Класифікація гірських порід за характером внутрішніх зв’язків

Стосовно кола задач, вирішуваних механікою гірських порід, породи зручно класифікувати за характером зв'язків між складаючими її мінеральними частинками. За цією ознакою виділяють наступні класи порід.

Тверді, в яких складаючі їх тверді мінеральні частинки зв'язані між собою жорстким зв'язком, що забезпечує збереження форми. До них відносяться магматичні, осадові зцементовані і метаморфічні породи. У цьому класі звичайно виділяють скельні і напівскельні породи. До скельних відносять міцні породи із структурними або пружними аморфними зв'язками кристалізацій. При насиченні водою сили зчеплення у таких порід не слабшають. Прикладами скельних порід служать граніти, діабази, базальти, міцні пісковики вапняки. У напівскельних порід в присутності води зв'язки слабшають, або зникають повністю. Зв'язок між мінеральними частинками може бути не тільки жорстким, але і пластичним. Прикладами таких порід є слабо зцементовані пісковики, слабкі вапняки, доломіт, мергелі. При деформації породи цього класу поводяться як пружні тіла.

У зв'язаних, або глинистих, порід зв'язок між мінеральними частинками забезпечується за допомогою обвиваючих їх тонких плівок води. При цьому можлива також слабка цементація. Глинисті породи містять велику кількість глинистих мінералів (каолініт, монтморилоніт, гідрослюди і т.д.). Глинисті мінерали надають зв'язним породам цілий ряд специфічних властивостей, перш за все, пластичність. Їм характерна здатність до набухання і усадки. Таким чином, властивості зв'язаних порід значною мірою визначаються співвідношенням твердих, рідких і газоподібних складових, а також зерновим і мінералогічним складом. Залежно від цього глиниста порода може знаходитися в твердому, пластичному або текучому стані. За вмістом глинистих частинок в масі породи розрізняють глини (більше 30%), суглинки (30 - 10%) і супіски (до 10%).

Сипкі породи характеризуються повною відсутністю зв'язків між мінеральними частинками.

Окремо слід виділити клас порід, у яких мінеральні частинки роз'єднані водою. Це, перш за все, плавуни, а так само піски, насичені водою.

Дрібнодисперсні сипкі породи при насиченні водою проявляють властивості плавучості, тобто при оголенні укосу розпливаються подібно в'язкій рідині. Для з'ясування природи плавучості породу доцільно розглядати, як ту, що складається з двох фаз: твердої і рідкої.

Твердою фазою є мінеральні частинки крупністю більше 0, 005 мм, що тимчасово знаходяться у зваженому стані.

Рідка фаза - це грунтова вода із зваженими найдрібнішими мінеральними частинками. Тут важливу роль виконує зв'язана вода, що складається з молекул, утримуваних дрібнодисперсними частинками. Підвищена густина зв'язаної води і велика поверхня частинок додають рідкій фазі особливі властивості: рідка фаза набуває великої густини, що досягає 1, 5 г/см³_, що збільшує її зважуючу дію. Завдяки цьому тертя між частинками твердої фази зменшується, а стійкість всієї системи знижується. Така система виявляється вельми чутливою до динамічних дій і інших імпульсів (вибухи, землетруси, вібрація, гідродинамічна дія). При силових діях може наступити розрідження піску, іноді на великих площах, з втратою несучої здатності, що супроводжується деформацією розташованих на них споруд. Схильними до переходу в стан плавучості є добре зкочені дрібнозернисті піски, що мають пористість більше 43% і ефективний діаметр менше 0, 1 мм. Грубозернисті і середньозернисті піски навіть при вищій пористості не піддаються розрідженню.

По відношенню до води плавуни іноді підрозділяють на дві групи: типові, або істинні, плавуни, що не віддають воду, і осушувані плавуни, що віддають воду при утворенні поверхні порідного оголення. Типові плавуни значною мірою насичені дрібнодисперсними фракціями і містять зв'язану воду.

В осушуваних плавунах переважаючими є крупніші фракції: > 0, 005 мм, які схильні до осідання.

Найбільший об'єм всіх гірських робіт припадає на тверді породи, тому їх вивчення представляє основний інтерес в механіці гірських порід.