2.1. Изучение геологического строения и физико-механических свойств пород
2.1. Изучение геологического строения и физико-механических
свойств пород 
2.1.1. Изучение геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождений, а также физико-механических свойств горных пород в период строительства и эксплуатации карьеров должно производиться с учетом изученности этих условий в период разведки месторождений и с учетом типа инженерно-геологических комплексов пород, слагающих месторождения, и их сложности (приложения 2, 3).
2.1.2. В условиях, когда откосы уступов и борта карьеров сложены комплексами крепких скальных пород, подлежат изучению трещиноватость, слоистость и сланцеватость пород, дизъюнктивные нарушения и тектонические трещины большой протяженности. Гидрогеологические факторы в этих условиях, как правило, существенного влияния на устойчивость бортов не оказывают.
2.1.3. На месторождениях, сложенных комплексами пород средней прочности, изучению подлежат факторы, указанные в п. 2.1.2, и дополнительно - структурные особенности массива, прочность пород в образце и гидрогеологические условия месторождений. Наиболее важным гидрогеологическим показателем, оказывающим решающее влияние на устойчивость бортов карьеров, является гидростатический напор (или пьезометрический уровень) во всех точках водоносных слоев в пределах призмы возможного оползания.
2.1.4. На месторождениях, сложенных комплексом слабых глинистых и несвязных пород, подлежат изучению минералогический состав и прочность пород, склонность их к набуханию и проявлению пластических деформаций, наличие в слоистом массиве поверхностей ослабления (слабых контактов между слоями, зеркал скольжения в глинистых породах, поверхностей скольжения древних оползней) и гидрогеологические условия.
2.1.5. Основные характеристики прочности горных пород - сцепление и угол внутреннего трения - должны определяться в лабораторных условиях путем испытаний на срез или трехосное сжатие однородных малогабаритных образцов, отобранных непосредственно из свежих обнажений в карьере или из инженерно-геологических скважин в виде кусков керна.
2.1.6. Определение сопротивления сдвигу горных пород в массиве с учетом их слоистости, сланцеватости и трещиноватости производится в полевых условиях путем испытаний на срез призм горных пород размерами порядка 40 x 60 x 120 см3.
Количество натурных испытаний должно быть не менее трех для каждой разновидности пород, при этом испытаниями необходимо определять как прочность трещиноватого массива, так и прочностные характеристики по поверхности ослабления.
Натурные испытания должны проводиться по методике, изложенной в приложении 4.
2.1.7. Величину сцепления горных пород в массиве с учетом его трещиноватости 
, т/м3, можно определять также по эмпирической зависимости, установленной на основании большого числа натурных испытаний:
, (2)
где H - наибольший размер области возможных деформаций (для карьеров - высота борта), м;
l - средний линейный размер блоков, ограниченных трещинами, м;
a - коэффициент, зависящий от прочности пород в куске и характера трещиноватости (a = 0 - 3 для песчано-глинистых пород и a = 3 - 10 для скальных и полускальных пород - приложение 5);
- сцепление в куске, т/м2;
- сцепление по трещинам, т/м2.
Величины и получают по результатам лабораторных испытаний горных пород.
2.1.8. Изучение состава, физических и водных свойств, влияющих на изменение показателей сопротивления пород срезу, осуществляется по методике, освещенной в руководствах: "Методы лабораторных исследований физико-механических свойств песчаных и глинистых грунтов", М., Госгеолиздат, 1952, и "Практическом руководстве к лабораторным работам по грунтоведению и механике грунтов", М., Госгеолтехиздат, 1961.
2.1.9. Определение прочностных характеристик песчано-глинистых пород должно производиться, в основном, на приборах одноплоскостного среза, косого среза и стабилометрах. Перечень и объем лабораторных определений физико-механических свойств пород, необходимых для решения вопросов устойчивости бортов карьеров, приведены в приложении 6.
2.1.10. Характеристики прочности скальных и полускальных пород определяются путем испытаний образцов цилиндрической формы на одноосное сжатие; высота образца должна в 2 раза превышать диаметр цилиндра. Изготовление образцов производится из керна и заключает в обрезке и шлифовке торцевых плоскостей (можно также придавать образцам и прямоугольную форму); при этом торцевые поверхности образцов должны быть параллельны между собой и перпендикулярны их продольной оси.
Величина сцепления K, кг/см2, по результатам испытаний на одноосное сжатие определяется по формуле:
, (3)
где 
- сопротивление одноосному сжатию, кг/см2;
- угол внутреннего трения, величина которого зависит от литологического состава и характера породы, град. (см. приложение 7).
