Для изучения и оценки инженерно-геологических свойств горных пород применяют геологические, полевые и лабораторные методы.

Геологические методы заключаются в изучении возраста, происхождения, характера, состава и мощности горных пород непосредственно в условиях их естественного залегания. При этом в полевых условиях описывают естественные обнажения горных пород, бурят скважины, проводят проходку шурфов и штолен для отбора образцов и осмотра горных пород, выполняют геофизические исследования, определяют выдержанность состава и мощности пород в разрезе и по площади, изменения степени трещиноватости и т.д.

Полевые методы основаны на использовании специальных установок, позволяющих оценить деформационные и прочностные свойства пород в условиях их естественного залегания.

Характеристика сжимаемости песчаных и глинистых пород в полевых условиях могут быть определены разными методами. Наиболее распространенными из них является метод опытных нагрузок в шурфах и скважинах. Он заключается в том, что с помощью тех или иных приспособлений создается нагрузка на жесткий штамп, установленный на забое шурфа или скважины и измеряется деформация от нагрузок пород под штампом. Располагая данными о деформации пород, отвечающих разным ступеням нагрузок, рассчитывают модуль деформации пород. Для испытания грунтов в шурфах используют круглые штампы площадью 5 000 см², для испытания в скважинах – круглые штампы площадью 600 см².

Для оценки деформационных и прочностных свойств песчано-глинистых пород в скважинах применяют прессиметрию. Метод заключается в измерении осадки грунта, вскрытого в стенке скважины под давлением, которое создается высоконапорным газовым баллоном, заполненным углекислотой или сжатым воздухом. Для измерений используют прессиометр – прибор в котором давление газа, через воду, заполняющую систему, передается на породу, вскрытую скважиной. Замеры деформации пород при различных задающихся давлениях проводят через 2 минуты в течение примерно 20 минут до условий стабилизации осадки, затем задают следующую ступень нагрузки. По данным испытаний вычисляют модуль деформации.

Прессиометрия пригодна для испытания сравнительно однородных и изотропных по своим деформационным характеристикам горных пород. При резко выраженной анизотропии данные, полученные при испытаниях, будут характеризовать сжимаемость пород поперек слоистости. Это следует учитывать при проектировании опытных работ.

Опытные сдвиги, обрушения и выпирания целиков породы в горных выработках и строительных котлованах выполняют с целью определения на месте: прочностных характеристик неоднородных пород, из которых невозможно отобрать образцы ненарушенного сложения (трещиноватые или слабосвязанные песчано-глинистые породы); показателей прочности, которые при лабораторных способах их определения недостоверны (глинисто- щебнистые или песчано-гравийные отложения, плотные трещиноватые глинистые породы с ясно выраженной структурой, сильно неоднородные песчано-глинистые отложения).

Сопротивление сдвигу скальных пород полевыми методами определяется сравнительно редко. Сопротивление сдвигу определяется по плоскости блока породы. Для создания вертикальной и сдвигающей нагрузок применяют мощные гидравлические домкраты. В каждом случае такие испытания проводят по специально разработанной программе, учитывающей условия работы данного сооружения и скальных оснований.

Прочность выветренных скальных пород, полускальных, песчано-глинистых с обломками, глинисто-щебнистых пород и галечников определяют методом сдвига, обрушения и выпирания призм или методом раздавливания целиков пород. Обрушение, сдвиг и выпирание призм пород размером 50 х 50 х 70 см в зависимости от цели его испытания могут производиться по плоскости напластования нормально к ней или под различными углами.

Прочность нетрещиноватых глинистых пород, из которых сравнительно легко может быть вырезан монолит, определяется срезом монолита в полевом приборе той или иной конструкции или путем сдвига цилиндров породы в шурфе или штольне.

В последнее время для исследования прочности иловатых или пластичных глинистых пород, залегающих на глубинах до 20 м довольно широко применяется крыльчатое зондирование.

Рабочий орган любого крыльчатого зонда состоит из двух – четырех лопастей, которые вдавливаются в забой или стенку скважины, а затем поворачиваются. При повороте лопастей измеряется крутящий момент. Зная величину момента и размеры лопастей рассчитывают сопротивление сдвигу.

