Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

Украинского, Алданского. Эти породы слагают обширные площади в пределах Байкальской и Забайкальской складчатых систем, широко распространены на юге Сибири. Формы залегания достаточно обычны:

батолиты, лакколиты, штоки. По своему строению интрузии выполнены следующим образом: во внутренних частях преобладают крупно- и

среднезернистые породы, в краевых — мелкозернистые. Штоки и лакколиты в своих краевых частях представлены часто порфировидной структурой пород, а в жилах и дайках это обычно типично пегматитовая структура.

Свойства пород естественным образом различны в разных частях интрузий,

что определяется не только их структурой, но и разным характерам трещиноватости, включая и микротрещиноватость.

Как известно; основными показателями физико-механических свойств магматических горных пород являются их плотность, водопог-лощение,

временное сопротивление сжатию, деформационные характеристики.

Не составляют исключения из этого правила граниты и другие кислые породы. Граниты часто используются в качестве оснований гидротехнических сооружений и строительных материалов.

Продолжая рассмотрение гранитов, как наиболее типичных пред-

ставителей кислых изверженных пород, отметим, что биотитовые граниты имеют показатели прочности в среднем около 80 МПа, а в образцах ,где отмечено замещение биотита хлоритом, прочность падает до 60—70 МПа.

Самой низкой прочностью обладают фельдшпатизи-рованные породы гранитного состава с характерной порфировидной структурой (40—45 МПа).

В типичных гранитах в сохранном виде (в невыветрелых образцах)

прочность примерно одинакова как в водонасыщенном, так и в воздушно-

сухом состоянии.

Рассматривая влияние возраста и условий формирования гранитных интрузий, следует отметить, что платформенные граниты обычно прочнее молодых, например кавказских, и обычно прочнее других древних. Это объясняется значительно меньшей катаклазированностью первых по

отношению ко всем другим. Модули упругости лежат в диапазоне (40—85) х 103 МПа.

Модули общей деформации для гранитных массивов обычно несколько ниже полученных в испытаниях отдельных образцов, и их абсолютные значения определяются, в первую очередь, трещиноватостью.

В инженерно-геологическом отношении другие кислые интрузивные породы оценивались гораздо реже, можно дать лишь некоторые значения для зейских диоритов (RcX для воздушно-сухих образцов лежит в диапазоне

73—262 МПа, а для водонасыщенных —52—221 МПа).

Интрузивные породы основного состава типа габбро по распрост-

ранению намного уступают гранитам. Довольно часто они встречаются на Урале, слагают значительные площади на Украине, имеются на Кольском полуострове, Алтае и ряде горно-складчатых областей.

Показатели физико-механических свойств габбровых пород лежат в очень широких пределах, что объясняется их неоднородностью по составу и значительным изменением при тектонических процессах. Прочность на сжатие колеблется в пределах от 40—80 до 200—300 МПа при средних значениях, превышающих 100 МПа.

Е.М. Сергеев отмечает, что даже в водонасыщенном состоянии ,

среднее расчетное значение временного сопротивления сжатию обычно оценивается в 125 МПа, при этом установлено, что для габбро водо-

насыщение и промораживание слабо влияют на его прочностные характеристики.

Показатели деформационных свойств габбро очень высоки, например,

статистический модуль упругости равен 125 МПа.

Водопроницаемость габбро определяется закономерностями рас-

пределения в их массиве трещин и зон тектонических нарушений. По данным ряда специалистов установлено, что сильно разрушенные трещиноватые габбровые породы имеют коэффициент фильтрации 40 м/сут и более, тогда как неизменные нетрещиноватые габбро практически водонепроницаемы

(удельное водопоглащение в них менее 0,01).

Отмечено, что породы габбрового состава обычно сильно расслан-

цованы, что приводит к интенсификации в них процессов выветривания.

Коры выветривания габбро часто вполне отчетливо подразделяются на две части: верхняя зона (мощностью до нескольких метров) представлена обломками и щебнем выветрелой породы с участками рыхлой песчано-

глинистой массы, нижняя зона (мощностью до 5—10 м, вдоль крупных тектонических трещин она распространяется на 20 м и более) сложена сильнотрещиноватыми водопроницаемыми породами типа «разборной» скалы.

Особое место среди интрузивных пород основного состава занимают долериты и диабазы (хотя последние рассматриваются, как правило, в ряду эффузивных пород). Эти породы слагают известные траппы Сибирской платформы. Типичной формой залегания пород являются силлы (пластовые залежи) в толще палеозойских пород. Эти породы подробно изучались при строительстве Братской, Усть-Илимской, Хантайской, Вилюйской гидроэлектростанций. Заметим попутно, что ссылки на результаты исследований магматических пород преимущественно на гидроэнергетических объектах обусловлены тем, что обычно эти сооружения передают такие нагрузки, которые могут быть восприняты исключительно рассматриваемыми породами Диабазы и до-лериты имеют высокую прочность, весьма близкую по своим значениям для различных петрографических разностей. Среднее значение плотности 2,95—2,96 г/см3 ,

пористость составляет 2,0—2,9 %.

