Содержание лекции- 1 1) Теоретические основы инженерной геодинамики: понятие, объект, предмет, взаимоотношения с другими дисциплинами 2) Инженерно-геологические условия территории 3) Геологические и инженерно-геологические процессы и явления. Условия и факторы развития геологических процессов 4) Прогнозирование инженерно-геологических процессов 5) Мониторинг геологической среды

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДИНАМИКА как самостоятельный раздел инженерной геологии выделилась в середине XX века ЭКЗОГЕННЫЕ (ЭКЗОДИНАМИЧЕСКИЕ) ПРОЦЕССЫ процессы, относящиеся к внешней динамике земной коры * природные процессы * антропогенные процессы * природно-антропогенные процессы

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ геологической среды ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА верхняя часть земной коры, доступная техногенному воздействию и включающая в себя горные породы, подземные воды, природные газы, микроорганизмы, находящиеся во взаимодействии

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ геологической среды обмен массой и энергией между компонентами геологической среды или между геологической средой и другими средами Взаимодействие – процесс двусторонний Наиболее сложная и многообразная ситуация возникает при взаимодействии человека с различными средами

Схема динамического взаимодействия

ОБЪЕКТ изучения геологическая среда, постоянно взаимодействующая с другими средами и испытывающая взаимодействие ее компонентов между собой, и собственно процессы взаимодействия – экзогенные геологические процессы

ПРЕДМЕТ исследований знания о механизме, динамике, закономерностях процессов взаимодействия компонентов геологической среды и геологической среды с другими средами

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДИНАМИКА научное направление инженерной геологии, изучающее приповерхностные природные и природно-технические системы и процессы взаимодействия (т.е. экзогенные геологические процессы) с целью обеспечения экологической безопасности жизнедеятельности на осваиваемых территориях

ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ системы, которые кроме естественных компонентов (горных пород, подземных вод, газов) содержат: - искусственные компоненты (сооружения) - естественные компоненты, структура и свойства которых настолько изменены человеком, что их можно считать искусственными

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ комплекс сведений о свойствах некоторого объема геологической среды и протекающих в ней процессах, которые учитываются при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружения

1) Сведения о пространственных отношениях компонентов геологической среды * данные о расположении в пространстве геологических тел, геологическом строении и условиях залегания горных пород, тектонических условиях и трещиноватости; * данные о геоморфологических условиях; * данные о гидрогеологических условиях территории

2) Сведения о свойствах геологической среды в целом и о свойствах ее компонентов * минеральный и гранулометрический состав горных пород, степень литификации, характер структурных связей разного уровня, фазовый состав и состояние грунтов, свойства грунтов и горных пород; * химический состав, температура и состояние подземных вод

3) Сведения об изменении состояния геологической среды и о геологических процессах * информация о геологических, преимущественно экзогенных, в том числе инженерно-геологических, процессах: динамика развития, масштабы, интенсивность проявления и т.д.

Таким образом, понятие «ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ» включает три группы сведений, характеризующих структуру, свойства (как отдельных компонентов, как и геологической среды в целом) и функционирование геологической среды

Геологический процесс движение (изменение) геологической среды во времени в результате ее взаимодействия с другими средами или между компонентами самой геологической среды Инженерно-геологический процесс процесс, возникающий и развивающийся под влиянием человеческой деятельности Набор, характер, проявление и приуроченность процессов зависят от свойств геологической среды, физико-географической обстановки, климатических условий и вида хозяйственной деятельности Закономерности проявления процессов в пространстве в той или иной степени отражают основные закономерности пространственной изменчивости структуры и свойств геологической среды (тектонические и геоморфологические особенности, пространственная изменчивость геологического строения, состава и физико-механических свойств пород)

Процесс ≠ Явление Инженерно-геологическое явление состояние геологической среды, т.е. проявление процесса в определенный момент времени СТАДИИ развития геологических процессов определенный период времени, в течение которого режим процесса (его механизм, скорость, интенсивность) сохраняется практически неизменным (постоянным)

ВЗАИМООБУСЛОВЛЕННОСТЬ геологических процессов развитие одних процессов может стать причиной развития других процессов Для возникновения процесса необходима обстановка, в которой возможно развитие процесса, но при условии существования определенного воздействия

УСЛОВИЯ развития геологических процессов набор (комплекс) признаков геологической среды, в которой возможно возникновение и развитие геологических процессов ФАКТОРЫ развития геологических процессов набор воздействий, под влиянием которых возникает и развивается процесс

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ инженерно-геологических процессов научно обоснованное предсказание изменения свойств и структур литосферы (геологической среды) в физическом времени, обусловленное ее взаимодействием с другими сферами

Виды прогнозов по масштабам: * глобальные * региональные * локальные по времени прогнозируемого события: * перспективные * долгосрочные * краткосрочные

Виды прогнозов по степени достоверности: * ориентировочные * детальные по способу выражения * качественные * количественные

Задачи прогнозирования - обоснование возможности возникновения процесса - определение мест возникновения процессов - составление прогнозных моделей процессов - определение времени возможного возникновения процессов и их стадийность - определение интенсивности процессов - обозначение объектов, которые могут оказаться в области влияния прогнозируемых процессов - разработка рекомендаций по исследованиям и наблюдениям

Методы прогнозирования * сравнительно-геологические (или методы инженерно-геологических аналогий) * расчетно-аналитические методы * методы моделирования !!! Использование системного подхода при прогнозировании развития процессов!!!

