П 55-90 (ВНИИГ) Методика составления геоструктурных схем (моделей) скальных массивов в основаниях гидросооружений. Пособие к СНиП 2.02.02-85

3. КВАЗИОДНОРОДНЫЕ ОБЪЕМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СКАЛЬНЫХ МАССИВОВ

3.1. Если некоторый объем массива включает в себя ряд элементов неоднородности, объем каждой из которых много меньше, чем , то последний можно считать квазиоднородным по одному или нескольким признакам. Например, монопородный одновозрастный массив одного генезиса и единого строения без крупных структурных нарушений, находящийся в одном состоянии (по степени выветрелости, напряженному состоянию и заполнителю трещин), может целиком рассматриваться как квазиоднородный (если ). Очевидно, что такое сочетание мало вероятно. Наличие в массиве разновозрастных пород различного состава, строения, состояния при всевозможных сочетаниях приводит к необходимости расчленения массива на множество квазиоднородных элементов с объемами , , …  (при прежнем условии: ).

3.2. В основе выделения контуров квазиоднородных элементов массива на ГСМ лежат следующие принципы:

- контуры квазиоднородных элементов должны совпадать с основными геологическими границами: стратиграфическими, литолого-петрологическими и тектоническими контактами;

- контуры квазиоднородных элементов должны совпадать с границами подзон А, Б, В, Г различной степени выветривания и разгрузки естественного напряженного состояния массива;

- контуры квазиоднородных элементов должны совпадать с резкими температурно-влажностными границами раздела:

а) сухих пород в зоне аэрации; б) водонасыщенных пород ниже уровня подземных вод;

- контуры квазиоднородных элементов и размеры последних должны учитывать площади конструктивных и технологических элементов проектируемого сооружения. Применительно к секции крупной бетонной плотины это означает (см. п.1.6), что квазиоднородный элемент с максимальным (из трех) линейным размером менее 10 м может не выделяться, а значит может быть объединен с соседними.

3.3. В процессе инженерно-геологических изысканий рекомендуется производить постадийно уточняемое районирование изучаемой территории, выделение границ квазиоднородных элементов - блоков и зон последовательно уменьшающегося объема, а именно: структурно-тектонических, структурно-петрологических и инженерно-геологических.

Границами СТБ будут служить плоскости СТЗ, представляющие собой глубинные разломы II-I порядков, значительная часть которых может оказаться сейсмогенной с повышенной вероятностью проявления современных дифференциальных тектонических движений, вызывающих землетрясения и сопровождающихся остаточными деформациями пород. СТБ обычно имеют крупные линейные и площадные размеры, так как глубинные разломы находятся на сравнительно больших расстояниях друг от друга (десятки-сотни километров). Они могут быть сложены одним или несколькими генетическими типами и разновидностями пород различного состава и структурно-текстурных особенностей, причем в пределах СТБ могут находиться тектонические нарушения III-VI порядков и системные трещины VII-IX порядков.

Структурно-тектоническое районирование следует рассматривать как один из важнейших этапов предстадийного проектирования, особенно в районах с повышенной сейсмической активностью. Этот этап позволяет при разработке схем каскада гидроузлов избежать размещения участков гидростроительства в опасной близости от сейсмогенных разломов I-II порядков. Обычно крупные размеры СТБ позволяют найти на их площади участки, достаточные для размещения всех основных сооружений гидроузлов разного назначения, не приближаясь к ограничивающим их разломам I-II порядков. При выборе участков створов следует учитывать также состав, строение и состояние пород структурно-петрологических блоков и зон, из которых состоят СТБ и СТЗ.

Границами СПБ являются зоны тектонических разрывных нарушений V-IV порядков, стратиграфические и литолого-петрологические контакты, протяженные трещины гравитационного происхождения и др. СПБ и СПЗ должны быть квазиоднородными по генезису, возрасту, литолого-петрологическому составу, структуре и текстуре пород.

Границами инженерно-геологических блоков как частей СПБ является ИГЗ - границы подзон А, Б, В, Г различной степени выветривания и разгрузки естественного напряженного состояния. ИГБ квазиоднородны по составу, строению и состоянию.

