Мосин К.Ю. Инженерная геология. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 3.6. Элементы складки.

В общем случае различают два типа складок (см. рис. 3.7):

обращенные выпуклостью вверх – антиклинальные складки

(антиклиналь), и обращенные выпуклостью вниз – синклинальные

складки (синклиналь).

а) б)

Рис. 3.7. Складки: а) – антиклинальная; б) – синклинальная;

1 – крылья складки; 2 – замок (шарнир) складки; 3 – ядро складки.

Всякая складка в плане имеет замкнутый контур слагающих ее

пластов. Если верхняя часть антиклинальной складки в результате

воздействия атмосферных явлений и поверхностных вод окажется

размытой, выходы пластов на поверхности земли будут выглядеть

концентрическими эллипсами различной величины. Центральная часть

будет представлять ядро складки, сложенное более древними

породами, а периферическая часть – крылья складки, сложенные более

молодыми породами (см. рис. 3.8). Синклинальная складка в плане

будет выглядеть так же, только в ядре будут более молодые породы, а

на крыльях – более древние.

Рис. 3.8. Антиклинальная складка. а) – в плане; б) – в разрезе по линии 1 – 2;

D – отложения девонской системы; С – отложения каменноугольной

системы.

На рисунке 3.9 представлена антиклинальная складка в

известняках мелового возраста.

Рис. 3.9. Антиклинальная складка.

Существует множество различных форм складок (см. рис. 3.10).

По положению их осевой плоскости различают складки прямые, косые,

лежачие и перевернутые, а также – флексуры, у которых одно крыло в

вертикальном положении (промежуточная форма между косой

складкой и опрокинутой).

Складки также различаются по размерам: от микронарушений в

виде плойчатости (размером от нескольких миллиметров до

нескольких метров) в осадочных или метаморфических породах, до

громадных сводовых поднятий или депрессий, размерами в десятки и

сотни километров. Обычный размер складок – от сотен до тысяч

метров.

Рис. 3.10. Формы складок: а - прямая пологая; б -

остроугольная (прямая); в - сундучная; г - веерообразная; д -

косая; е - флексура; ж - опрокинутая; з - лежачая.

Глава 4. Разрывные нарушения (дизъюнктивные

дислокации)

§ 1. Трещиноватость горных пород

Самой простой и распространенной формой разрывного

нарушения является трещина. В природе не существует горных пород,

лишенных трещин. Форма, размеры, величина раскрытия,

ориентировка, частота трещин зависят от характера горной породы и

внешних условий. Трещиноватость обязательно учитывается при

оценке условий района работ перед строительством.

В большинстве случаев трещины в массиве горных пород

образуют некоторую систему, не лишенную закономерности.

Трещины, как правило, имеют ограниченное протяжение.

Однако, нередко тектонические явления приводят к мощным разломам

земной коры, вызывающим ее расчленение на блоки огромных

размеров. Так возникают линии тектонических разломов

протяженностью в десятки и сотни километров. Тектонические

разломы сопровождаются обрамляющей их зоной дробления пород,

шириной в десятки и сотни метров. Зоны дробления характеризуются

исключительно сильным и весьма сложным, часто бессистемным

проявлением трещиноватости.

По степени раскрытия трещины варьируют от сомкнутых или с

волосным раскрытием, до раскрытия в десятки сантиметров и более

метра.

По характеру заполнения трещины подразделяются на зияющие

и выполненные теми или иными продуктами разрушения пород или

солями.

Трещиноватость – весьма важное свойство скальных пород.

Большинство пород в монолите практически водонепроницаемы, но

при наличии сети трещин толща теряет свою монолитность и

приобретает повышенную водопроницаемость.

