П 55-90 (ВНИИГ) Методика составления геоструктурных схем (моделей) скальных массивов в основаниях гидросооружений. Пособие к СНиП 2.02.02-85
Скальные массивы как расчлененная трещинами
среда зонально-блочного строения
Под скальным массивом понимают приповерхностную часть Земной Коры, сложенную прочными (
>5 МПа) изверженными, метаморфическими и осадочными породами. Скальный массив обладает определенными внутренней структурой, составом, состоянием пород и конкретными характеристиками свойств.
Скальным массивам присуща различная трещиноватость, являющаяся результатом длительной истории их формирования, развития и разрушения, этапы которой нередко повторялись во времени.
Выделяют следующие этапы истории каждой из образующих массив породы:
- сингенетический, охватывающий период ее формирования;
- постгенетический, охватывающий дальнейшую историю ее видоизменений под влиянием тектогенеза и метаморфизма, которые являются определенными подэтапами формирования массива;
- экзогипергенетический - период дезинтеграции пород под влиянием процессов: разгрузки естественных напряжений, выветривания и денудации.
Трещиноватость любого скального массива включает системы трещин* различного генезиса (табл.1-1), возраста, размеров и ориентации; она развивается во времени, подчиняясь следующим закономерностям:
- образование и развитие почти всех типов трещин происходит в условиях переменных по интенсивности и направлению тектонических напряжений, повторяющихся во времени, поэтому тектоническая трещиноватость играет доминирующую роль; напряженно-деформированное состояние определяет форму, размер и ориентацию ЭПБ (рис.1-1, 1-2);
- ориентация трещин последующей генерации в значительной степени наследует и использует ориентацию предыдущих генераций;
- ориентация серий параллельных друг другу плоскостей тектонических разрывных смещений и трещин разных порядков имеет системный характер;
- ориентация серий тектонических разрывных смещений и мелких трещин в пространстве совпадает или очень близка друг к другу;
- каждая трещина нарушает сплошность скальной породы и представляет собой зону относительного ослабления, способствующую изменению ее напряженного состояния и проявлению процессов выветривания.
________________
* Система трещин - совокупность генетически однородных трещин, свойственная какой-либо тектонической структуре или определенной ее части и обладающая одинаковыми или близкими элементами залегания. Трещины относят к одной системе, если они имеют азимуты и углы падения, отклоняющиеся от среднего значения не более чем на 10°.
Таблица 1-1
Генетическая классификация трещин горных пород
Генетические типы и разновидности трещин | Характерные признаки | Преобладающая ориентация плоскостей тектонических разрывных смещений и трещин | Характер объемных напряжений |
СИНГЕНЕТИЧЕСКИЕ |
| ||
I. Прототектонические | Ориентация трещин подчинена осям эллипсоида тектонических напряжений и кристаллизационной слоистости; | Тектонические, температурные, молекулярные и гравитационные напряжения | |
а) трещины в породах интрузий | Расположение трещин связано с кристаллизационной слоистостью | продольные - в плоскости кристаллизационной слоистости; | |
б) зоны дробления - сингенетические тектонические разрывные смещения в процессе кристаллизации магмы при интрузии | Зоны учащенной трещиноватости типа кливажа | поперечные - нормально к кристаллизационной слоистости; | То же |
II. Контракционные в эффузивных породах (лавах) | Характерны отдельности: столбчатая в наземных, шаровая в подводных излияниях | Столбчатая - вертикальная, агломератная по уклону ложа и течения лавы | Молекулярные, гравитационные и температурные напряжения |
III. Петрогенетические в эксплозивных породах (пеплах, туфах) | Сочетание с излияниями лав. Примеси терригенного материала | Беспорядочная или с выраженным напластованием и закономерной мелкой трещиноватостью | То же |
IV. Литогенетические в осадочных- карбонатных и терригенных породах | Слоистые породы. Мелкие трещины в пластах ограничены трещинами напластования, частота зависит от прочности и мощности слоев | Скалывание по напластованию, нормально пластам-отрыва и частично скалывания. Ориентация зависит от элементов залегания толщи пород | Молекулярные, гравитационные и тектонические напряжения в процессе накопления и диагенеза |
ПОСТГЕНЕТИЧЕСКИЕ | |||
Va. Тектонические разрывные смещения I-V порядков во всех породах; глубинные, соскладчатые и последующих циклов тектогенеза. Подзоны строения тектонических разрывных смещений: сбрасыватель, разлинзования, оперения | Взбросы - скалывание;
| Ориентация тектонических разрывов подчинена осям эллипсоида тектонических напряжений и взаимосвязана с осями складок и строением толщи. Приразрывные трещины скалывания и отрыва в подзонах разрывов | Периодическое усиление тектонических напряжений и тепловых потоков по циклам тектогенеза |
Vб. Тектонические мелкие трещины VI-IX порядков, локализованные в пластах |
| То же. Частота развития мелких трещин связана с прочностью пород и мощностью пластов | То же |
НАЛОЖЕННЫЕ | |||
VIa. Разгрузки гравитационные и выветривания Загиба пластов Отслаивания Бортового отрыва Отседания Осовов Оползней Выветривания Температурные | Физико-химические изменения минерального состава, дезинтеграция пород (на склонах, на поверхности, вдоль склонов, ограничены базисом эрозии) | Развиваются преимущественно по трещинам всех порядков и генетических типов в зависимости от климатических и геоморфологических условий и энергии рельефа | Разгрузка естественных напряжений, гравитационные напряжения, выветривание пород |
VIб. Сейсмогенные При землетрясениях | Остаточные деформации и смещения пород на дневной поверхности | Связаны с ориентацией глубинных разломов I-III порядков | Сотрясения, разрывы и смещения пород при землетрясениях |
VII. Техногенные При взрывных работах | Трещины вокруг пунктов закладки зарядов взрывчатых веществ | Преимущественно радиальные трещины разрыва и раскрытие остальных типов трещин | Сотрясение и разрыв пород при взрывах |
|
Рис.1-1. Схемы расположения трещин отрыва и скалывания при различных видах нагрузок (по Я.Б.Фридману [78])
|
Рис.1-2. Образование трещин при сдвиге (схема напряжений)
а - расположение главных осей растяжения + и сжатия -
; б - направление максимальных
касательных напряжений и трещин отрыва (толстая диагональ). Толстые сплошные стрелки -
пара активных внешних сил; тонкие штрихпунктирные - пара реактивных сил, удерживающих
тело от вращения. Малые стрелки внутри фигуры - направление напряжений и смещений.