Зовнішні ознаки вивітрювання порід та їх опис.

Складні процеси вивітрювання завжди ведуть до більш-менш істотної зміни зовнішнього вигляду гірських порід. Кожний з агентів вивітрювання залишає свої сліди впливу, за якими можна відновити історію процесів, що протікали в породі. Тому опис гірських порід під час вивчення процесів повинен бути детальним і всебічним.

До найбільш важливих зовнішніх ознак вивітрювання можна віднести: 1) колір і відтінок породи, 2) ступінь і характер її подрібненості, 3) мінеральний склад і 4) механічну міцність.

Як уже говорилося, процеси вивітрювання призводять до глибоких змін у складі гірських порід і утворення нових мінералів. Всяка зміна мінерального складу породи позначається перш за все на її забарвленні. У вивітрілих порід забарвлення змінюється зовсім, або ж набуває нових відтінків, зовсім невластивих породі у невивітрілому стані.

Під час опису породи в першу чергу фіксується її загальне забарвлення у сухому та вологому стані; описується зміна кольору і відтінку з глибиною, починаючи від денної поверхні; відмічається приуроченість того чи іншого кольору і відтінку до окремих прошарків породи; вказується наявність плям, патьоків і крапкового забарвлення. Слід звернути увагу на забарвлення поверхні і внутрішніх частин породи (декілька зразків розбиваються і описується характер зміни кольору від поверхні до центру зразка). Для опису кольору породи необхідно розбти і оглянути не один, а два-три десятки (!) на перший погляд однакових зразків, щоб цей опис відповідав не випадковому зразку, а породі в цілому. Опис кольору необхідно супроводжувати зарисовками, фарбуючи їх відповідно природним кольорам, або фотографіями.

Ступінь подрібненості породи за рахунок вивітрювання можна оцінювати за такою залежністю (С.Д.Воронкевич):

К_в = Е_в – Е_н, (3.1)

де Е_в – коефіцієнт пористості вивітрілої породи;

Е_н – коефіцієнт пористості практично невивітрілої породи.

Під час опису виділяються зони вивітрювання. Основною ознакою їх виділення є розмір і форма уламків і блоків, на які розбита порода, а також характер тріщин, якими вона розбита. Тому під час вивчення ступеня подрібненості слід детально описувати як уламки, що складають породу, так і тріщини, які її розбивають, по можливості вказуючи їх генезис. Описуючи блоки, уламки і шматки, слід відмітити їх склад, розміри, форму, взаємне розташування.

Процеси вивітрювання найчастіше проявляються у викритті і розширенні вже існуючих у породі тріщин і в утворенні нових тріщин вивітрювання. Вивчення ступеня розкриття тріщин в результаті вивітрювання слід починати зі встановлення системи тріщинуватості, розмірів тріщин і характеру їх заповнення в незачеплених вивітрюванням породах, тому що у верхній частині розрізу ця система ускладнюється появою сітки тріщин вивітрювання.

Слід звернути увагу і нарозподіл у породі інших пустот (каверн, жеод, каналів, пор) та відзначити їх форму, характер, приуроченість до певного складу порід, включень, певних умов залягання.

Зміна мінерального складу породи в результаті вивітрювання проявляється перш за все у зміні складу алюмосилікатної частини породи, а саме: первинні алюмосилікати (польові шпати, авгіти, рогові обманки та ін.) переходять у вторинні (каолініт, монтморилоніт, ілліт та ін.). Вторинні алюмосилікати утворюються в тонкоподрібненому (до колоїдного) стані і надають вивітрілій породі характерного глинистого вигляду.

Перехід первинних алюмосилікатів у вторинні супроводжується видаленням із породи деяких елементів, в першу чергу лужних і лужноземельних металів і утворенням із них нових простих мінералів, як розчинних, так і нерозчинних у воді. Серед новоутворених водорозчинних мінералів зустрічаються гіпс, карбонати кальцію і магнію; серед нерозчинних – водні окисли заліза, що забарвлюють породу в жовті й бурі тони.

