Ананьев, В.П.

А 64 Инженерная геология: Учеб. для строит, спец. вузов / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов.— 3-е изд., перераб. и испр.— М.: Высш. шк., 2005.— 575 с: ил.

15ВИ 5-06-003690-1

Рассмотрены главные принципы и законы инженерной геологии как на­уки о рациональном использовании геологической среды при строительстве. Изложены необходимые сведения из общей геологии, минералогии, петрог­рафии, геоморфологии. Приведены принципиальные положения гидрогеоло­гии. Подробно рассмотрены законы генетического грунтоведения. Оценены главнейшие физико-геологические и инженерно-геологические процессы, механизм их проявления и основные способы предотвращения и локализа­ции. Приведены данные по региональным особенностям инженерно-геоло­гической обстановки в Российской Федерации и других странах мира.

Изложены основные принципы инженерно-геологических изысканий для различных видов строительства, их организация, методы и способы осуществления, приведены основные приборы и оборудование, методоло­гия анализа и интерпретации данных в различных геолого-климатических районах.

Даны главные положения охраны геологической среды при строитель­стве.

Для студентов строительных специальностей вузов. Может быть полезен инженерам, а также преподавателям.

УДК 550.8 ББК 26.3

I8ВN 5-06-003690-1ОФГУП «Издательство «Высшая школа», 2005

Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Вы­сшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное издание претерпело определенные изменения на осно­ве анализа использования 2-го издания учебника в учебном про­цессе многих вузов России. Книга написана в соответствии с вновь разработанной и утвержденной примерной программой дис­циплины «Инженерная геология» согласно действующим пример­ным учебным планам подготовки дипломированных специалистов по направлению «Строительство» в рамках Государственного обра­зовательного стандарта.

Учебник подготовлен на базе современных представлений об инженерно-геологической науке и ее новейших достижений.

В данном издании переработан текст, обновлены материалы в соответствии со вновь введенной в действие нормативной лите­ратурой в области строительства, особенно такие разделы, как генетическое грунтоведение, основы гидрогеологии, охрана при­родной геологической среды.

В третьем издании сохранена универсальность содержания учебника с целью использования студентами разных специально­стей и направлений подготовки строителей и архитекторов. При определенных методических приемах учебник может быть поле­зен для студентов средних специальных учебных заведений.

Учебник может быть использован как методическое и практи­ческое руководство инженерами-строителями в производственной и проектно-конструкторской деятельности, а также специалиста­ми изыскательских организаций.

3-е издание учебника «Инженерная геология» рассматривается как базовый элемент учебно-методического и дидактического обеспечения данной дисциплины и предусматривает возможность использования как рекомендованного Министерством образова­ния РФ учебного пособия «Задачи и упражнения по инженерной геологии» (С.Н. Чернышев, А.Н. Чумаченко, И.Л. Ревелис), так и внутривузовских учебных пособий и методических указаний, что в целом должно значительно повысить качество приобретаемых студентами знаний в инженерной геологии.

Учебник ориентирован на использование преподавателями строительных вузов в их практической работе.

При разработке 3-го издания учебника использованы иллюст­ративные и фактические материалы, любезно предоставленные проф. Милинко Васичем из Университета Нови Сад. В написа-

нии глав 9, 16, 25 и 34 принял участие профессор, канд. техн. наук Г.А. Паушкин.

Авторы благодарят за помощь в редакционной работе над текстом учебника и составлением словаря ст. преп. Т.Г. Богомоло­ву, а также за помощь в подготовке рукописи 3-го издания учеб­ника инженеров И.О. Богомолову и А.В. Манько.

Авторы признательны за ценные замечания и предложения, высказанные проф. В.М. Кутеповым, доц. Н.А. Филькиным, проф. В.И. Осиповым, проф. С.Н. Чернышевым, проф. И.В. Дудлером и др., позволившие улучшить структуру и содержание учебника.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Геология — комплекс наук о составе, строении, истории раз­вития Земли, движениях земной коры и размещении в недрах Земли полезных ископаемых. Основным объектом изучения, ис­ходя из практических задач человека, является земная кора.

Геология входит в число основных естественных наук и в са­мостоятельную ветвь естествознания выделилась в XVIII — начале XIX века. К числу основоположников научной геологии право­мерно относят великого русского ученого М.В. Ломоносова, а из зарубежных — Д. Геттона, Ч. Ляйеля и др.