Прочность скальных и полускальных, а также плотных глинистых пород можно также определять путем проведения испытаний образцов диаметром 30 - 70 мм в приборах "косого среза".
2.1.11. Определение сопротивления сдвигу по поверхностям ослабления (трещинам, слоистости, сланцеватости, тектоническим нарушениям) производится в лабораторных условиях на специальном срезном приборе, на котором раздельно создаются нормальные и касательные усилия, или в полевых условиях - путем натурных испытаний. Приближенные значения углов трения по поверхностям ослабления можно выбирать из приложения 8.
2.1.12. Схема проведения испытаний песчано-глинистых пород должна отвечать двум основным требованиям:
а) испытуемый образец по возможности должен иметь такое исходное состояние (плотность-влажность), которое он будет иметь в борту карьера, основании отвала или самом отвале;
б) исходное состояние образца должно сохраняться до конца проведения испытания, что достигается проведением испытаний на срез по схеме быстрого среза (общая продолжительность опыта не более 8 - 10 мин.).
В производственных условиях, при отсутствии стабилометров, испытания на срез можно проводить в одноплоскостных рычажных приборах и приборах "косого среза".
2.1.3. При эксплуатации карьеров отбор образцов песчано-глинистых, полускальных и скальных пород следует производить непосредственно в карьере из свежих обнажений откосов уступов с учетом охвата всех литологических разностей. Отбор образцов производится в виде монолитов размерами 20 x 20 x 30 см3.
Отбор образцов горных пород может производиться также из инженерно-геологических скважин, пробуриваемых в случаях, когда карьерное поле недостаточно разведано и горными работами полностью не вскрываются породы, для которых показатели физико-механических свойств отсутствуют.
2.1.14. Инженерно-геологические скважины следует располагать вблизи границ карьерного поля и на первоочередных участках ведения горных работ. Их местоположение определяется в каждом конкретном случае в зависимости от сложности геологического строения и рельефа местности; скважины следует располагать так, чтобы они оказывались в пределах призмы возможного обрушения нерабочих бортов проектируемого карьера.
2.1.15. Основным требованием к методике бурения инженерно-геологических скважин в песчано-глинистых породах является обеспечение максимального выхода керна (не менее 80%) и сохранение естественной влажности и структуры образцов горных пород.
Определение физико-механических свойств скальных и полускальных пород может осуществляться по керну, отбираемому из геолого-структурных скважин.
Минимальный диаметр керна для лабораторных испытаний должен быть: для скальных пород - 40 мм, для полускальных - 55 - 60 мм, а для слабых 90 - 100 мм.
2.1.16. При бурении скважин в песчано-глинистых породах в качестве промывочной жидкости должен применяться густой глинистый раствор - для предотвращения набухания и размыва керна.
Бурение производится колонковой трубой с минимальной подачей промывочной жидкости при небольшом (120 - 180 об./мин.) числе оборотов.
Для отбора образцов сланцеватых глин, крупнозернистых и гравелистых отложений, а также современных озерно-болотных осадков целесообразно применение грунтоносов.
Методика отбора образцов из инженерно-геологических скважин и порядок их парафинирования изложены в приложении 9.
2.1.17. Перед испытаниями на срез образцы песчано-глинистых пород, которые в процессе отбора могли разуплотниться, выдерживаются в уплотнителях под природными напряжениями до полной стабилизации; неразуплотненные породы срезаются без предварительного уплотнения.
Природные напряжения в массиве 
, т/м2 песчано-глинистых пород определяются умножением объемного веса пород 
, т/м3 (средневзвешенного по мощности в слоистом массиве) на глубину отбора образцов H, м: = H. При определении природных напряжений должно учитываться взвешивание горных пород, залегающих ниже депрессионной поверхности подземных вод.
2.1.18. Испытания на срез песчано-глинистых пород производятся при 3 - 4-х нормальных нагрузках, из которых максимальная должна составлять не менее 80% от природной нагрузки, а минимальная - 15 - 20%. Все испытания на срез производятся по схеме быстрого среза во избежание оттока поровой воды; касательные нагрузки при срезе даются ступенями через 1 мин., а отсчет деформации производится через 30 сек.
2.1.19. Сопротивление срезу глинистых пород с учетом набухания в откосах определяется путем испытания образцов, которые выдерживаются в уплотнителе под водой при нескольких величинах нагрузок (обычно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 кг/см2); нормальная нагрузка при срезе набухших образцов, во избежание отжима воды и выдавливания породы в зазор между коробками, уменьшается на 20 - 30% по сравнению с нагрузкой в уплотнителе. Необходимое число таких испытаний составляет 3 - 4 при каждой нормальной нагрузке.
