Раздел 1. Основы инженерной геологии и гидрогеологии

Раздел 1. Основы инженерной геологии и гидрогеологии.

1.1.Дисциплина «Инженерная геология» и её связь с другими естественными и техническими науками. Роль инженерной геологии.

1.2. Краткие сведения о развитии инженерной геологии как науки. Особая роль инженеров путей сообщения в становлении и развитии инженерной геологии в России. (1) стр. 2-5, 5-11

1.3. Строение Земли (Понятие о геосферах). Химический состав и физические свойства. (1) стр. 12-15

 

Дисциплина «Инженерная геология» и её связь с другими естественными и техническими науками.

Роль инженерной геологии.

Возникновение инженерной геологии и развитие ее на первых этапах были связаны со строительством. Исследование горных пород в строительных целях… Первый этап - когда строители и горные инженеры самостоятельно изучали горные… С целью обобщения накопившегося опыта строительства и исполь­зования его в сходных условиях строителям самим пришлось…

Возникновение грунтоведения и механики грунтов.

Грунтоведение с самого начала развивалось как естественноисторическая наука. Большое значение для его развития имели работы П. А. Земятченского, М.… Механика грунтов рассматривает те общие закономернос­ти, которые вытекают из… В западных странах изучение горных пород для строительных целей стало осуще­ствляться преимущественно в рамках…

Краткие сведения о развитии инженерной геологии как науки. Особая роль инженеров путей сообщения в становлении и развитии инженерной геологии в России.

При решении вопросов, связанных со строительством, мало знать особенности горных пород, изучаемые грунтоведением и механикой грунтов. До начала строительства, на стадии выбора наилучшего варианта участка и объ­ективной оценки конкурирующих вариантов, необходим широкий круг сведений о геологическом строении территории, геологических процес­сах, которые уже протекают или могут возникать в результате строи­тельства, о гидрогеологических условиях и т. д. Изучение этих вопросов взяла на себя новая наука — инженерная геология.

Впервые, под названием «Ин­женерная геология» в 1929 г. вышла книга Редлиха, Кампе и Терцаги на немецком языке, но в ней обоснование названия и изложение методологических основ инженерной геологии отсутствовали.

Инженерная геология как наука оформилась при гидротехническом строительстве в результате реализации плана электрификации. Большое значение для возникновения и развития инженерной геологии имели работы Ф. П. Саваренского, Г. Н. Каменского, Н. Ф. Погребова, И. В. Попова, Н. Н. Маслова, М. П. Семенова. R А. Приклонского и др., принимавших участие в изысканиях под строительство гидроэлектростанций на Волге, Днеп­ре, по трассе канала Волга—Москва и др. Большой вклад в станов­ление инженерной геологии как науки внесли крупнейшие советские геологи: Е. Б. Милановский, Г. Ф. Мирчинк, И. С. Шацкий и др.

B 1929 г. была открыта кафедра инженерной геологии в Ленинград­ском горном институте, а в 1931 г. - в Московском геологоразведочном институте. В 1937 г. вышли в свет книги: «Инженерная геология» Ф. П. Саваренского и «Методика инженерно-геологических исследова­ний для гидротехнического строительства», написанная М. П. Семеновым, Н. И. Биндеманом и М. М. Гришиным, которые окончательно закрепили представление об инженерной геологии как новой отрасли геологической науки.

В те же годы за рубежом возникла «геотехника», которая получи­ла широкое развитие в Швеции, Норвегии, Германии, Англии США и ряде других стран. На первое место в «геотехнике» выдвигались меха­нико-математические методы анализа геологических и инженерно-гео­логических явлений, влияющих на устойчивость сооружения, а геологическим исследованиям отводилась второстепенная роль.

В 1951 г. вышел учебник «Инженерная геология» И. В. Попова. В нем автор пишет: «Инженерная геология как наука является от­раслью геологии, изучающей динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека».

Инженерная геология, подобно всей современной науке, развивалась под влиянием процессов дифференциации и синтеза. В результате дифференциации сформировались три основных раздела инженерной геологии (три инженерно-геологические дисциплины): грунтоведение,
инженерная геодинамика и региональная инженерная геология. Процесс синтеза в инженерной геологии выражается во взаимопроникновении инженерно-геологических дисциплин и во взаимосвязи инженерной геологии со смежными науками, в первую очередь с гидрогеологией и мерзлотоведением, а также минералогией, астрографией, литологией, почвоведением, геохимией и др.