Молодые складчатые области Закавказья и Камчатки во многом сложены базальтами и андезитобальзатами. На Урале, в Саяно-Алтай-ской складчатой области, Казахстане широко распространены палео-типные породы основного состава — разнообразные порфириты. В лавовых потоках обычно прослеживаются прослои пирокластических пород — различных туфов, туфолав, туфобрекчий.

Наиболее изученными среди эффузивных пород с инженерно-гео-

логической точки зрения являются базальты и андезито-базальты Армении.

По возрасту они очень молоды. Это, как правило, неогеновые и четвертичные образования. Породы характеризуются столбчатой отдельностью,

мелкозернистой долеритовой структурой с пористой или пузырчатой текстурой. Выделены также миндалекаменные текстуры базальтов, в

некоторых андезито-базальтах установлено значительное содержание вулканического стекла (около 25 %), а также повышенное значение пористости (до 50 %). Кроме того, молодые базальты Армении отличаются интенсивной трещиноватостью, во многом обусловленной характером их первичной отдельности. Трещины чаще всего лишены заполнителя, а это ведет к тому, что водопроницаемость базальтовых массивов поднимается до нескольких сотен метров в сутки.

Физико-механические свойства базальтов и андезито-базальтов отличаются весьма значительным разнообразием, что объясняется большими различиями в их минеральном составе, структуре и текстуре.

Выветрелые диабазы, естественно, характеризуются меньшей плот-

ностью, повышенной пористостью и меньшей прочностью: плотность снижается до 2,81—2,74 г/см3, пористость растет до 7 %, а прочность падает до 50 МПа и даже до 7 МПа, резко снижаются показатели деформационных свойств.

Водопроницаемость диабазов в трапповых интрузиях очень слабая.

Только в зонах выветривания водопроницаемость резко возрастает, достигая в значениях коэффициента фильтрации 10 м/сут. Естественно она увеличивается и на участках развития трещиноватости в породах.

Инженерно-геологическая характеристика некоторых эффузивных пород Излившиеся (эффузивные) породы отличаются большим разнообразием состава и условий залегания. Наибольшее распространение среди них имеют базальты. Объемное содержание их в земной коре примерно впятеро превышает объем всех остальных эффузивных пород вместе взятых.

Базальтам обычно сопутствуют андезиты. Наиболее характерными формами залегания базальтов являются покровы и потоки. На Сибирской платформе описаны весьма обширные базальтовые излияния.

Приведем характеристику некоторых представителей этой группы пород. Так, базальты мелкокристаллической структуры имеют плотность до

3,3 г/см3, временное сопротивление сжатию до 500 МПа, в то время как прочность пористых разностей базальтов может снижаться до 20 МПа и менее. Древние палеотипные породы также отличаются большой изменчивостью прочностных и деформационных свойств, но в общем в средних значениях по этим показателям они превышают более молодые разности. Объясняется это раскристаллизацией вулканического стекла,

постепенным заполнением пор вторичными минералами, а также другими постмагматическими преобразованиями излившихся пород. Наибольшей прочностью, как установлено, обладают оливиновые разности базальтов,

наименьшей — авгитовые, при весьма существенном влиянии на нее особенностей структуры и текстуры пород. Например, среди мезозойских базальтов Сибирской платформы наиболее прочными являются массивные неизмененные порфировые базальты с микродиабазовой и микродолеритовой структурой. Установлено, что увеличение содержания разрушенного вулка-

нического стекла до 10—15 % снижает прочность базальтов на 10—20 %,

примерно также сказывается на ней и содержание миндалин в количестве

10—20 %.

Естественно, что степень выветрелости пород существенным образом отражается на их физико-механических^характеристиках, например резко понижает прочность. Так, для дальневосточных андезито-базальтов в свежих разностях R = 87—132 МПа, в слабовы-ветрелых—64—82 МПа,

средневыветрелых—41—60 МПа, значительно выветрелых — 19—28 МПа.

Е.М. Сергеев объясняет это резким изменением состояния и свойств слагающих породу минералов. В первом случае, к примеру, все плагиоклазы свежие неразрушенные, во-втором, примерно половина полевых шпатов

начала разрушаться по центру или вдоль внутренних трещин, в третьем —до

50 % полевых шпатов почти полностью изменены по всей массе кристалла,

остальные вдоль трещин и, наконец, в четвертом случае все полевые шпаты почти полностью изменены по всей массе кристаллов и до половины их превращены в агрегированные сложения вторичных минералов.