В течение XIX века в геологии формируются самостоятельные научные дисциплины, имеющие в качестве объектов изучения от­дельные геологические феномены. В частности, в России в разви­тие минералогии и петрографии весьма значительный вклад внес­ли В.М. Севергин, А.Н. Заварицкий, А.Е. Ферсман. Создание исторической и динамической геологии тесно связано с именами В.А. Обручева, И.В. Мушкетова, А.П. Павлова, А.Д. Архангельско­го, Н.М. Страхова.

К концу XIX века наступило время формирования таких мо­лодых отраслей геологии, как гидрогеология и инженерная гео­логия. Основной причиной их возникновения стало активное освоение под строительство новых территорий, необходимость запасов воды для промышленных целей. Главную роль в станов­лении этих дисциплин сыграли научные труды Ф.П. Саваренско-го, М.М. Филатова, В.В. Охотина, а из зарубежных — К. Терцаги.

В настоящее время геология является типичной естественной наукой, обладающей комплексным характером и состоящей более чем из двадцати научных дисциплин, например таких, как стра­тиграфия, тектоника, минералогия, петрография, литология, сей­смология, палеонтология, геокриология, учение о полезных иско­паемых, геофизика, инженерная геология и гидрогеология и др.

В учебнике основное внимание сосредоточено на тех геологи­ческих дисциплинах, которые в той или иной мере связаны с во­просами строительства. Это минералогияи петрография— науки о минералах и горных породах; динамическая геология— учение о процессах, происходящих на поверхности и в недрах Земли; ис­торическая геология,которая изучает историю развития Земли; гидрогеология— наука о подземных водах; геоморфология— дис­циплина, изучающая развитие рельефа поверхности земной коры.

В прошлом столетии особое развитие получила инженерная геология— наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические (инженер­но-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.

Становление инженерной геологиикак самостоятельной отрас­ли геологии проходило в несколько этапов: первый этап, относя­щийся к концу XIX и первой трети XX в., характеризуется, в первую очередь, накоплением опыта использования геологиче­ских данных для строительства различных объектов, но особую роль при этом сыграло массовое строительство железных дорог в промышленно развитых странах мира. В России, например, в то время прокладывали железнодорожные пути через Кавказский хребет, строилась Транссибирская магистраль. Протяженность по­лотен дорог, значительное количество мостов и переходов, стан­ционных сооружений позволили строителям познакомиться с весьма различными геологическими условиями на обширных тер­риториях. Геология впервые стала находить практическое приме­нение в решении конкретных строительных задач.

На втором этапе, во второй трети XX в., инженерная геология утвердилась как самостоятельная наука и стала необходимой и во многом неотъемлемой частью строительного производства. Инже­неры-геологи приобрели необходимый опыт и разработали мето­дики оценки свойств горных пород (грунтов) не только качествен­но, но и, что особенно важно для проектирования объектов, количественно. Появились нормы и технические условия на стро­ительство в различных, в том числе и весьма сложных геоло­го-климатических условиях и при развитии опасных природных процессов (вечная мерзлота, сейсмические районы, лессовые просадочные грунты, оползнеопасные районы и т. п.). Начали функционировать специализированные инженерно-геологические изыскательские организации, оснащенные необходимым оборудо­ванием, приборами и высококвалифицированными кадрами. Поя­вились первые научные монографии по инженерной геологии (Н.В. Бобков, 1931 г., Н.Н. Маслов, 1934 г. и др.). Чрезвычайную роль в становлении инженерной геологии как науки сыграл труд Ф.П. Саваренского «Инженерная геология», в котором были обо­снованы главные закономерности, определены методы и задачи ин­женерной геологии. В последующие десятилетия на развитие инже­нерной геологии важнейшее влияние оказали российские ученые — И.В. Попов, В.А. Приклонский, Н.Я. Денисов, Н.В. Ко­ломенский, Е.М. Сергеев, В.Д. Ломтадзе, Л.Д. Белый и др.

