горотворчих процесів;

• штучні, що з'являються в процесі здійснення підготовчих і очисних робіт в шахтах, буропідривних робіт, а також внаслідок інших причин.

Природні тріщини є повсюдно поширеними, але найчіткіше вони виражені в осадових породах в областях з горизонтальним заля-ганням.

Тектонічні тріщини розвиваються в гірських породах під впли-вом тектонічних сил, що виявляються в земній корі в процесі її утворення. Виникаючі при цьому деформації майже завжди супро-воджуються розвитком в гірських породах тріщин, що утворю-ються, як на порівняно малих площах, так і на величезних. Відмі-нність їх від нетектонічних тріщин полягає, перш за все, у тому, що тектонічні тріщини володіють більшою витриманістю в орієнту-ванні і розвиваються однаково в різних за складом породах. Текто-нічні тріщини нахилені до площин нашарування під різними кута-ми; цим вони і відрізняються від тріщин вроджених (природних). Напрям тектонічних тріщин співпадає з напрямом основних розривних порушень даного району. Так, наприклад, для цілого ряду районів Донбасу вроджені тріщини мають меридіональний напрям з відхиленням 15…20°.

Тектонічні явища сприяють розкриттю раніше схованих природ-них тріщин. Поверхні тектонічних тріщин звичайно покриті боро-знами ковзання, оскільки дуже часто вони є площинами зсуву порід. При тектонічних переміщеннях може відбуватися зсовування блоків один відносно одного.

Кожна окрема тріщина характеризується довжиною, шириною, звивистістю стінок, а також положенням тріщини в просторі, який в геології прийнято характеризувати кутом падіння і азимутом напря-му падіння. Тріщини розрізняються також наявністю або відсутні-стю в них заповнювачів, відповідно до чого вони поділяються на відкриті і заповнені.

За розкритістю або потужністю заповнення виділяються наступ-ні види тріщин: видимі неозброєним оком (відкриті, закриті і «волосяні») і мікротріщини. Ширина відкритих тріщин або потуж-ність їх заповнення визначається безпосередніми вимірами, ширину закритих тріщин можна вважати рівною 0,8...0,5 мм, «волосяних» – 0,5...0,2 мм.

Заповнювач в тріщинах може бути представлений рихлими від-кладеннями типу піщано-глинистих ґрунтів або утвореннями, відмінними від порід масиву за мінералогічним складом, але схожи-ми з ними за структурними і фізичними властивостями.

Частота тріщин залежить від потужності і складу пласта. Наприклад, чим менша потужність пластів і міцність порід, тим частіші тріщини. За даними багатьох дослідників в карбонатних породах багатьох районів у пластах потужністю від 0,5 до 2,0 м цей зв'язок прямолінійний. М.В. Рац вважає його параболічним.

Залежно від того як тріщини орієнтовані розрізняють впорядко-вану (одно-, двох системну) і невпорядковану тріщинуватість. Перетинаючись, тріщини розбивають порідний масив з деяким характерним розміром Н на окремі структурні блоки з середнім розміром h_cp. Відношення H/h_cp називається інтенсивністю тріщи-нуватості. Крім того, для кількісної оцінки тріщинуватості викорис-товують лінійний, площадковий і об'ємний коефіцієнти інтенсив-ності тріщинуватості. Вони є відповідно відношенням одиниці дов-жини, площі, об'єму до середньої відстані між сусідніми тріщинами 1_ср, до площі S_cp і об'єму структурного блоку V_cp.

Роль природних тріщин у зміні механічної характеристики маси-ву гірських порід була предметом багаторічних досліджень колек-тивів вчених різних країн.

М.М. Протодьяконов, вказуючи на відмінність між міцністю лабораторних зразків і міцністю масиву, в якості основної причина розглядав саме тріщинуватість порід і вугілля.

Слід зазначити, що тріщинуватість приводить до істотного зни-ження міцнісних характеристик порідного масиву. Відмінність міцності порід в зразку і масиві може бути досить значною. У зв'язку з цим при виконанні геомеханічних розрахунків обліку тріщинуватості масиву надається особливе значення.