Инженерно-геологическое изучение массивов трещиноватых пород

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ

 

 

Кафедра гидрогеологии ,инженерной геологии и геоэкологии

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине

 

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДИНАМИКА

 

на тему:

 

«Инженерно-геологическое изучение массивов трещиноватых пород»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                             Руководитель: Абатурова И.В.

                       

                                                                                      Студент: Бучина Ю.А

                                                                           

                                                                              Группа: ГИГ-10

 

 

 

 

Екатеринбург 2014

Содержание.

 

Введение…………………………………………………………………………………….........3

Глава1.Основные понятия связанные с трещиноватостью…………………………................4

Глава 2. Трещиноватость и механические свойства массива горных пород...........................7

Влияние трещиноватости на изменение физико-механических свойств горных пород на примере месторождения Нойон-Тологой……………………………………............................9

Полевые экспериментальные определения свойств массива и модель трещиноватости….13

Методика количественной оценки трещиноватости массивов горных пород……………..14

Графические методы оценки трещиноватости массивов горных пород…………………....17

Глава 3. Основы методики изучения трещиноватости массивов горных пород для инженерно-геологических целей………………………………………………………………18

Изучение трещиноватости на обнажениях……………………………………………………20

Камеральная обработка………………………………………………………………………...23

Изучение трещиноватости в горных выработках…………………………………………….24

Заключение……………………………………………………………………………………...25

Список литературы……………………………………………………………………………..26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Трещиноватость массивов горных пород является одним из главных факторов при их инженерно-геологическом изучении. Она свойственна твердым -скальным и относительно твердым -полускальным породам, обладающим жесткими кристаллизационными связями между минеральными частицами. Трещиноватость наряду с другими параметрами тектонического строения характеризует структуру массива, его пространственную неоднородность и анизотропию свойств.

 

При изучении трещиноватости массивов горных пород особое внимание уделяют пространственному расположению и морфологии трещин, а так же количественной оценке. Количественная оценка помогает в построении различных расчетных моделей устойчивости откосов скальных пород. Оценки устойчивости в значительной мере зависят от параметров сопротивления сдвигу по трещинам, наилучшим способом определения которых следует считать обратный расчет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Основные понятия связанные с трещиноватостью.

 

Трещина-это разрыв сплошности горных пород, перемещение по которому либо отсутствует, либо имеет незначительную величину. В инженерной геологии трещины рассматриваются , как плоские, не имеющие объема границы между блоками, либо как плоские геологические тела, толщина которых ничтожна по сравнению с длиной и шириной. Внутреннее пространство трещины может быть заполнено газом или жидкостью- это открытые трещины. Если между стенками трещины находятся песчаные, крупнообломочные, пылеватые или глинистые отложения, то ее называют заполненной. При наличии в трещине прочного минерального заполнителя типа кальцита, халцедона, кварца, трещина относится к залеченным.

 

 Трещины образуются при действии на породу сил, превышающих предел прочности породы. Эти силы возникают в результате различных эндогенных, экзогенных и антропогенных процессов и могут быть как внешними для породы (тектонические, гравитационные и др. силы), так и внутренними, возникающими при изменении температуры, влажности и плотности породы.

 

 Трещиноватость- это совокупность всех трещин, совместно развитых в конкретном объеме горной породы. Система трещин- это совокупность трещин, совместно развитых в конкретном объеме породы и имеющих близкую пространственную ориентировку. Как правило, бывает развито сразу несколько систем трещин. Но встречаются массивы горных пород с одной системой трещин или бессистемной (хаотичной) трещиноватостью.

 

Существуют различные классификации трещин: геометрические, генетические и специальные. Все они характеризуют трещины с различных точек зрения и потому не исключают, а дополняют друг друга:

а) По степени открытости и проявленности различают скрытые (микротрещины, не видимые невооруженным глазом и обнаруживающиеся лишь при раскалывании породы, которая ломается по этим трещинам), закрытые (хорошо заметные, но с плотно прижатыми стенками) и открытые (обладающие некоторой полостью) трещины.