Зміни мінерального складу можна спостерігати при вивітрюванні вивержених, особливо великозернистих порід, первинні мінерали яких легко вивітрюються. Зміни у складі осадочних (зокрема, глинистих) порід менш помітні. Одна з характерних ознак – вивітріла частина порід часто насичена гіпсом і водними окислами заліза.

Зміна внутрішніх зв‘язків у породі в процесі вивітрювання призводить до зменшення її механічної міцності, до пониження опору породи зовнішнім зусиллям, що на неї впливають. Тому треба визначати також міцність породи за такими ознаками: 1) важко розколюється молотком; 2) розламується руками; 3) розламується пальцями; 4) розсипається від легкого дотику. Під час польового випробування міцності порід слід описувати характер частин, на які розпадається порода, їх форму, розміри, характер поверхні, колір і т.п.

Крім основних ознак вивітрювання, треба відзначити додаткові, наприклад, вологість, міцність, пластичність і т.п.

Пластичність встановлюється шляхом розкачування шматка породи в джгут і класифікується наступним чином: 1) порода в джгут не розкачується; 2) порода розкочується в товстий (тонкий) джгут; 3) джгут згинається в кільце без розриву цільності і без утворення тріщин.

Слід особливо уважно вивчати розподіл і склад живих організмів на поверхні і всередині гірської породи. Необхідно описувати характер поширення (плямами, суцільним покривом і т.п.) і проникнення вглиб породи (по тріщинах, порах) нижчої (лишайники, гриби, мхи) і вищої рослинності. Вказують на її приуроченість до певних порід чи до орієнтації схилів, на розвиток кореневої системи, руйнування поверхні гірських порід і т. ін. Тут необхідна консультація біолога.

Під час опису ознак вивітрювання повинні складатися наступні основні польові документи:

1) геолого-літологічна карта з зображенням рельєфу в горизонталях, на яку наносять точки обстеження;

2) польовий журнал;

3) колонки вивчених розрізів.

Густота і розподіл по площі штучних гірських виробок, призначених для вивчення глибини, характеру і площі розповсюдження вивітрілих порід, залежать від геологічної будови і гідрогеологічних умов району, типу споруди і стадії проектування. Для визначення місць розташування виробок слід користуватися методичними посібниками і інструкціями з інженерно-геологічних вишукувань для різних видів будівництва (гідротехнічного, цивільного, дорожнього та ін.). При визначенні місць закладення виробок для встановлення границь зон вивітрювання необхідно враховувати склад порід, умови їх залягання, тектонічні порушення. На кожний тип порід повинні припадати щонайменше дві виробки, якщо ці породи не мають широкого площинного поширення і не приурочені до різних геоморфологічних елементів або різних гідрогеологічних умов.

Умови залягання порід також впливають на визначення кількості і глибини виробок. Наприклад, при горизонтальному заляганні порід виробки, за інших рівних умов, можуть розташовуватися на порівняно великій відстані одна від одної. При похилому заляганні порід, особливо різних за літологічним складом, кількість виробок повинна бути збільшена, їх глибина в останньому випадку буде різною, тому що за таких умов нижня межа вивітрілих порід буде неоднаковою.

З метою вивчення швидкості процесів вивітрювання описується потужність вивітрілої зони і характер вивітрювання у штучних відслоненнях порід (укосах, виїмках, шурфах, штольнях). Час викриття таких виробок повинен бути відомим. Проводяться тривалі спостереження над вивітрюванням порід у свіжих штучних відслоненнях.

Визначення швидкості вивітрювання гірських порід в існуючих штучних відслоненнях виконується наступним чином:

4. Оглідаються всі штучні відслонення порід в районі досліджень, а в деяких випадках і за його межами. Відслонення наносяться на карту і нумеруються; описуються місця їх розташування (елемент рельєфу, орієнтування і крутизна схилу, залісненість і т.д.).

5. Для вісх оглянутих штучних відслонень з найбільш можливою точністю встановлюються дати їхного викриття. Якщо ці дати для району досліджень виявляються близькими одна до одної, то необхідно відшукати в прилеглих районах штучні відслонення тих же порід, але викритих в інший час. Найбільш сприятливим буде випадок, якщо вдасться відшукати такі відслонення, строки розкриття яких відрізняються на декілька місяців, а всі разом вони охоплюють 15-20 років до поточного року.