3.4. Зонально-блочное строение скальных массивов связано с различиями в условиях формирования, развития и разрушения скальных пород во времени и пространстве, подчиненных ряду закономерностей, для выявления которых необходимо изучение следующих факторов, определяющих современные инженерно-геологические особенности оснований:

а) минеральный состав, структура и текстура пород, влияющие на анизотропию, характеристики свойств и способность к делимости;

б) характер сингенетических и постгенетических тектонических напряжений и деформаций, определяющих видоизменение в составе, структуре, текстуре пород, а также их трещиноватость и условия залегания;

в) физико-механические свойства пород как материала, от которых зависит характер тектонических деформаций массива, избирательность дезинтеграции под влиянием выветривания и разгрузки и т.д.

Перечисленные факторы должны анализироваться на основе данных полевых и лабораторных исследований пород изучаемого основания, систематизироваться и подвергаться статистической обработке отдельно для каждого типа квазиоднородного инженерно-геологического объемного элемента. Для получения таких данных требуются: целенаправленное инженерно-геологическое опробование; использование наземных и каротажных геофизических методов разведки; специальное количественное изучение трещиноватости и блочности массива; определение геомеханических и фильтрационных характеристик прямыми и косвенными методами.

3.5. Необходимо соблюдать следующие стадийность и целенаправленность инженерно-геологического районирования массивов как оснований крупных инженерных сооружений:

- Структурно-тектоническое районирование геологического региона должно производиться с целью выявления общей структуры района проектируемого гидроузла, включая оценку сейсмогенных разломов II-I порядков и выбор структурно-тектонического блока, в контуре которого имеются оптимальные условия для размещения гидроузла. Задача решается методами структурной геологии путем анализа карт государственной геологической съемки разного масштаба (1:1000000-1:50000), дешифрования материалов космической и аэрофотосъемки, аэромагнитной съемки, дополненных инженерно-геологической съемкой масштаба 1:25000-1:10000 и поверочными маршрутами на территории намеченных вариантов участка гидроузла.

- Структурно-петрологическое районирование скального массива участка гидроузла должно производиться с целью выявления и уточнения расположения зон относительного ослабления в виде: слоев и пакетов пород пониженной прочности (СПЗ первого рода); тектонических нарушений IV-VI порядков (СПЗ второго рода); стратиграфических и литолого-петрологических контактов; зон учащенной мелкой трещиноватости различного генезиса. Задача решается методами структурной и инженерной геологии, применением геофизических методов в сочетании с геолого-съемочными, горно-буровыми, опытно-фильтрационными работами, инженерно-геологическим опробованием разреза пород, а также лабораторным изучением образцов пород.

- Инженерно-геологическое районирование массива на участке гидроузла производится с целью выявления границ подзон А, Б, В, Г внутри СПБ и СПЗ. Задача решается применением наземных и каротажных геофизических методов, анализом данных горно-буровых работ, а также из эмпирических графиков связи , , , , и т.д. с заглублением в массив (раздельно для СПБ и СПЗ).

3.6. Следует иметь в виду, что по количеству выделяемых квазиоднородных объемных элементов массива ГСМ - наиболее детальная в сравнении с другими моделями, входящими в понятие "инженерно-геологическая модель". Это объясняется, во-первых, тем, что ГСМ является исходной для построения всех специализированных моделей, а значит содержит детали, необходимые каждой из этих моделей. Во-вторых, критерии выделения квазиоднородных элементов на специализированных моделях позволяют объединять несколько элементов, показанных на ГСМ. Например, критериями выделения квазиоднородных элементов на специализированных моделях служат:

- на моделях деформационных и прочностных свойств - отличие характеристик в соседних элементах более чем на 25%;

- на фильтрационной модели - отличие характеристик водопроницаемости в соседних элементах на 0,5-1 порядок;

- на геофизической модели - отличие характеристик скорости волн в элементах (сечение изотах) составляет 0,5-1 км/с.

Составление ГСМ и переход от нее к моделям различных свойств основания возможны на базе структурно-петрологических, геомеханических, геофизических и гидрогеологических исследований, а также выявления парных корреляционных связей между тремя группами характеристик:

- показателями трещиноватости, пористости, блочности;

- геофизическими характеристиками (скорость упругих волн, относительное электрическое сопротивление и др.);