б) По размерам выделяют малые или внутрипластовые трещины, когда они не выходят за пределы одного пласта, и большие трещины, секущие несколько пластов; абсолютная длина большинства трещин - метры и десятки метров, но она может колебаться от миллиметров до сотен метров.

в) По форме выделяют прямые, дуговидные, кольцевые, изломанные трещины с гладкими или неровными краями.

г) Угол падения трещин может изменяться от 0° до 90°. По углу падения выделяют горизонтальные (0-5°), пологие (5-20°), слабонаклонные (20-45°), крутые (45-80°). вертикальные (80-90°).

д) По отношению к залеганию слоев трещины могут быть продольными (параллельные простиранию породы), поперечные (рассекающие породу в направлении падения), косые (рассекающие породу в любом промежуточном направлении), согласные (следующие параллельно слоистости и сланцеватости)

е) По отношению к оруденению выделяют дорудные. внутрирудные и послерудные трещины.

ж) По характеру действия сил. приведших к возникновению тектонических трещин, все трещины горных пород, независимо от источника сил. делятся на трещины отрыва и трещины скалывания.

 

Трещины отрыва (раскола) образуются в плоскости, параллельной сжимающим силам и перпендикулярной растягивающим силам, когда величина последних превышает предел прочности породы на отрыв (рис.1.1. см. приложение). В момент образования эти трещины открыты. Вдоль стенок трещин отрыва наблюдаются только небольшие смешения, т.к. перемещение в породе направлено перпендикулярно к стенкам трещины (рис. 1.2).

Размеры трещин отрыва колеблются в широких пределах - от микроскопических (не видимых глазом) до нескольких десятков и сотен метров в длину, при ширине открытия от мм до м.

Морфологические признаки трещин отрыва. Трещины отрыва легко отличаются от трещин скалывания по изогнутой, непрямолинейной форме. Стенки их неровные, шероховатые, рваные. Ориентировка трещин отрыва зависит от физико-механических свойств пород: эти трещины обычно огибают участки более твердых пород (например, гальку в конгломерате (рис.1.3). часто меняют ориентировку при переходе из одного вида породы в другой или совсем затухают. По простиранию и падению трещины отрыва быстро выклиниваются. Жилы, приуроченные к трещинам отрыва, имеют неправильную форму с раздувами и пережимами.

 

Отдельность - это характерная форма блоков (глыб, кусков) горной породы, образующаяся при раскалывании породы. Размеры блоков различны - от нескольких сантиметров до сотен метров в поперечнике. Отдельность обусловлена наличием пересекающихся систем трещин. Поэтому вид отдельности и размеры блоков пород определяются ориентировкой, интенсивностью и частотой систем трещин. В осадочных породах и. в частности, в угленосных толщах распространены кубическая, параллелепипедальная, плитчатая, призматическая, сферическая, чешуйчатая отдельности.

 

Сети трещин определяются рядом параметров. Параметрами называются величины, характеризующие различные элементарные свойства трещиноватости конкретцых пород в конкретных геологических условиях. К числу основных параметров пространственной сети трещин относятся:

1)Густота трещин тон или иной системы, выражающаяся расстоянием между соседними трещинами этой системы (см).

2)Ширина трещин (Даж-н).

3)Протяженность трещин в плоскости обнажения (I см).

4)Угол падения плоскости трещин (f°).

5)Азимут падения плоскости трещин (а0).

 

Для приближенной количественной характеристики трещиноватости пород предложены несколько прямых и косвенных показателей. В зависимости от характера пород и детальности исследований применяются следующие показатели: 

1)модуль трещиноватости – количество трещин на 1м разреза пород в штольне, по скважине и в обнажении; 

2)коэффициент трещинной пустотности (Нейштадт) – отношение в процентах общей площади (или объема) трещин к площади изученной поверхности (объема) породы.