Последняя треть XX в. является важнейшим этапом в развитии инженерной геологии, которая превратилась в самостоятельный весьма обширный раздел комплекса наук о Земле, способный ре-

шать сложнейшие задачи, обеспечивая строительство объектов в различных, в том числе самых трудных и неблагоприятных геоло­гических условиях. В современных условиях инженерная геология изучает геологическую среду для целей строительства и для обес­печения ее рационального использования и охраны от неблаго­приятных для человека процессов и явлений. Значительную роль в развитии инженерной геологии на данном этапе играют работы В.И. Осипова, В.П. Ананьева, В.Т. Трофимова, Г.К. Бондарика, И.С. Комарова, Г.С. Золотарева и других современных ученых. Развитие строительной деятельности и связанная с ним эволюция инженерной геологии приводит в настоящее время к сближению ее с комплексом экологических наук. Современная инженерная геология базируется на знаниях в области как естественных наук, таких, как физика, химия, высшая математика, биология, эколо­гия, география, астрономия, так и прикладных — гидравлика, гео­дезия, климатология, информатика и др.

Инженерная геология в классическом представлении включа­ет три главные самостоятельные, тесно связанные между собой научные направления, изучающие три главных элемента геологи­ческой среды:

• грунтоведение — горные породы (грунты) и почвы;

• инженерная геодинамика — природные и антропогенные гео­
логические процессы и явления;

• региональная инженерная геология — строение и свойства
геологической среды определенной территории.

Кроме того, в состав современной инженерной геологии входят многие специальные разделы, имеющие уровень самостоятельных наук: механика грунтов; механика скальных пород; инженерная гидрогеология; инженерная геофизика; геокриология (мерзлотове­дение). Интенсивно развивается морская инженерная геология, а также комплексная дисциплина по охране природной среды, осно­вой которой является геоэкология как наука об условиях и процес­сах в главнейших жизнеобеспечивающих геосферах: атмосфере, гидросфере, литосфере и их взаимодействиях с биосферой, вклю­чая антропогенное влияние. Иными словами, инженерная геоло­гия все более сближается в решениях проблем с экологией.

Главная цель инженерной геологии — изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологиче­ской среде, и в первую очередь в породах, в процессе строитель­ства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а в последствии может быть ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.

Все это определяет основные задачи, которые стоят перед ин­женерами-геологами в процессе изыскательских работ еще до на­чала проектирования объекта (при принятии решения о строите­льстве, об инвестировании проекта и т. п.), а именно:

• выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отно­
шении места (площадки, района) строительства данного объекта;

• выявление инженерно-геологических условий в целях опреде­
ления наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта
в целом, а также технологии производства строительных работ;

• выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям и со­
оружениям инженерной защиты территорий и охране геологической
среды при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Перед студентами строительных вузов, которые изучают ин­женерную геологию, стоят также вполне конкретные задачи. По завершении обучения они должны знать важнейшие законы и базовые понятия по общей геологии, гидрогеологии, грунтоведе­нию, инженерной геодинамике, региональной инженерной геоло­гии, владеть основными положениями нормативной литературы, такой, как СНиП 11.02—96 «Инженерные изыскания для строи­тельства», СНиП 2.01.15—90 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов», ГОСТ 25100—95 «Грунты» и др.; иметь представления о составе и порядке подготовки технического задания на инженерно-геологи­ческие изыскания, о составе программы инженерно-геологиче­ских изысканий, уметь квалифицированно анализировать матери­алы отчета по инженерно-геологическим изысканиям, принимать по этим данным правильные инженерно-строительные решения, оценивать долговременное влияние построенных объектов на природную среду, а также то, как эта среда воздействует на нор­мальную эксплуатацию зданий и сооружений.

Сложный узел проблем, возникающих при взаимодействии современных строительных объектов с окружающей, в том числе и с геологической, средой определяет необходимость для инже­нера-строителя обладать знаниями в инженерной геологии, а для инженера-геолога — в области строительства. В настоящее время только такое «взаимопроникновение» позволяет грамотно и эко­логично решать все задачи при строительстве, эксплуатации, ре­конструкции и ликвидации строительных объектов, т. е. на про­тяжении всего «жизненного цикла» строительного проекта, в том числе и на основе вновь развивающейся геоэкологической науки, которая охватывает взаимодействие всех главнейших геосферных жизнеобеспечивающих оболочек и их влияние на среду обитания человека, а также обратную реакцию строительства на эти гео­сферы, в том числе и на биосферу.