4.2. Классификация горных пород

Горные породы разнообразны по своему происхождению, составу, строению и свойствам. Изучать свойства горных пород невозможно без систематизации их в определенном порядке, т. е. без классифи­кации. Классификация — это основной раздел любой естественной науки, первый и важный этап обобщения, она отражает сте­пень изученности рассматриваемых предметов в определенном аспекте. Во всякой самостоятельной науке общая классификация изучаемых предметов является центральной теоретической про­блемой.

Классификация горных пород в инженерной геологии является также средством и методом их познания. Она необходима для сле­дующих целей:

1) для разделения всего многообразия горных пород, встречающихся в природе, на группы, существенно различа­ющиеся по генетическим и петрографическим признакам и строи­ тельным качествам, чтобы, пользуясь классификацией, можно было бы давать предварительную инженерно-геологическую оценку горных пород;

2. для построения инженерно-геологических карт, разрезов, схем;

3. для определения состава, объема, методики и направления инженерно-геологического изучения горных пород;

4. для выбора методов улучшения свойств горных пород.

Единой общепринятой классификации горных пород в инженерной

геологии в настоящее время нет. Это связано с недостаточной изу­ченностью их свойств и трудностью одной классификацией удовле­творить разнообразные требования строительной практики. Суще­ствуют классификации специальные и общие. Специальные класси­фикации разработаны применительно к запросам той или иной отрасли строительного дела. Они обычно основываются на учете одного какого-либо признака горных пород и подразделяют их в этом случае сравнительно детально.

Общие классификации предназначаются для различных отраслей строительства. Они разработаны с учетом нескольких или многих признаков горных пород. В них обычно выделяются все наиболее распространенные типы горных пород и дается с той или иной сте­пенью детальности их строительная характеристика. Естественно, что общие классификации менее детальны, чем специальные, поэтому последние как бы дополняют первые.

Из специальных классификаций наиболее распространены сле­дующие.

Классификация по устойчивости пород в откосах. Мерой та­кой устойчивости является угол естественного откоса, т. е. пре­дельный, наибольший угол наклона поверхности откоса, при котором горные породы находятся еще в устойчивом состоянии (не осыпаются, не обваливаются, не оползают). Эта специальная классификация применима при проектировании и строитель­стве невысоких насыпей, выемок, дамб и других земляных соору­жений.

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.

Классификация по способу и трудности разработки горных пород. В этой строительной классификации горные породы подразделяются на категории в зависимости от того, каким инструментом они разрабатываются: подборочной лопатой или штыковой, с применением кайла, лома или других ударных инструментов, с частичным приме­нением взрывных работ или только взрывным способом. Этой клас­сификацией широко пользуются при выполнении различных земля­ных работ, так как категория пород определяет стоимость 1 м³ земляных работ.

Классификация по крепости пород, характеризующейся их сопро­тивлением разрушающим усилиям. Эта классификация известна как классификация М. М. Протодьяконова (табл. 4). За меру крепости пород здесь принят коэффициент кажущегося трения, названный автором коэффициентом крепости пород. (Классифи­кация М. М. Протодьяконова имеет очень широкое применение в инженерной практике, особенно в горном деле.

Таблица 4.

Классификация горных пород, по М.М. Протодьянкову

Категории	Степень крепости	Породы	Коэффициент крепости
I	В высшей степени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы	20
II	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранитоидные породы, кварцитовый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше, кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки	15
III	Крепкие породы	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.	10
III– а	То же	Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит, колчеданы.	8

Категории	Степень крепости	Породы	Коэффициент крепости
IV	Довольно крепкие породы	Обыкновенный песчаник. Железные руды.	8
IV– а	То же	Песчанистые сланцы. Сланцеватые песчаники.	5
V	Средние породы	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат.	4
V– а	То же	Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель.	3
VI	Довольно мягкие породы	Мягкий сланец, мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обыкновенный мергель.	2
VI– а	То же	Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшаяся галька и щебень, крепкий каменный уголь (fкр= 1,4÷1,8), отвердевшая глина.	1,5
VII	Мягкие породы	Глина (плотная). Средний каменный уголь (fкр= 1,0÷1,4). Крепкий глинистый грунт.	1,0
VII– а	То же	Легкая песчаная глина, лёсс, гравий. Мягкий уголь (fкр= 0,6÷1,0).	0,8
VIII	Землистые породы	Растительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок.	0,6
IX	Сыпучие породы	Песок осыпи, мелкий грунт, насыпная земля, добытый уголь.	0,5
X	Плывучие породы	Плывуны, болотный грунт, разжиженный лёсс и другие разжиженные грунты (fкр= 0,1÷0,3).	0,3

Классификация по степени водопроницаемости или водопоглоще-ния. Показателями водопроницаемости горных пород, а для скаль­ных и полускальных пород и их трещиноватости или закарстованности являются коэффициент фильтрации и удельное водопоглощение. Коэффициент фильтрации характеризует скорость движения — фильтрации воды (м/сутки, см/сутки) через породу при напорном градиенте, равном единице. Под удельным водопоглощением пони­мают расход воды (л/мин), поглощаемой горными породами, вскры­тыми скважиной, при напоре в 1 м и длине испытуемого интервала в 1 ж. Коэффициент фильтрации является абсолютной характеристи­кой породы, а удельное водопоглощение — относительной, сравни­тельной характеристикой. Оба эти показателя свойств горных пород очень часто используются для решения различных строительных задач.

Из общих классификаций в настоящее время наиболее известны классификации Н. Н. Маслова, Е. М. Сергеева и Ф. П. Саваренского.

Таблица 5

Общая классификация грунтов, по Е.М. Сергееву

Классы	Группы	Подгруппы
Породы с жесткими связями	Магматические	Глубинные (интрузивные)
		Излившиеся (эффузивные)
	Метаморфические	Регионально-метаморфические
		Контактно-метаморфические
	Осадочные сцементированные	Крупнообломочные сцементированные
		Мелкозернистые сцементированные
		Глинистые и пылеватые отвердевшие
	Осадочные химические и биохимические	Кремнистые
		Железистые
		Карбонатные
		Сульфатные
		Галиойдные
Породы без жестких связей	Глинистые и пылеватые	Глинистые
		Лессовые (алевритовые)
	Обломочные нецементированные	Крупнообломочные
		Песчаные
Почвы	Почвы	Зональные
		Интразональные
Искусственные грунты	Искусственные грунты	Культурные слои
		Наносные
		Насыпные
		Искусственно улученные
		Искусственно ухудшенные

В классификации Н. Н. Маслова основными признаками для подразделения различных петрографических типов горных пород на классы и группы служат их механическая прочность и водостой­кость. В соответствии с этим в ней выделяется пять классов пород (скальные, полускальные, сыпучие, глинистые, сильно сжимаемые), каждый из которых в свою очередь подразделяется на группы (гидростойкие и гидронестойкие). 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.

В классификации Е. М. Сергеева выделены классы, группы и под­группы пород (табл. 5 ). Первые два класса выделены по наличию или отсутствию в породах структурных связей. Третий и четвертый классы составляют почвы и искусственные грунты, т. о. особые гене­тические образования.

Таким образом, при выделении групп и подгрупп в одном случае учитываются генетические, а в другом — петрографические при­знаки пород. Третий и четвертый классы на группы не подразде­ляются. Следовательно, в классификации Е. М. Сергеева в основу выделения классов, групп и подгрупп положены важные, но раз­личные признаки.