Расчленение толщи пород трещинами на отдельные блоки

понижает ее устойчивость, а также устойчивость возводимых

сооружений. В подобных условиях на склонах возникает опасность

обвалов и оползней. Проходка тоннелей и других подземных

выработок (например, подземных ГЭС) в породах повышенной

трещиноватости должна производиться с особой осторожностью и с

использованием мощного крепления. Наличие в породах пластовых

трещин неизбежно понижает прочность основания и устойчивость

сооружения на сдвиг. Сильная пластовая трещиноватость толщи

снижает ее несущую способность и требует ограничения величины

нагрузок на основание сооружений.

Генетическая классификация трещин и их характеристика

приведены в таблице 3.1.

Согласно классификации, трещины в горных породах

подразделяются на три класса: трещины формирования (отдельности и

усадочные); трещины деформации и трещины выветривания.

Таблица 3.1.

Генетическая классификация трещин

Трещины

формирования

(отдельности и

усадочные)

Трещины деформации

Трещины выветривания

Трещины остывания

Трещины усадки

Трещины тектонические

Трещины

псевдотектониче

ские

Физического

Хими-

ческого

Биологиче

ского

Трещины первичной отдельности в магматических породах

Трещины первичной отдельности в карбонатных породах

(известняках и доломитах)

Трещины разлома

Трещины растяжения в складках

Трещины раздробления

Трещины раскола

Сейсмотрещины

Трещины отпора (закола) в бортах долин

Трещины оползания

Температурные трещины

Трещины разложения

Трещины выщелачивания

Трещины бактериального разложения

Корневые трещины

К трещинам формирования, в первую очередь, относятся

контракционные трещины (трещины остывания) в массивах

магматических пород, которые связаны с остыванием магматического

расплава. Эти трещины возникают и распространяются параллельно и

перпендикулярно остывающим поверхностям магматического тела.

Таким образом, возникает, например, параллелепипедальная

отдельность в гранитах, при этом, если в процессе остывания

присутствовало давление, формируется матрацевидная отдельность.

Для эффузивных горных пород (базальтов, диабазов) характерна

столбчатая отдельность, а также шаровидная отдельность,

механизм образования которой пока еще не совсем ясен.

В осадочных скальных породах трещины отдельности

совпадают со слоистостью породы, образуя трещины напластования.

Перпендикулярно к ним образуются трещины усадки (при высыхании

первичного осадка). В результате образуется плитчатая отдельность,

характерная для известняков и доломитов.

Трещины деформации делятся на тектонические и

псевдотектонические.

Тектонические трещины. При тектонических движениях

складчатого или разрывного характера образуется система трещин,

закономерно связанных между собой: основное направление

тектонической трещиноватости совпадает с направлением

тектонических структур (складок, разломов). Для тектонической

трещиноватости также характерна большая глубина ее

распространения, особенно в местах крупных разломов земной коры и

в сводах крупных складок.

Вдоль линий крупных разломов, в зонах наибольших

растягивающих напряжений, в местах перегибов пластов

трещиноватость оказывается наиболее интенсивной и приводит к

раздроблению породы. Ширина зон дробления зависит от многих

факторов и может достигать многих сотен метров.

Псевдотектонические трещины. В первую очередь к этой

группе относятся трещины отпора в бортах долин, сложенных

скальными породами. Трещины бортового отпора ориентированы

вдоль бортов долин. Характерной особенностью этих трещин является

их избирательность: наиболее четко они выражаются в карбонатных

породах (известняках, доломитах) по сравнению с другими

осадочными и магматическими породами.

Если в породе уже существует интенсивная тектоническая или

какая-либо другая трещиноватость, образование трещин бортового

отпора значительно ослабляется: существующая трещиноватость как

бы «гасит» процесс их образования.

Трещины выветривания. В скальных породах трещины

выветривания накладываются на уже существующую трещиноватость

(тектоническую или отдельности). В отличие от тектонических,

трещины выветривания развиваются на сравнительно небольшую

глубину и, как правило, не имеют закономерности в направлении. При

строительстве на скальных основаниях, зона развития трещин

выветривания (зона повышенной поверхностной трещиноватости), как

правило, удаляется.

