ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Инженерная геология часть I. Общие вопросы Введение. Основные задачи и значение инженерной геологии

Строго говоря, название курса "Инженерная геология" - не совсем правильное. В рамках данного курса будут даны сведения из таких разделов геологической науки, как общая геология, минералогия и петрография, структурная геология, собственно инженерная геология и гидрогеология.

Итак, геология - наука о Земле, о ее составе, строении и развитии, о процессах, протекающих на ней. С древнейших времен люди стали изучать строение Земли, состав и свойства различных горных пород, процессы, непрерывно изменяющие земную поверхность. К концу XVIII века было накоплено столько сведений о Земле, что смогла сформироваться самостоятельная наука. Среди основоположников геологической науки, в ее современном понимании, следует указать М. В. Ломоносова и его капитальный труд «О слоях земных»; немецкого ученого А.Г.Вернера, автора классификации минералов; английских ученых Д. Геттона, «Теория Земли» и Ч. Ляйеля «Основы геологии».

В дальнейшем, интенсивное развитие геологии привело к накоплению обширнейшего количества фактического материала, что привело к обособлению отдельных разделов геологической науки в самостоятельные научные дисциплины. В настоящее время существует около 2-х десятков таких дисциплин. Можно выделить несколько основных направлений, на которые расчленяется геология:

1. Науки, изучающие вещественный состав Земли (цикл наук, объединяемых термином "геохимия").

2. Науки, изучающие процессы, протекающие в Земле (динамическая геология).

3. Науки, изучающие историю развития Земли (историческая геология).

4. Науки, направленные на практическое использование недр (практическая геология).

К первому направлению относятся:

Кристаллография - наука о кристаллах, их внешней форме и внутренней структуре;

Минералогия - наука о минералах. Минерал представляет естественное химически однородное тело, обладающее определенным химическим составом и физическими свойствами, возникшее в результате различных геологических процессов, протекающих в Земле.

Петрография - наука о горных породах. Горные породы образуются как сочетание нескольких минералов. Петрография изучает минералогический и химический состав горных пород, их свойства, отношения между различными породами, изменения, которые они претерпевают с течением времени, их происхождение, и устанавливает закономерности образования горных пород и их распределение в Земле.

Геохимия - изучает химические элементы, строящие земной шар, их распределение и миграцию. Геохимия является синтезирующей наукой по отношению к минералогии и петрографии, объекты изучения которых - минералы и горные породы - представляются определенными этапами в жизни химических элементов. Геохимия оперирует атомами, минералогия изучает сочетания атомов (минералы), а петрография - сочетания минералов (горные породы).

Ко второму направлению относится динамическая геология - наука о процессах, протекающих в недрах Земли и на ее поверхности. В зависимости от источника энергии они подразделяются на процессы внутренней динамики (эндогенные) и процессы внешней динамики (экзогенные). С эндогенными процессами связаны такие явления, как движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов. С экзогенными процессами связаны жизнь и развитие морей, рек, подземных вод, геологическая деятельность ветра, льда, болот и озер и т.д. Всего в данном направлении насчитывается около десятка дисциплин.

К третьему направлению относится историческая геология, которая занимается изучением истории развития земной коры и органической жизни. Она в свою очередь также подразделяется на ряд наук.

К практической геологии относятся те науки, которые занимаются изучением недр Земли в практических целях. Здесь два основных направления: учение о полезных ископаемых и учение об инженерных условиях строительства зданий и сооружений (или инженерная геология).

Впервые данные геологических наблюдений и исследований при строительстве в России начали использоваться в XVIII веке. Возможно, первой работой в этой области является "Мемориальная записка о заводском производстве", составленная Григорием Махотиным. Изначально, геологические исследования для строительства вели сами строители; как самостоятельная наука инженерная геология сформировалась только в XX веке.

Современная инженерная геология как наука занимается выявлением всех условий, в которых происходит взаимодействие всех строящихся и построенных сооружений с окружающей их природной средой на всем пространстве, охваченном этим взаимодействием.