Благодаря этому оказалось возможным создать в 1968 г. на ХХII Международном геологическом конгрессе Международную ассоциацию инженеров-геологов (МАИГ). Однако нельзя сказать, что развитие инженерной геологии завер­шилось. В настоящее время значительно расширяется круг задач, сто­ящих перед инженерной геологией. В связи с этим изменяется и поня­тие самого термина «инженерная геология».

В 1944 г. В. И. Вернадский ввел понятие о «ноосфере» — сфере разума, «где человек становится крупнейшей геологической силой». Справедливость его слов становится все более очевидной по мере развития научно-технического прогресса. Следующие примеры подтверждают это положение. На 1970 год площадь Земли, занятая под жилые застройки и другие инженерные сооружения, составляла 4% суши, а к 2000 г. эта площадь занимает, около 15% суши.

Особая роль принадлежит городам. Город — это территория, где воздействие чело­века на поверхностную часть литосферы наиболее интенсивно и разно­образно; это воздействие может достигать глубины 100 и более метров. Деятельность людей, связанная с горными и строительными рабо­тами, по своим масштабам соизмерима с денудационной работой рек. Производственная деятельность людей приводит к ежегодному пере­мещению 10 000 км³ (Рябчиков, 1973) вещества. На поверхности Земли оказываются тысячи кубокилометров отвалов пород, ничего общего не имеющих с современным четвертичным покровом.

Общая протяженность железнодорожной сети мира составляет около 1 400 тыс. км. Породы, положенные в насыпи железных и шос­сейных дорог, сопоставимы с современными отложениями рек.

Протяженность берегов искусственных водохранилищ составляет десятки тысяч километров.

На всем этом протяже­нии идет интенсивная переработка берегов, образуются оползни, происходят процессы засоления и заболачивания.

Длина оросительных магистральных каналов превышает 300 тыс. км, что составляет 3/4 расстояния между Землей и Луной. Мелиоративное и ирригационное строительство захватывает мас­сивы в десятки и даже сотни квадратных километров. Площадь оро­шаемых земель к концу ХХ века во всем мире дос­тигает 200 млн. га. Не меньшая площадь подвергается осушению. На этих площадях человек коренным образом меняет водный режим и состояние почв и горных пород, слагающих поверхностную часть Земли. Количество примеров, показывающих масштабы воздействия чело­века на поверхностную часть литосферы, можно было бы умножить. Вся инженерно-хозяйственная деятельность людей тесно связана между собой и в такой же тесной связи оказываются различные виды воздействия человека на земную кору. Однако в настоящее время наибольшее значение в этом отношении имеет строительная и горно­добывающая деятельность людей, под влиянием которой в первую очередь «меняется лик Земли, исчезает девственная природа» (Вер­надский, 1944).

Интенсивное воздействие человека на поверхностную часть земной
коры требует изучения инженерно-геологических условий крупных территорий и прогноза их изменения под влиянием деятельности человека на длительное время. При этом под инженерно-геологическими условиями понимаются существующие в данное время особенности геологи­ческого строения территории, состава и свойств горных пород, геологи­ческих процессов, рельефа и подземных вод. Без знания этих условий невозможно рациональное решение проблем, связанных с инженерным воздействием человека на поверхностную часть земной коры.

Таким образом, в настоящее время инженерная геология не только обеспечивает необходимыми данными проектировщиков и строителей при возведении самых разнообразных сооружений (что само по себе имеет большое практическое значение), но решает сложные научные проблемы, возникающие при изучении поверхностной части земной коры как объекта воздействия человека на литосферу. Инженерная геология из науки, имеющей главным образом прикладное значение, все в большей и в большей степени становится наукой о ноосфере. Сейчас инженерную геологию можно определить как науку о геологической среде, ее рациональном использовании и охране в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.

Под геологической средой следует понимать горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека, что приводит к изменению природных геологических процессов и возникновению новых антропогенных (инженерно-геологических) процессов, изменяющих инженерно-геологические условия определенной территории.