Для полевых исследований свойств песчано-глинистых пород используется метод зондирования (пенетрации), основанный на зависимости между сопротивлением горных пород внедрению наконечника и трением по боковой поверхности зонда с одной стороны, и физико-механическими свойствами пород – с другой. В зависимости от способа погружения наконечника (вдавливание, забивка) различается две модификации метода зондирования: статическая и динамическая. Глубина статического и динамического зондирования в отдельных случаях (при обсадке стенок зондировочной скважины) достигает 60 м.

Применение зондирования при инженерно-геологической съемке позволяет сократить объем разведочных и геофизических работ без снижения качества инженерно-геологической информации. В частности оно может заменить часть дорогого и малопроизводительного бурения. Так, статическое зондирование может быть использовано для оценки несущей способности естественных оснований, определении величины критической нагрузки и глубины забивки свай, для исследования состояния пород в основании сооружений и контроля за качеством проведения работ по отсыпке и намыву земляных сооружений.

Лабораторными методами изучают свойства пород на образцах в лабораторных приборах.

Отбор проб для проведения лабораторных исследований производят тремя методами: точечным, бороздовым и валовым.

Точечный метод заключается в отборе нескольких образцов небольшого размера с небольшого участка слоя породы. При бороздовом способе образцы проб отбираются сплошь, обычно вкрест простирания слоя. Валовый метод – это собственно, исследование всех образцов, извлеченных из скважин и выработок.

 Необходимо всегда придерживаться определенных правил отбора, хранения, консервации и транспортировки проб пород, а также установленных практикой размеров образцов.

Лабораторные исследования проводят для литологического расчленения; определения прочностных и деформационных характеристик пород и установления по ним расчетных показателей; выяснения специфических свойств отдельных пород, представляющих опасность для нормальной работы сооружения (засоленность, размываемость, суффозионная неустойчивость и др.).

Пробы подземных и поверхностных вод используются для определения их агрессивности по отношению к бетону и металлическим конструкциям, а также степени их минерализации и химического состава, что необходимо прежде всего для решения вопросов водоснабжения, осушения и орошения.

Лабораторные исследования свойств пород выполняют до и во время проведения полевых испытаний.

Характеристика физико-механических свойств и гранулометрического состава, полученная в результате лабораторных исследований, широко используется в инженерно-геологических расчетах. Они входят в целый ряд формул как расчетные или применяются для различного рода классификаций как классификационные.

К числу классификационных относятся такие показатели как гранулометрический состав, число пластичности, показатель консистенции, показатели набухания, размокания, степень водонасыщенности, коэффициент относительной просадочности и др.

Косвенные характеристики используются для приближенной оценки свойств пород: плотность, объемная масса скелета грунта, влажность, пористость, пластичность, максимальная молекулярная влагоемкость и др.

Прямые показатели, используемые непосредственно для расчета сооружений (например для определения осадки сооружений, расчета устойчивости подпорных стенок и откосов искусственных выемок и др.), - коэффициент уплотнения, объемную массу, временное сопротивление сжатию, угол естественного откоса, сцепление и угол внутреннего трения, коэффициент фильтрации и др.

При изучении скальных пород основное значение имеет определение степени выветрелости их и трещиноватости. Важно учитывать размеры трещин, характер цемента, растворимость его в воде.

Для песчаных пород определяют однородность их по гранулометрическому составу, распределение нередко содержащихся в их толще глинистых прослоек.

При оценке глинистых пород основное внимание уделяют определению их гранулометрического состава, количественному содержанию различных глинистых минералов (монтмориллонит, каолинит, гидрослюда), объемной массе, плотности, пластичности, естественной влажности, степени природного уплотнения, сжимаемости под нагрузкой, показателей прочности и др. Для глинистых грунтов, используемых в качестве оснований сооружений, механические свойства (сжимаемость и прочность) в лабораторных условиях устанавливают на образцах естественной структуры и влажности (на монолите), вырезаемых в шурфах, штольнях или отбираемых специальными грунтоносами в скважинах.

Многие из вышеперечисленных показателей свойств грунтов определяют и в полевых условиях. При камеральной обработке полученных материалов производятся их сопоставление и детальный анализ с целью выделения наиболее достоверных данных.