- •ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
- •Введение. Основные задачи и значение инженерной геологии
- •Глава 1. Основные сведения о Земле
- •§ 1. Происхождение Земли
- •§ 2. Форма, масса и плотность Земли
- •§ 3. Строение Земли
- •ЧАСТЬ II. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
- •§ 1.3. Метаморфические процессы минералообразования
- •§ 2. Строение минералов
- •§ 3. Химический состав минералов
- •§ 5. Классификация и распространенность минералов
- •§ 1. Структура и текстура горной породы
- •§ 2. Магматические горные породы
- •§ 3. Осадочные горные породы
- •§4. Метаморфические горные породы
- •ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ
- •§ 1. Колебательные движения земной коры
- •§ 2. Складчатые и разрывные движения
- •§ 3. Ненарушенное и нарушенное залегание горных пород
- •§ 1. Трещиноватость горных пород
- •§ 2. Геометрические элементы тектонических разрывов
- •ЧАСТЬ IV. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ
- •ЧАСТЬ V. ГРУНТОВЕДЕНИЕ
- •ЧАСТЬ VI. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
- •Глава 1. Виды подземных вод
- •Глава 2. Химический состав подземных вод
- •Глава 3. Законы движения подземных вод
- •§ 1. Связь расхода и напора подземного потока
- •§ 2. Общие условия движения подземных вод
- •§ 3. Методы определения коэффициента фильтрации
- •Глава 4. Воздействие подземных вод на горные породы и грунты
- •§ 1. Гидростатическое и гидродинамическое давление в нескальных грунтах
- •§ 2. Явление плывунности
- •ЧАСТЬ VII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
- •Глава 1. Выветривание и связанные с ним явления
- •§ 1. Виды выветривания
- •§ 2. Меры борьбы с процессами выветривания
- •§ 3. Геологическая деятельность ветра
- •Глава 2. Геологическая деятельность атмосферных и поверхностных вод
- •§ 1. Виды речных долин и русловых отложений
- •§ 2. Методы борьбы с негативными последствиями геологической деятельности атмосферных и поверхностных вод
- •§ 1. Ледники, моря и озера. Защита берегов
- •§ 2. Неблагоприятные процессы и явления, возникающие на искусственных водохранилищах и меры борьбы с ними
- •Глава 4. Суффозия механическая и химическая. Плывуны. Методы борьбы с суффозией и плывунами
- •§ 1. Суффозия механическая и химическая
- •§ 2. Методы борьбы с суффозией и плывунами
- •Глава 5. Движение грунтов на склонах и откосах. Меры предупреждения и борьбы с оползнями
- •§ 1. Движение грунтов на склонах и откосах
- •§ 2. Меры предупреждения и борьба с оползнями
- •Глава 6. Процессы и явления, связанные с промерзанием и оттаиванием грунтов
- •Глава 7. Просадочные явления
- •Глава 8. Процессы и явления, возникающие в грунтах под сооружениями
- •ЧАСТЬ VIII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
- •Глава 1. Стадии проектирования
- •Глава 2. Методы инженерно-геологических исследований
- •Глава 3. Инженерно-геологические исследования для гидротехнического строительства
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- •СОДЕРЖАНИЕ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Саяно-Шушенский филиал
Красноярского государственного технического университета
К.Ю. Мосин
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом филиала в качестве учебного пособия
Саяногорск - 2005
УДК 624.131.1 М 81
Мосин, К.Ю.
М 81 Инженерная геология: Учебное пособие/ К.Ю. Мосин; СШФ КГТУ. Саяногорск, 2005. 142 с.
Предназначенодлястудентовспециальности«Гидроэлектростанции». Может быть полезно инженерно-техническим работникам гидроэнергетической отрасли
УДК 624.131.1
© СШФ КГТУ, 2005 © К.Ю. Мосин, 2005
Редактор Н.А. Журавлева
Подп.в печать 27.04.2005.Формат бумаги 60х84/16. Бумага тип. №3. Усл-.печ.л. 4,75. Тираж 100 экз. Заказ 1С.