При таком определении геологической среды каждый из современных разделов инженерной геологии приобретает определенный аспект при решении стоящих перед ним задач, к которым относятся: грунтоведение, инженерная геодинамика, региональная инженерная геология, инженерная геология месторождений полезных ископаемых, инженерная геология массивов горных пород, инженерно-геологические исследования и изыскания.

Минералогия Петрография Литология Почвоведение Мерзлотоведение Геохимия

Историческая геология Геотектоника Сейсмология Гидрогеология Динамическая геология

Метеорология Климатология Гидрология Геоморфология Геофизика Ландшафтоведение

Химия Коллоидная химия Физическая химия Органическая химия

Инженерная геология Изучение горных пород, их массивов, геологических процессов в связи с инженерной деятельностью человека

Математика Физика Механика (механика грунтов)

Грунтоведение Изучение природы, состава, сложения, состояния и свойств пород и прогноз их изменений под действием естественных и искусственных факторов

Инженерная геодинамика Изучение геологических и инженерно-геологических процессов и явлений и прогноз их развития при строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений

 

Инженерная геология массивов горных пород Изучение условий залегания и существования, строения массивов горных пород как среды и оснований проектируемых сооружений и их комплексов и прогноз изменений этих условий при строительстве и эксплуатации инженерных объектов

Региональная инженерная геология Изучение закономерностей пространственного распределения инженерно-геологических условий, типизация и инженерно-геологическое районирование территорий

Инженерная геология месторождений полезных ископаемых Изучение месторождений полезных ископаемых для: геологического обоснования и окончательной промышленной оценки, способов вскрытия и системы отработки, разработки основ рационального использования геологической среды и ее охраны от негативного воздействия горного производства

Инженерно-геологические исследования и изыскания Виды (состав) специальных способов изучения, методика, и аппаратура исследований и изысканий, обеспечивающие получение данных для оценки инженерно-геологических условий массивов пород среды и оснований проектируемых сооружений и зданий, прогноза изменения этих условий, а также позволяющие разработать мероприятия по взаимодействию инженерных объектов с природной средой в желаемом направлении с учетом охраны окружающей среды

Строение и химический состав Земли. Понятие о сферах Земли.

По форме, вначале её считали плоской, затем – c 530 г. до н.э. - шарообразной, к этому выводу пришел Пифагор. После измерения длины парижского… Пришли к выводу: Радиус полярный – 6356, 777 км, Радиус экваториальный - 6378,… В настоящее время учёные определили, что форма Земли имеет вид сложной геометрической фигуры – геоид. За основу взяли…

Общая характеристика геоида

Раздел 2. Основные породообразующие минералы.

2.1. Минералы как составная часть горных пород ( 1) стр. 26-35

2.2. Главнейшие породообразующие минералы, их химический состав и физические свойства (1) стр.36-57

Минералогия.

Задачи минералогии. 1. Изучение состава, физических и химических свойств минералов с целью их… 2. Изучение закономерностей сочетания и последовательности образования минералов для использования при поисках и…

Минералы как составная часть горных пород.

Минералы– однородные по составу части горных пород, представляющие собой природные химические соединения и являющиеся естественными продуктами различных геологических процессов.

В земной коре известно более 300 минералов, но подлежат изучению только около 100, так как остальные минералы встречаются в природе в виде вкраплений.

Существуют специальные разделы минералогии:

- кристаллография, изучающая формы минералов;

- кристаллохимия, изучающая связь химического состава со структурой, симметрией и свойствами кристаллов;

- кристаллофизика, изучающая физические свойства минералов.

Образование.

Эндогенные – глубинные, связанные с внутренней энергией Земли. Образование обусловлено магматической деятельностью, в результате чего, образуются… Экзогенные – происходят на поверхности Земли, в атмосфере и гидросфере.…

Физические свойства минералов.

Твёрдость– этоспособность минерала противостоять внешним механическим воздействиям. Для определения твёрдости минералов пользуются шкалой Мооса,… Спайность –способность минералов раскалываться по определённым направлениям.… Форма минералов: равновеликие (пирит), призматические, столбчатые, игольчатые (роговая обманка), волокнистые (асбест),…

Раздел 3. Магматические, осадочные и метаморфические

Горные породы.