§ 2. Геометрические элементы тектонических разрывов

Принято различать разрывные нарушения без смещения и со

смещением.

Тектонические разрывы всегда происходят со смещением и

представляют собой разрывы сплошности горной породы, т.е.

трещины, по которым один блок сместился относительно другого. На

рис.3.11 поверхность разрыва ff называется сместителем или

сбрасывателем. Блок, относительно опущенный, I – называется

опущенным крылом; II – поднятым крылом. Различаются также

лежачее и висячее крылья: они определяются тем, что сместитель

перекрывает лежачее крыло I и подстилает висячее крыло II.

Расстояние, на которое крылья переместились относительно друг

друга, называется амплитудой смещения.

Амплитуда смещения крыльев измеряется по-разному. На рис.

3.11 а

– истинная амплитуда; а

- вертикальная амплитуда; а

–

горизонтальная амплитуда; а

– стратиграфическая амплитуда

(измеряется по нормали к поверхности разорванного пласта).

Рис. 3.11. Геометрические элементы тектонического разрыва.

Положение сместителя однозначно определяется с помощью

линии падения, для которой измеряются азимут и угол падения.

Среди множества различных форм тектонических разрывов

можно выделить основные: сброс, надвиг, сдвиг и глубинный разлом.

Сброс – тектонический разрыв, при котором лежачее крыло

поднято, а висячее – опущено. Сместитель падает в сторону

опущенного крыла (см. рис. 3.12).

Рис. 3.12. Тектонические разрывы: а – сброс; б – надвиг.

Крупные сбросы, например, оконтуривают такие тектонические

депрессии, как впадины оз. Байкал, оз. Телецкое на Алтае, Красного

моря. Депрессии, ограниченные сбросами, падающими навстречу

друг другу, носят название грабенов (от нем. Graben – канава).

Впадины Байкала и Красного моря, долина Рейна (Германия)

представляют собой грабены. Поднятие, ограниченное сбросами,

называется горстом (см. рис.3.13).

Рис. 3.13. Структуры, созданные сочетанием тектонических разрывов:

а – грабен; б – горст; в – рамп; г – горст, ограниченный надвигами;

д – ступенчатые сбросы.

Надвиг – тектонический разрыв, при котором лежачее крыло

опущено, а висячее – поднято. Сместитель падает в сторону поднятого

крыла; угол падения, чаще всего, заключается в пределах от 50 до 80°.

Надвиги, обладающими очень крутыми сместителями (70-90°),

называются взбросами.

Тектоническая депрессия, заключенная между двумя надвигами,

падающими в стороны от депрессии, именуется рампом (рис.3.14).

Рис. 3.14. Небольшой сброс в толще песчаников и сланцев.

Глубинные разломы – очень крупные разломы земной коры,

длиной в сотни и тысячи километров и глубиной в десятки и сотни

километров (на всю мощность земной коры). Глубинные разломы

существуют очень долго, десятки и сотни миллионов лет, на

протяжении которых, они сохраняют свою активность.

Сдвиг – тектонический разрыв с перемещением крыльев в

горизонтальном направлении, вдоль простирания сбрасывателя, без

заметных признаков перемещения в вертикальном направлении. Сдвиг,

как правило, обладает крутым или вертикальным сместителем.

В природе не так много «чистых» сдвигов сбросов, взбросов; в

большинстве случаев при тектоническом разрыве происходит

смещение блоков, как в вертикальном, так и в горизонтальном

направлении. При этом образуются сбросо – сдвиги или взбросо –

сдвиги. На рис. 3.15 изображен типичный сбросо – сдвиг. Здесь полная

амплитуда смещения это расстояние от точки а до точки в, а

вертикальные и горизонтальные амплитуды следует определять в двух

плоскостях: сброса и сдвига.