Литомониторинг комплекс полевых стационарных наблюдений и исследований условий функционирования природно-технических систем, по результатам которых контролируются и уточняются оценки и прогнозы ожидаемых изменений систем, выполненные на предыдущих стадиях, а также методы и средства управления системой с целью обеспечения ее устойчивости и ограничения ущерба взаимодействия двух сред

2 Лекция

ВЫВЕТРИВАНИЕ - совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и минералов в приповерхностной части земной коры в процессе ее взаимодействия с атмосферой, биосферой, гидросферой

Физическое выветривание - процесс механического раздробления горных пород без изменения химического состава образующих их минералов В результате физического выветривания от породы, разбитой сетью трещин, начинают отпадать отдельные обломки, и с течением времени ее поверхность может подвергнуться полному механическому разрушению, что благоприятствует химическому выветриванию

Химическое выветривание - процесс химического изменения горных пород и минералов и образования новых, более простых соединений в результате реакций растворения, гидролиза, гидратации и окисления В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов, разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает такие свойства, как связность, влагоемкость, способность к поглощению и др.

Биологическое выветривание - процесс химического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под влиянием организмов и продуктов их жизнедеятельности !!!Разделение процессов выветривания на типы чисто условно; эти процессы проявляются совместно, и в любом типе выветривания, в той или иной мере, проявляется весь их комплекс!!!

Факторы-агенты процесса выветривания а) солнечное излучение (инсоляция); б) атмосферные осадки; в) воздух (кислород и углекислый газ); г) почвенно-растительный покров; д) микроорганизмы и животный мир; е) разнообразная деятельность человека

Условия процесса выветривания Характер и результаты воздействия агентов выветривания на горные породы определяются: - составом, структурно-текстурными особенностями и свойствами пород – разные породы и минералы имеют неодинаковую устойчивость к выветриванию; - природными условиями, в которых происходит это взаимодействие – интенсивность выветривания зависит от климатических условий и главным образом от температуры и количества осадков

ВЫВЕТРИВАНИЕ В инженерной геологии под процессами выветривания понимают совокупность физических, физико-химических и биохимических процессов, изменяющих состав, состояние и свойства горных пород в верхней части земной коры под влиянием колебаний температуры; подземных вод, содержащих кислород, углекислый и другие газы; почвенной кислоты; деятельности организмов и техногенных факторов

Процесс выветривания в инженерной геологии - влияет на физико-механические свойства пород (плотность, прочность, деформируемость, размываемость, водопроницаемость и др.) - является первоначальным процессом, который подготавливает территорию (геологическую среду) к развитию других экзогенных процессов

Показатели выветрелости пород - изменение цвета породы с появлением окислов железа породы и других минеральных пленок; - трещины выветривания, количество, длина и ширина которых увеличивается снизу вверх, изменяя текстуру и облик породы; - уменьшение плотности породы; - образование новых минералов – гидроокислов железа, гипса, карбонатов и др., а также изменение облика породы из-за уменьшения вследствие выщелачивания начальной карбонатности и загипсованности породы; - появление гумуса, вмытого в трещины выветривания

Важнейшая задача, решаемая при оценке инженерно-геологических условий территории, на которой распространены выветрелые породы – определение глубины заложения разных сооружений, как подземных, так и наземных При строительстве наземных сооружений по инженерно-геологической информации определяется мощность пород, подлежащих съему. Для подземных сооружений определяется нижняя граница коры выветривания, для того, чтобы их заложение происходило в монолитной толще

Задачи инженерно-геологических исследований кор выветривания - установление закономерностей распространения кор выветривания (типа, мощности, возраста); - разработка схемы расчленения вертикального профиля коры выветривания; - определение свойств выветрелых пород и характера их изменчивости по глубине; - оценка современных тенденций процесса выветривания горных пород (скорости, интенсивности); - выявление приуроченности современных процессов (оползней, осыпей и др.) к зонам выветривания

Влияние хозяйственной деятельности 1) Образование поверхностных выемок или подземных полостей создает условия для разгрузки естественных напряжений, под которыми находились породы. Разгрузка напряжений приводит к разуплотнению пород. В результате в породах образуются новые трещины или раскрываются старые. Разгрузка напряжений, деформации пород и обусловленное ими разуплотнение – это начало разрушения массива, за которым следуют и накладываются разнообразные процессы выветривания

2) Возникновение мощных источников загрязнения окружающей среды, связанных с промышленной деятельностью, приводит к формированию техногенных агентов выветривания (кислых дождей, агрессивных промстоков), активизирующих процесс изменения горных пород в приповерхностной части литосферы

Мероприятия, направленные на предотвращение дальнейшего развития процесса выветривания: 1) Покрытие горных пород непроницаемыми для агентов выветривания материалами 2) Оставление защитных целиков в искусственных выемках 3) Пропитывание пород различными веществами 4) Искусственная нейтрализация факторов выветривания 5) Планировка территории и отвод воды