6. Для кожного обраного пункту описуються ознаки вивітрювання, відбираються зразки для лабораторних випробувань і визначається потужність вивітрілої зони (робляться розчистки).

7. Одночасно вивчаються кліматичні умови (кількість опадів, коливання температури) і описуються кліматичні явища (сильні зливи, урагани і т.п.). Ці явища систематизуються по періодах, що охоплюють проміжки між датами викриття зареєстрованих штучних відслонень. Отримані дані дозволяють пояснити розбіжності в інтенсивності і характері вивітрювання одних і тих же порід, викритих в різний час.

Навіть одиничний опис всіх взятих на облік штучних відслонень дасть можливість встановити глибину і характер вивітрювання порід протягом часу існування цих відслонень. Повторні описи дозволять перевірити і уточнити отримані раніше дані. Кількість повторних описів і, відповідно, строки закінчення спостереженнь залежать від числа взятих на облік штучних відслонень і від інтервалу часу між датами їх викриття. Чим більше зареєстровано відслонень і чим меншим є інтервал між датами їх викриття, тим коротшим повинен бути період спостережень. У цьому найбільш сприятливому випадку можна обмежитися одиничним описом всіх штучних відслонень порід.

Цілком природно, що визначенні по різних відслоненнях значення швидкості вивітрювання порід будуть відрізнятися один від одного, тому що ці відслонення можуть перебувати в різних умовах. В цьому випадку слід надавати перевагу даним, отриманим по штучних відслоненнях, умови яких є близькими до умов, в яких перебуватиме порода при взаємодії зі спорудою.

Інколи в процесі досліджень можна зустрітися з різними явищами, які ускладнюють чи роблять неможливим подальше спостереження за швидкістю вивітрювання порід в якому-небудь відслоненні. До таких явищ належать: змивання порід зі схилу, штучна очистка укосів і виїмок, обрушення і т.п. Якщо врахувати ці явища не можна, то вивчення відслонення припиняється.

Визначення швидкості вивітрювання порід у спеціально закладених виробках вимагає виконання гірничих робіт і значних витрат часу. Таке визначення застосовується у випадках, коли необхідно визначити характер і потужність захисних покриттів і ціликів, а також, якщо неможливо використати перший метод. Цей метод полягає в наступному:

1. Виконують розчистку природних відслонень або викопують спеціальні котловани до незачеплених вивітрюванням порід. Кожна така виробка є пунктом довготривалого спостереження за процесом вивітрювання.

2. Пункти спостереження обираються з умовою, щоб виробки а) викривали всі потрібні типи порід, б) перебували в різних умовах рельєфу (на плато, на схилі, в долині), в) розташовувалися як на південних, так і на північних схилах. Крім того, частина штучних відслонень повинна бути приуроченою до ділянок розташування запроектованих споруд. Бажано, щоб площа викритої породи була не меншою від 4 м². Треба прагнути до того, щоб штучні відслонення порід, призначені для тривалого спостереження за вивітрюванням, перебували в таких же умовах, в яких буде знаходитися порода при взаємодії зі спорудою. Наприклад, якщо оцінюється швидкість вивітрювання порід для майбутніх укосів каналу, залізничої виїмки, стінок котловану, то штучні відслонення треба вдповідно орієнтувати, надати укосам таку ж крутизну і висоту, на таку ж глибину заповнити водою (для каналів) і т.д.

3.Проходка всіх виробок в межах району будівництва по можливості ведеться й закінчується одночасно; періодичне їх описування також виконується одночасно.

4. На кожному пункті спостережень описуються ознаки вивітрювання, відбираються зразки для лабораторних досліджень і визначається потужність вивітрілої зони шляхом розкопування частини відслонення.

Загальний термін таких спостережень повинен бути не менше року. Але через невивченість явища вкрай бажано повторювати ці спостереження хоча б 4-5 разів на рік протягом всього періоду будівництва.

Перед кожним наступним спостереженням дається опис метеорологічних явищ, що мали місце в період між спостереженнями.

Дата добавления: 2015-10-30