Для базальтов и андезито-базальтов степень выветролости и, есте-

ственно, мощность коры выветривания, как и обычно, существенным образом зависит от возраста и климатических условий.

Надо отметить, что практически другие эффузивные породы так подробно не изучались и для них можно дать лишь некоторые общие характеристики.

Андезиты имеют достаточно высокую прочность и устойчивость к выветриванию. Плотность их составляет 2,56—2,85 г/см3, а временное сопротивление сжатию изменяется в широком диапазоне 120—240 МПа,

обусловленном влиянием как структурно-текстурных особенностей, так и состоянием породы.

Трахиты имеют, как правило, повышенную пористость, в связи с чем их плотность снижается до 2,2—2,6 г/см3 , а средняя прочность на сжатие составляет не более 60—70 МПа.

Липариты отличаются прочностью и стойкостью к выветриванию.

Наиболее прочными среди них являются фельзитовые разности, временное сопротивление сжатию которых составляет довольно высокие значения —до

280 МПа.

Особую группу пород представляют вулканические туфы, среди которых встречаются как очень слабые разности, так и довольно прочные.

При выветривании они часто превращаются в каолинитовые и бентонитовые глины. Отмечен также процесс, приводящий к упрочнению этих пород путем постепенного окремнения и цементации.

Осадочные горные породы. Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на земной поверхности порода подвергается выветриванию, т.

е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В

результате даже самые массивные, прочные магматические породы постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на определенном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки.

Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши.

Из рыхлых скоплений (осадков) с течением времени формируются

(уплотняются, приобретают структуру и т. д.) различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры,

покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения. Несмотря на то что осадочные породы составляют всего 5 %

земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пределах — в

одних местах она очень мала, в других исчисляется километрами.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород на-

ходятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава,

строения и состояния, равно как и другие горные породы, что нами неоднократно подчеркивалось выше. Наряду с этим надо отметить, что строение, состав и состояние породы формируются в зависимости от ее генезиса. Таким образом, инженерно-геологические свойства осадочных горных пород складываются в процессе литогенеза.

Под литогенезом принято понимать совокупность геологических процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза достаточно условно подразделяют на ряд стадий:

• гипергенез — выветривание—разрушение кристаллических и других

пород, образование новых минералов,обломков пород, обломков минералов,

коллоидных и истинных растворов;

•седиментогенез — перенос и отложение материала — образование

осадка;

•диагенез — превращение осадка в осадочную породу;

•катагенез — начальные изменения осадочной породы;

•метагенез — глубокие изменения осадочной породы — образование метаморфизованных осадочных пород.

Последние две стадии иногда объединяются под одним понятием — эпигенез. Осаждение вещества, его диагенетические и постдиагене-тические преобразования протекают по-разному, в зависимости от физико-химических условий среды, температуры, давления, длительности и интенсивности процесса, например, скоростей течения воды, движения воздуха, льда и т. п.

Особенности осадочных пород. Осадочные породы в силу специфи-

ческих условий образования приобретают ряд особенностей, которые существенно отличают их от магматических и метаморфических пород. Это проявляется в минеральном и химическом составе, структурах, слоистости,

пористости, зависимости состава и свойств пород от климата, в содержании органических остатков.

Минеральный и химический состав. В образовании осадочных пород,

кроме минералов, из которых формировался рыхлый осадок (кварц, полевые шпаты и др.), принимают участие минералы, возникающие в данной породе в процессе ее существования (кальцит, каолинит и др.). Во многих случаях они играют существенную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, оксиды,

сульфаты и др.

Структура осадочных пород разнообразна. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных — брекчи-евидные и т. д.

Пористость типична для всех осадочных пород, за исключением

напластования, в том числе верхнюю плоскость называют — кровлей,

нижнюю — ложе, а расстояние между ними — мощностью слоя (пласта).

Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы,

залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют, как правило,

относительно небольшую мощность (10— 50 м).

Комплекс слоев, объединенных сходством состава или возраста, или один слой, но значительной мощности, нередко называют толщей. Примером могут служить толщи лессовых пород, мощность которых может достигать десятков метров.

Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах,

долинах рек и т. д. Это обуславливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой (рис. 11), для которого характерна сравнительно большая мощность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны также линзы—слои,

занимающие малые площади с выклиниванием мощности к краям слоя, и

выклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу (рис. 11), чаще всего горизонтально. Такое залегание слоев характерно