2.1.20. Сопротивление сдвигу по контактам и трещинам можно определять также в лабораторных условиях путем проведения испытаний на сдвиг образцов пород в рычажных одноплоскостных приборах по схеме повторного сдвига.
2.1.21. Испытания глинистых пород сопровождаются определением напряжений, вызывающих незатухающие пластические деформации (предела ползучести).
Определение предела ползучести можно производить одним из упрощенных способов, изложенных в приложении 10.
2.1.22. Определение сопротивления срезу отвальных пород глинистого состава производится на обычных срезных приборах. Из отобранных образцов изготовляется стружка размером 2 - 5 мм, которая укладывается в уплотнители и выдерживается в течение 1 - 2 часов при 3 - 4-х нормальных нагрузках, в зависимости от величины напряжения, испытываемого породой в отвале. При селективном отвалообразовании испытаниям подвергаются все литологические разности, а при валовой отсыпке изготовляется смесь в пропорции, отвечающей соотношению пород в геологическом разрезе.
Нормальные напряжения при срезе задаются таким образом, чтобы во время опыта не происходило отжима воды, рассеивания порового давления и дополнительного уплотнения образцов.
Максимальное нормальное напряжение при испытании отвальной массы задается, исходя из двух условий:
а) отвальные породы срезаются при напряжениях, которые испытывает порода в отвале;
б) предельным сопротивлением срезу глинистых отвальных пород считается сопротивление, соответствующее нормальному напряжению, при котором начинается отжим воды; испытание отвальных пород при больших напряжениях нецелесообразно.
В связи с тем, что в нижней части отвалов возможно дополнительное увлажнение, которое приводит к уменьшению сопротивления срезу, испытания одних и тех же пород следует проводить при 2 - 3-х значениях влажности, превышающей естественную на 2 - 6%.
2.1.23. Испытания отвальных пород, представленных смесью глин и грубообломочных твердых пород, необходимо производить в приборах с увеличенной площадью среза; рекомендуется соотношение диаметра срезной коробки и диаметра наиболее крупных твердых включений не менее 15.
По результатам испытаний литологических разностей и смесей отвальных пород строятся графики сопротивления срезу в зависимости от нормальных нагрузок, которые используются при расчете устойчивости отвалов.
2.1.24. С целью прогнозирования проявления на карьерах фильтрационных деформаций (оплывания, механической суффозии, фильтрационного выпора и выноса вдоль трещин), а также деформаций, связанных с прорывом подземных вод, кроме изучения механических характеристик (п. п. 2.1.17 - 2.1.22), дополнительно определяются: гранулометрический состав песчаных пород (для определения коэффициента неоднородности), коэффициент фильтрации песков и песчаных глин, величины напоров водоносных горизонтов.
2.1.25. На соляных карьерах для получения исходных данных о процессах выщелачивания и растворения пород следует определять химический состав растворимых пород и цементирующего материала и химический состав подземных вод.
Методика получения перечисленных исходных величин изложена в "Справочном руководстве гидрогеолога", Л., Гостоптехиздат, 1959.
2.1.26. Все данные о геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностях участков карьерного поля, а также физико-механических свойствах горных пород отражаются на детальных инженерно-геологических погоризонтных картах и поперечных разрезах, ориентируемых в направлении, перпендикулярном простиранию соответствующих участков борта карьера. Для составления погоризонтных карт и разрезов в качестве основы используется существующая на предприятии маркшейдерско-геологическая документация.
2.1.27. Погоризонтные инженерно-геологические карты составляются не реже чем через 50 м по высоте, на рабочей основе маркшейдерских планов горных работ масштаба 1:2000 и непрерывно пополняются по мере отработки очередных заходок. Одновременно составляются и пополняются инженерно-геологические разрезы вкрест простирания слоев пород (или простирания литологических разностей изверженных и метаморфических пород).
Первичными материалами к составлению инженерно-геологических карт и разрезов являются инженерно-геологические съемки и зарисовки.
Погоризонтные инженерно-геологические карты и разрезы являются основными исходными документами для прогнозирования изменения с глубиной и по простиранию всех инженерно-геологических факторов, влияющих на устойчивость бортов карьеров, решения оперативных вопросов обеспечения устойчивости бортов карьеров и откосов уступов и составления проектов реконструкции карьеров.
