Однородность и изотропность. В образце свойства пород обусловлены межминеральными связями, минералогическим составом, структурой, текстурой и микротрещиноватостью. При этом фактические свойства пород в большей степени зависят от гипергенных и гидротермальных изменений. Структура пород или строение породы в образце характеризуется минеральным скелетом породы, их пустотностью и межзерновыми связями.
Характер и степень структурной неоднородности пород в массиве, относительное расположение и распределение определяются текстурой пород. Если минералогический состав и структура пород onределяют механические свойства, то текстура обусловливает степень изотропности или анизотропности породы.
Текстура пород активно участвует в формировании массива пород, поскольку текстурные единицы: слои, линзы, флюиды, шаровые и брекчиевидные образования, сланцеватость, полосчатость, гнейсовидность и др. существенно превышают размеры образца. Интрузивные и грубослоистые осадочные породы характеризуются большой изотропностью механических свойств. Слоистые осадочные породы, сланцеватые метаморфические и флюидальные вулканические породы анизотропны, причем прочность вкрест текстур пород превышает прочность вдоль текстур. Текстура оценивается натурными измерениями микротрещин в массиве.
Строение массива определяется его расположением в земной коре, возрастом, тектоникой, этажностью и ярусностью массивов. По классификации П. Н. Панюкова выделяются типы месторождений по положению в структурах земной коры, подтипы - по возрасту, группы и подгруппы - по положению в структурах или этажах, классы - по формационной принадлежности пород, подклассы - по типу геологических ярусов и семейства- по генезису месторождений.
По типу тектонической структуры массивы подразделяются на: ненарушенные, слабонарушенные, с развитой разломной тектоникой, осложненной инженерно-геологической ситуацией или без нее.
Структурные элементы массива: петрогенетические, петротектонические и экзогенные - по отношению к размерам массива разделяются на три разновидности: значительно более крупные, соизмеримые, значительно более мелкие.
Разрывные структурные элементы определяются принадлежностью к указанным разновидностям. Выделяются классы структур -разломы и трещины, подклассы - крупные, средние и мелкие разломы, крупные и мелкие макротрещины, а также микротрещины.
Количественные размеры структур изменяются в пределах: разломы имеют зоны мощностью от 0,3 до десятков метров и протяженность от сотен метров до первых десятков километров; крупные макротрещины - ширину от 0,5 до первых сантиметров и протяженность от 0,5 до первых десятков метров; мелкие трещины -ширину, равную миллиметрам, и длину - первым метрам; микротрещины - ширину менее 0,15 мм и протяженность - первые сантиметры.
Разрывные нарушения образуют в массиве блоки: тектонические, структурные, элементарные и микроблоки. Взаимодействие блоков определяет анизотропию массива.
Свойства массива отличаются от свойств пород, его слагающих, по причинам:
неодинаковых условий испытаний в лаборатории и в массиве;
- неоднородности массива вследствие изменчивости свойств пород;
-структурной неоднородности массива.
Для определения свойств массива определяются:
- физико-механические свойства пород в образце;
- структурная блочность массива;
- физико-механические свойства пород, слагающих структурный блок.
Показателя структурной блочности. Это форма, размеры блока и характеристики механической прочности по граням. Крупные макротрещины образуют системы трещин с углами встречи до 90°, из которых, чаще всего, две системы крутопадающие трещины и одна -пологопадающая или горизонтальная. При большем количестве систем их объединяют в три группы.
Структурные блоки в массиве имеют вид параллелепипедов, кубов, призм и плит. При углах встречи наклонных и кругопадающих крупных макротрещин, значительно меньших 90°, структурные блоки имеют форму ромбов. По размерам структурных блоков массивы подразделяют: с очень мелкой блочностью - 0,01 - 1,0 м; с мелкой блоч-ностью - 1,0 — 2,0 м; со средней - 2,0 - 4,0 м; с крупной - 4,0 - 8,0 м; с очень крупной - 8,0 м.
Характеристиками механической прочности граней структурных блоков являются сцепление τтр и угол трения φктр (или коэффициент трения tgφтрк). Угол трения по поверхности ровных гладких трещин на 10-12° меньше угла внутреннего трения монолитных пород, по трещинам с зеркалами скольжения - снижается на 20-25°. Сцепление τтрк определяют в натурных условиях путем среза породных призм по крупным макротрещинам, искусственно оконтуриваемым в массиве и нагружаемым гидравлическими домкратами.
При неупорядоченном расположении материала свойства пород, как правило, сходны во всех направлениях. Такие породы отличаются высокой механической прочностью.
По мощности породы разделяются на тонкослоистые - менее 0,05 м, среднеслоистые - 0,1 - 0,5 м, грубослоистые - 0,5 - 2,0 м, толстослоистые — 2,0 - 5,0 м и массивные -более 5,0 м.
- 13-
Интенсивность развития трещин оценивают по модулю трещиноватости (М,тр) в плоскости, тр/1м2 Массивы разделяют на растрескавшиеся с Мтр более 30, сильнотрещиноватые с Мтр — 15-30, среднетрещиноватые с Мтр = 7-14, слаботрещиноватые с Мтр - 2-6 и квазимонолитные с Мтр менее 2.
Плотность пород с погрешностью 1-3,5% определяемся скважинным плотностным каротажем гамма - методом, основанным на различной степени поглощения и рассеяния радиоактивного гамма-излучения.
Натурные определения свойств пород внуфи структурного блока осуществляются прямыми и косвенными методами, которые основаны на;
- точечном нагружении пород в массиве пробниками-ннденторами;
- искусственном статическом и динамическом нагружении участков массива пород и фиксации деформаций при нагрузках или регистрации усилий, при которых происходит разрушение массива;
- проведении опытных горных работ с деформациями и разрушением частей массива;
- косвенной оценке прочности пород в массиве или их крепости через ослабленность пород в массиве.
Коэффициент ослабления пород рассчитывается по выходу керна разведочных или специальных скважин. Число и длина кусков керна, выбуриваемых с равных интервалов скважин, значительно меняются. Ко выявляет степень ослабленности пород в массиве от мактротрещин с учетом их интенсивности развития и выполненности материалом различной прочности. В остальных случаях причины дробления керна связаны с технологией бурения (таблица).
В зависимости от величины Ко массивы классифицируют на: неустойчивые при К0 менее 0,1, малоустойчивые при Ко ~ 0,1-0,2, среднеустойчивые при Ко = 0,2-0,4 и устойчивые при Ко более 0,4.