3
ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Введение. Основные задачи и значение инженерной геологии
Строгоговоря, названиекурса"Инженернаягеология" - несовсем правильное. Врамкахданногокурсабудутданысведенияизтакихразделов геологической науки, как общая геология, минералогия и петрография, структурнаягеология, собственноинженернаягеологияигидрогеология.
Итак, геология- наукаоЗемле, оеесоставе, строениииразвитии, о процессах, протекающих на ней. С древнейших времен люди стали изучатьстроениеЗемли, состависвойстваразличныхгорныхпород, процессы, непрерывно изменяющие земную поверхность. К концу XVIII века было накоплено столько сведений о Земле, что смогла сформироваться самостоятельнаянаука. Средиосновоположниковгеологической науки, в ее современном понимании, следует указать М. В. Ломоносова и его капитальный труд «О слоях земных»; немецкого ученого А.Г.Вернера, автораклассификацииминералов; английских ученыхД. Геттона, «Теория Земли» и Ч. Ляйеля «Основы геологии».
Вдальнейшем, интенсивноеразвитиегеологиипривелокнакоплению обширнейшего количества фактического материала, что привело к обособлению отдельных разделов геологической науки в самостоятельные научные дисциплины. В настоящее время существует около 2-х десятковтакихдисциплин. Можновыделитьнесколькоосновныхнаправлений, на которые расчленяется геология:
1.Науки, изучающиевещественныйсоставЗемли(циклнаук, объединяемых термином "геохимия").
2.Науки, изучающиепроцессы, протекающиевЗемле(динамическая геология).
3.Науки, изучающиеисториюразвитияЗемли(историческаягео-
логия).
4.Науки, направленные на практическое использование недр (практическая геология).
К первому направлению относятся:
Кристаллография- наукаокристаллах, ихвнешнейформеивнутренней структуре;
Минералогия - наука о минералах. Минерал представляет естественноехимическиоднородноетело, обладающееопределеннымхимиче-
4
ским составом и физическими свойствами, возникшее в результате различных геологических процессов, протекающих в Земле.
Петрография- наукаогорныхпородах. Горныепородыобразуются каксочетаниенесколькихминералов. Петрографияизучаетминералогический 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, ихраспределениеимиграцию. Геохимияявляетсясинтезирующейнаукой поотношениюкминералогииипетрографии, объектыизучениякоторых - минералыигорныепородыпредставляютсяопределеннымиэтапамив жизнихимическихэлементов. Геохимияоперируетатомами, минералогия изучаетсочетанияатомов(минералы), апетрографиясочетанияминералов (горные породы).
Ковторомунаправлениюотноситсядинамическаягеология- наука о процессах, протекающих в недрах Земли и на ее поверхности. В зависимостиотисточникаэнергииониподразделяютсянапроцессывнутреннейдинамики(эндогенные) ипроцессывнешнейдинамики(экзогенные). Сэндогеннымипроцессамисвязанытакиеявления, какдвиженияземной коры, землетрясения, извержения вулканов. С экзогенными процессами связаныжизньиразвитиеморей, рек, подземныхвод, геологическаядеятельность ветра, льда, болот и озер и т.д. Всего в данном направлении насчитывается около десятка дисциплин.
Ктретьемунаправлениюотноситсяисторическая геология, котораязанимаетсяизучениемисторииразвитияземнойкорыиорганической жизни. Она в свою очередь также подразделяется на ряд наук.
Кпрактическойгеологииотносятсятенауки, которыезанимаются изучениемнедрЗемливпрактическихцелях. Здесьдваосновныхнаправления: учениеополезныхископаемыхиучениеобинженерныхусловиях 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 заводскомпроизводстве", составленнаяГригорием Махотиным. Изначально, геологическиеисследованиядлястроительствавелисамистроители; каксамостоятельнаянаукаинженернаягеологиясформироваласьтолько
вXX 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.
5
Три основные задачи инженерной геологии:
1.Изучение состава, строения, состояния, свойств и условий распространениягорныхпород(грунтов), определяющихихповедениепри взаимодействии с инженерными сооружениями;
2.Изучениегеологическихпроцессов, какприродных, такивозникающихвсвязисвозведениемиэксплуатациейсооружений, сцельюустановления характера этих процессов, их влияния на существование сооружений, а также разработка рекомендаций по регулированию этого влияния и охране окружающей среды;
3.Установлениезакономерностейпространственногораспространения инженерно-геологических условий.
