4. Масиви грунтів

4.1. Загальні відомості про масиви грунтів

При інженерно-геологічних дослідженнях необхідно розрізняти гірські породи як такі і масиви гірських порід. Ця відмінність має не менше теоретичне і практичне значення, ніж між скельними і дисперсними ґрунтами. Гірська порода формується в ході петрогенетичних процесів як природний агрегат мінеральних частинок (кристалів, зерен, уламків), які зв'язані між собою структурними зв'язками різної природи; гор­на порода може містити пори, дрібні порожнини і мікротріщини, які, проте, не порушують її цілісності як єдиного фізично суцільного тіла. Пори, порожнини і мікротріщини можуть бути заповнений газами або розчинами і утворюють разом з мінеральною складовою багатофазну систему - ґрунт. З погляду загальних уявлень фізики гірська порода може розглядатися як матеріал певного складу і будови. Гірські породи (або ґрунти) одного петрографічного типу мають однакові (або близькі) зна­чення показників фізико-механічних властивостей незалежно від того, у якому геологічному регіоні вони знаходяться. Властивості гірських порід як ґрунтів в цьому випадку можуть бути охарактеризовані за допомогою випробувань на зразках.

У земній корі, в умовах природного залягання, гірські породи утворюють різноманітні геологічні тіла і властивості їх залежать від конкретних геологічних умов. Властивості порід одного і того ж петрографічного найменува­ння можуть бути різними залежно від умов залягання цієї породи у геологічному розрізі, наприклад від потужності пласта, характеру навколишніх порід, глибини залягання, особливостей геологічної структури. Ці особливості залежать від характеру розподілу напруг в товщі. Фізико-механічні властивості порід, отримані при стандартних випробуваннях зразків можуть відрізнятися від значень показників тих же властивостей на глибині, унаслідок зростання напруг, температур, зміни фізико-хімічних параметрів порових розчинів. Вплив на фізико-механічні властивості порід оказують умови залягання: витриманість пластів на великих відстанях або часта фаціальна мінливість, положення породи у геоло­гічній структурі.

Отже, для оцінки поведінки гірських порід як підґрунть інженерних споруд або як середовища, що вміщає ці споруди, не можна обмежитися визначенням властивостей ґрунтів у зразках, а необхідні випробування в умовах залягання. Відмінність показників властивостей гірських порід залежно від розмірів зразка, обумовлена неодно­рідністю складу і будови зветься масштабним ефектом. Стосовно перерахованим вище показників властивостей ґрунтів масштабний ефект виявляється в тому, що у міру збільшення об'єму порід, значення показників погіршуються.

В інженерній геології термін «масив гірських по­род» розуміється двобоко. Масив може розглядатися як будь-яка товща ґрунтів (незалежно від її внутрішньої структури), що знаходиться у взаємодії з інженерною спорудою. В цьому випадку правильніше говорити про «сферу дії споруди на породи». Інше визначення - тіло в межах тектонічної структури (незалежно від поведінки його при вза­ємодії з можливою інженерною спорудою).

Якнайповніші інженерно-геологічний зміст поняття «масив гірських порід» відображає наступне визначення: «Під масивом гірських порід слід розуміти геологічне тіло, що утворює геологічну структуру або частину її і що характеризується властивими тільки йому складом, будовою і інженерно-геологічними закономірностями».

Масивами гірських по­род можуть бути названий геологічні тіла різних розмірів. Розрізняють масиви чотирьох порядків. Масиви першого порядку - це крупні тіла, геологічні структури типу складки, мо­ноклиналі або структурно-тектонічні блоки. Розміри їх декілька сотень, а іноді і тисяч метрів. Масиви першого порядку звичайно складені породами однієї геологічної формації, межами їх можуть бути межі геологічних формацій або межі регіональних розломів. Будова масивів першого порядку визначається набором і співвідношенням складаючих його літологічних комплексів, характером і співвідношенням внутрішньоформаційних дислокацій.

Масиви другого порядку мають менші розміри - десятки і сотні метрів, часто за об'ємом вони відповідають літологічним макрофаці­ям. При оцінці масивів другого порядку як підґрунть і середовища інженерних споруд вони розглядаються як складні, неоднорідні по складу, будові і властивостям геологічні тіла.

Масиви третього порядку - літологічно (петрографічно) однорідні тіла розміром від декількох метрів до декількох десятків метрів, а масиви четвертого порядку - це окремі частини масивів третього порядку, що характеризуються не тільки однаковим петрографічним складом, але і однаковим станом порід (однакова тріщинуватість, розмір блоків і т. д.). Масиви гірських порід часто відокремлені один від одного розривними порушеннями. Ці розривні порушення (діз'юнктіви) теж пред­ставляють собою геологічні тіла різних розмірів. Залежно від розмірів і внутрішньої будови так само можуть бути виділені масиви декількох порядків. Найбільш великі з них - масиви першого порядку - відповідають крупним регіональним тектонічним порушенням, що мають складну зональну будову з декількома поверхнями зсуву. До масивів другого порядку віднесені і діз’юнктіви простої будови, з однією поверх­нею зсуви і визначаючими її зонами тектонічної зрушеності. Кожна така зона, у свою чергу, може розглядатися як масив третього порядку. Кожна ділянка масиву третього порядку, що характеризується однаковою дінамометаморфічною переробкою порід, є масивом четвертого порядку.

Таким чином, масиви четвертого порядку є геологічними тілами з однаковим складом, будовою, станом і властивостями. Такі масиви називають інженер­но-геологічними елементами.