3.2. Осадочные породы ( 1) стр. 36-45, 45-53, 57-60, 163-168, 168-170 3.3. Метаморфические горные породы ( 1) стр. 53-57, 270-288, 115-122 Земную кору слагают горные породы, различные по происхождению и составу. Обычно они состоят из нескольких минералов,…

МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

В одних случаях магма вторгается из недр в толщу лежащих выше пород и застывает на большей или меньшей глубине (образуются глубинные или интрузивные… Свойства магматических пород зависят от положения остывающих магматических тел… Магматические одразделяются на: глубинные (интрузивные), излившиеся (эффузивные) и жильные

Осадочные горные породы

Разложение пород в поверхностных частях земной коры происходит в результате физического выветривания (колебания температуры, расклинивание трещин… Осадочные горные породыподразделяются на: обломочные, органогенные и породы… Образуются в процессе разрушения, переноса, накопления и преобразования продуктов переработки ранее возникших горных…

Метаморфические горные породы

Для метаморфических пород характерна полнокристаллическая структура и сланцеватая текстура. Внешне сланцеватость напоминает собой слоистость… Обломочные горные породы– это породы, образованные в процессе выветривания: … рыхлые зернистые грунты – пески, гравий, галька, дресва, щебень;

Примеры метаморфизма главнейших осадочных пород

Пояс выветривания	Пояс цементации	Пояс метаморфизма
верхний глубинный	средний глубинный	нижний глубинный
Чистый кварцевый песок	Кварцевый песчаник	Кварцит	Сланцевый кварцит	Перекристаллизованный кварцит
Глина	Глинистый сланец	Филлит	Слюдяной сланец	Гнейс
Кварцевый песок с глиной	Песчаник	Серицитовый кварцит	Слюдяной кварцит	Кварцитовидный гнейс
Кварцевая галька с глинистым цементом	Кварцевый конгломерат	Филлитовый конгломератослюдяной сланец	Конгломератослюдяной сланец	Конгломератовый гнейс и слюдяной сланцевый гнейс
Мергель	Известковый сланец	Известковый филлит	Известково-слюдяной сланец	Гнейс с кальцийсиликатами
Чистый известняк	Полукристаллический известняк	Тонкозернистый мрамор	Крупнозернистый сланец	Грубозернистый мрамор

 

Механические свойства горных пород

Следовательно, механические свойства песчаных и глинистых пород как и любых других, характеризуются их деформируемостью и прочностью. Их выражают… Показателями, выражающие сопротивление пород сдвигу, дают возможность… Сжимаемостью породы называют ее способность к уменьшению объема под воздействием нагрузки.

Физико-механические свойства горных пород.

В результате накопился аналитический материал по угленосным бассейнам, рудным районам и отдельным место­рождениям. Этот материал частично… Bce это показывает, что изученность свойств горных пород месторождений… При исследованиях свойств горных пород применяются глав­ным образом лабораторные методы и совершенно недостаточно…

Физико-механические свойства скальных и полускальных пород подразделяются также на физические, водные и механические.

Главнейшими физическими свойствами этих пород является плотность и пористость, кроме того у полускальных пород имеет значение влажность. Для характеристики физического состояния скальных и полускальных пород решающее значение имеют: степень их выветрелости, трещиноватости и закарстованности.

Водные свойства главнейшие: водоустойчивость, влагоемкость и водопроницаемость.

Водоустойчивость характеризуется в первую очередь их размягчаемостью. Любые горные породы, в том числе и кварцит, базальт и др. при насыщении водой размягчаются и теряют свою прочность.

Водопроницаемость. Скальные породы проницаемы только по трещинам. В полускальных – движение воды происходит как по трещинам, карстовым полостям и другим сверхкапиллярным пустотам, так и отчасти при соответствующих напорах – по микротрещинам и порам.

Механические свойства скальных и полускальных пород характеризуются также прочностью и деформируемостью.

Прочность скальных и полускальных пород принято выражать и оценивать временным сопротивлением сжатия, растяжению, сдвигу (скалыванию) и реже изгибу.

Полускальные породы (песчаники и алевролиты с глинистым цементом, глинистые сланцы, аргиллиты, глинистые известняки, доломиты и мергели и др.) отличаются от скальных пород пониженными прочностью и сопротивляемостью деформациям.