Три основные задачи инженерной геологии:

1. Изучение состава, строения, состояния, свойств и условий распространения горных пород (грунтов), определяющих их поведение при взаимодействии с инженерными сооружениями;

2. Изучение геологических процессов, как природных, так и возникающих в связи с возведением и эксплуатацией сооружений, с целью установления характера этих процессов, их влияния на существование сооружений, а также разработка рекомендаций по регулированию этого влияния и охране окружающей среды;

3. Установление закономерностей пространственного распространения инженерно-геологических условий.

Решение всех этих задач требует отчетливого представления об условиях и характере проявления геологических процессов и явлений, об особенностях тех или иных горных пород, их свойствах и, что не менее важно, об условиях их залегания.

Вместе с тем, несмотря на всю сложность и многообразие природных процессов и явлений, они связываются некоторой внутренней обусловленностью и закономерностями своего выражения, которые могут быть сформулированы следующим образом.

1-я закономерность. Инженерно-геологические условия возведения и работы сооружений определяются характером грунтов и пород, слагающих основания сооружений, их свойствами, условиями их залегания, режимом подземных вод, а также характером и условиями возможного проявления разнообразных геодинамических процессов и явлений.

2-я закономерность. Инженерно-геологические (строительные) свойства грунтов определяются их составом, состоянием, а также структурными и текстурными особенностями.

3-я закономерность. Состав и состояние горных пород и грунтов, их структурные и текстурные особенности, а также условия их залегания определяются характером исходных пород, послуживших материалом к их образованию, условиями (генезисом) и обстановкой образования, а также характером последующих видоизменений пород и грунтов под воздействием тех или иных геологических процессов и явлений.

4-я закономерность. Характер и интенсивность проявления указанных геологических процессов и явлений определяются особенностями строения Земли, как некоторого космического тела, и в первую очередь:

• наличием твердой внешней оболочки земного шара, именуемой земной корой, сложенной горными породами и характеризуемой относительно малой мощностью;

• проявлением в недрах Земли сложных процессов, обуславливающих термический и особый физико-химический режим недр Земли и находящих в силу относительно малой мощности земной коры то или иное на ней отражение;

• воздействием на горные породы, слагающие земную кору и рельеф земной поверхности, внешних процессов и явлений, связанных с деятельностью атмосферы и поверхностных вод.

Инженерная геология самым тесным образом связана с учением о подземных водах - гидрогеологией. Развитие гидрогеологии началось несколько раньше инженерной геологии и идет параллельно с ней.

В современных условиях инженеры-строители (в том числе и гидростроители), как правило, сами не ведут инженерно-геологических (и гидрогеологических) исследований. Для этого существуют специализированные инженерно-геологические организации. Однако при проектировании и осуществлении строительства они должны знать, понимать и учитывать инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства. Они должны уметь правильно и вовремя поставить перед геологом задачи инженерно-геологических исследований; инженеры-строители должны уметь принимать правильное решение о проведении инженерно-строительных мероприятий, необходимых в данных конкретных условиях строительной площадки.

Трудно переоценить значение инженерной геологии и гидрогеологии для промышленного и гражданского строительства. Без сомнения, всякое инженерное сооружение должно быть возведено наиболее просто, с наименьшими затратами рабочей силы, материалов и времени. Одновременно во всех своих частях и в течение всего периода эксплуатации оно должно обладать надлежащей прочностью и устойчивостью, а его деформация не должна выходить за пределы, обеспечивающие нормальные условия эксплуатации сооружения или не нарушающие его внешние архитектурные формы.

Для обеспечения указанных выше положений и требований необходим правильный учет местных природных условий.

Необходимо установить в основании сооружения наличие грунтов или горных пород достаточной прочности и несущей способности, соответствующим образом залегающих; оценить возможность влияния подземных вод на грунты основания и само сооружение в процессе строительства и эксплуатации; оценить возможность влияния на сооружение (как в период строительства, так и при эксплуатации) тех или иных геологических процессов и явлений, способных нарушить его устойчивость и прочность.

В противном случае, даже безупречно спроектированное и построенное сооружение может оказаться в тяжелом и даже аварийном положении. Примеров подобного рода аварий, к сожалению, немало.