В зависимости от величины коэффициента трещинной пустотности породы разделяются на:

• слаботрещиноватые (<2%),
• среднетрещиноватые (2-5%),
• сильнотрещиноватые (5-10%),
• весьма сильнотрещиноватые (>10%);

3)коэффициент трещинной блочности – отношение объема среднего элементарного блока порды к объему 1м3.

 

Косвенными показателями трещиноватости массива являются:

1)процент выхода керна при колонковом бурении, при соблюдении постоянного режима; 

2)величины удельных водопоглащений, воздухопоглащений и удельных водопритоков в скважинах, получаемые при опытных поинтервальных нагнетаниях и откачках;

3) динамический модуль упругости и скорость продольных упругих волн, характеризующие различную трещиноватость пород, получаемые за счет сейсмоультразвукового каротажа в скважинах, штольнях и на обнажениях.

 

О трещинах говорят, что они принадлежат к одному морфологическому типу,если эти трещины обладают сходным обликом. Трещины одного морфологического типа могут делиться на несколько различно ориентированных систем, реже одна система может включать трещины разных морфологических типов. Трещины принадлежат к одному генетическому типу, если эти трещины сформировались под действием одних и тех же геологических причин.

 

Трещиноватость массива не является простой совокупностью структурных блоков, соединенных определенным образом. Трещиноватый массив – это механическая система из первичных элементов-структурных блоков, объединенных связями так, что они, работая в системе, придают ей новые механические свойства, при этом элементам системы присущи некоторые общие свойства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Трещиноватость и механические свойства массива горных пород.

 

При нагружении массива горных пород, разбитого трещинами, деформация, а затем и разрушение протекают при активном участии трещин. Порода в монолите блока и в зоне трещин в процессе деформации и разрушения ведет себя совершенно по-разному. Специфично характерное лишь для трещиноватых массивов поведение их под нагрузкой. Монолитная порода деформируется за счет изменения межузельных расстояний в решетке слагающих ее кристаллов. Понятно, что при тех давлениях на породу, которые интересуют инженера геолога, эта деформация не может быть значительна. В зоне трещин деформация происходит за счет сближения или отдаления стенок трещин. Стенки всегда шероховаты, соприкасаются между собой лишь по незначительной части поверхности. При сжатии породы в точках контакта стенок развиваются напряжения, на несколько порядков превышающие напряжения внутри монолитных блоков. В отдельных точках контакта порода разрушается, в других происходит значительное сжатие. Поэтому относительная деформация породы в точках соприкосновения стенок и в зоне трещины в целом на несколько порядков превышает относительную деформацию породы внутри блоков.

Из опытов Б. Д. Зеленского (1961) следует, что при напряжении о = 10 кГ/см2 относительное сокращение породы в образце песчаника было в 100—200 раз меньше, чем относительное сокращение зоны трещины и непосредственно прилежащей к ней части образца.

С ростом нагрузки увеличивается площадь поверхности контакта стенок трещин. В пределе стенки стремятся к полному смыканию. Соответственно снижаются напряжения на контакте стенок и уменьшается приращение относительной деформации породы в зоне трещины. Оно стремится к приращению относительной деформации во внутренней части блока. Иными словами, с ростом нагрузки модуль деформации горной породы, разбитой трещинами, возрастает, приближаясь к модулю упругости минерального вещества породы. Непостоянство модуля деформации создает, естественно, большие трудности на пути оценки деформируемости массива в целом. Модуль деформации может быть принят постоянным лишь в определенном интервале давлений на породу. Например, для сланцев, на которых строится Кампыр-Раватская плотина, модуль деформации можно считать постоянным в интервале давлений от некоторого порога Ps до 40 кГ/см2 (Ukhov, Tsytovich, 1966). При давлениях, меньших Ps, по С. Б. Ухову и Н. А. Цитовичу, массив под штампом практически не деформируется.