Решениевсехэтихзадачтребуетотчетливогопредставленияобусловиях 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.
Вместестем, несмотрянавсюсложностьимногообразиеприродных процессов и явлений, они связываются некоторой внутренней обусловленностью и закономерностями своего выражения, которые могут быть сформулированы следующим образом.
1-я закономерность. Инженерно-геологическиеусловиявозведе- нияиработысооруженийопределяютсяхарактеромгрунтовипород, слагающихоснованиясооружений, ихсвойствами, условиямиихзалегания, режимом подземных вод, а также характером и условиями возможного проявления разнообразных геодинамических процессов и явлений.
2-я закономерность. Инженерно-геологические (строительные) свойствагрунтовопределяютсяихсоставом, состоянием, атакжеструктурными и текстурными особенностями.
3-я закономерность. Состависостояниегорныхпородигрунтов, ихструктурныеитекстурныеособенности, атакжеусловияихзалегания определяютсяхарактером исходных пород, послуживших материалом к их образованию, условиями (генезисом) и обстановкой образования, а такжехарактеромпоследующихвидоизмененийпородигрунтовподвоздействием тех или иных геологических процессов и явлений.
4-я закономерность. Характериинтенсивностьпроявленияуказанныхгеологическихпроцессовиявленийопределяютсяособенностями строения Земли, как некоторого космического тела, и впервую очередь:
−наличием твердой внешней оболочки земногошара, именуемой земнойкорой, сложеннойгорнымипородамиихарактеризуемойотносительно малой мощностью;
−проявлениемвнедрахЗемлисложныхпроцессов, обуславливаю- щихтермическийиособыйфизико-химическийрежимнедрЗемлиина-
6
ходящихвсилуотносительномалоймощностиземнойкорытоилииное на ней отражение;
−воздействиемнагорныепороды, слагающиеземнуюкоруирельефземнойповерхности, внешнихпроцессовиявлений, связанныхсдеятельностью атмосферы и поверхностных вод.
Инженерная геология самым тесным образом связана с учением о подземныхводах- гидрогеологией. Развитиегидрогеологииначалосьнесколько 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 (игидрогеологических) исследований. Дляэтогосуществуютспециали- зированныеинженерно-геологическиеорганизации. Однакоприпроектировании и осуществлении строительства они должны знать, понимать и учитыватьинженерно-геологическиеигидрогеологическиеусловияпло- щадкистроительства. Онидолжныуметьправильноивовремяпоставить передгеологомзадачиинженерно-геологическихисследований; инжене- ры-строители должны уметь принимать правильное решение о проведе- нииинженерно-строительныхмероприятий, необходимыхвданныхконкретных условиях строительной площадки.
Труднопереоценитьзначениеинженернойгеологииигидрогеологии дляпромышленногоигражданскогостроительства. Безсомнения, всякое инженерноесооружениедолжнобытьвозведенонаиболеепросто, снаименьшимизатратамирабочейсилы, материаловивремени. Одновременно во всех своих частях и в течение всего периода эксплуатации оно должнообладатьнадлежащейпрочностьюиустойчивостью, аегодеформациянедолжнавыходитьзапределы, обеспечивающиенормальныеусловияэксплуатациисооруженияилиненарушающиееговнешниеархитектурные формы.
Для обеспечения указанных выше положений и требований необходим правильный учет местных природных условий.
Необходимоустановитьвоснованиисооруженияналичиегрунтовили горныхпороддостаточнойпрочностиинесущейспособности, соответствующимобразомзалегающих; оценитьвозможностьвлиянияподземных вод на грунты основания и само сооружение в процессе строительстваи эксплуатации; оценитьвозможностьвлияниянасооружение(каквпериод строительства, такиприэксплуатации) техилииныхгеологическихпроцессов и явлений, способных нарушить его устойчивость и прочность.
Впротивномслучае, дажебезупречноспроектированноеипостроенное сооружение может оказаться в тяжелом и даже аварийном положении. Примеров подобного рода аварий, к сожалению, немало.