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.