Деформации полускальных пород в обычных условиях до сравнительно небольшого значения нагрузки бывают упругими, затем когда нагрузка превышает предел пропорциональности, деформация растет быстрее нагрузки, получает развитие упруго-вязкие или остаточные пластические деформации.

Имеются дополнительные характеристики физико-механических свойств скальных и полускальных пород. Такие как: крепость горных пород, твердость, истираемость, износ, абразивность, буримость, морозоустойчивость и др.

Закономерности пространственной изменчивости свойств грунтов.

Стратиграфия как известно отражает последовательность образования отложений и комплексов горных пород разного возраста, слагающих территорию и их… Многие горизонты, слои, толщи и комплексы горных пород, характерные в… Стратификация показывает границы раздела между петрографическими типами пород в геологическом разрезе, положение…

Применение горных пород в строительстве.

Песок и гравий используются в качестве заполнителей бетонов, мрамор и кварцит в качестве облицовочного материала, гнейсы – для устройства… Раздел 4. Подземные воды (классификация и законы движения) 4.1. Общие сведения о подземных водах.

Раздел 5. Процессы динамики Земли.

5.1. Внутренняя динамика Земли

5.2 Внешняя динамика земли

5.3. Сейсмические явления.

5.4. Геологическая работа текучих вод.

5.5. Геологическая работа рек.

5.6. Геологическая работа моря

5.7. Геологическая работа озёр и болот.

5.8. Процессы, обусловленные действием отрицательных температур.

5.9. Геологическая работа ледников.

5.10. Движение пород на склонах.

5.11Плывуны.

5.12. Карст.

Внутренняя динамика Земли.

Формирование технически важных свойств грунтов происходит в результате и на фоне борьбы двух мощных стихий: внешней и внутренний динами Земли. Под… 5.2. Внешняя динамика: денудационные процессы. В основе процессов внешней динамики Земли лежит энергия Солнца. Они появляются в виде действия осадков, ветра, рек,…

Происхождение пород.

Изверженные породы относятся к категории скальных. Их отличает высокая прочность (100 и 1000 кгс/см2). Они практически несжимаемы. Однако из-за… Осадочные породы образуются из продуктов разрушения других пород,… Метаморфические породы образуются в глубоких зонах земной коры, перекристаллизацией магматических и осадочных пород.…

Региональная геология, формации и фации.

Регионом называется территория, характеризующаяся определённым типом формации. Изучением геологических условий отдельных регионов занимается… Неотектоника – зона тектонических воздействий в настоящее время – движение… Диагенез – стадия формирования свойств пород (грунтов), сводится физически к двум процессам: уплотнению и…

Основные типы грунтов и особенности строения грунтовых толщ.

Все нескальные грунты всегда осадочного происхождения. Все магматические и метаморфические – скальные. Все нескальные породы образовались из… Элювием в генетическом отношении называют всякий нескальный и неперемещённый… Грунты, которые откладываются на новом месте, называются перемещёнными . Они рыхлые и слабые на большие глубины. Они…

Основные строительные категории грунтов.

Песчаные. Песок (крупный и мелкий): как объект производства работ и с точки зрения основания. Песок в откосе котлована – главным образом песок… Пылеватые и глинистые грунты (глины, суглинки и супеси). Пылеватые и глинистые грунты, прошедшие стадию раннего метаморфизма (алевролит – пылеватый, аргиллит – плотная,…

Основы гидрогеологии.

В связи с тем, что решения механики грунтов неточные, приходится прибегать к качественной оценке геотехнических условий, исходя из того, что нам…

Для характеристики инженерно-геологических условий

Должны быть освещены: 1) Строение верхней части грунтовой толщи, участвующей, так или иначе, в… 2) Типы и свойства грунтов, входящих в активную толщу.

Основные типы грунтов и особенности строения грунтовых толщ.

Все нескальные грунты всегда осадочного происхождения. Все магматические и метаморфические – скальные. Все нескальные породы образовались из… Какой грунт элювий? Надо исследовать на сжимаемость и прочность. Грунты, которые откладываются на новом месте, называются перемещёнными . Они рыхлые и слабые на большие глубины. Они…

Основные строительные категории грунтов.

2. Песчаные. Песок (крупный и мелкий): как объект производства работ и с точки зрения основания. Песок в откосе котлована – главным образом песок… 3. Пылеватые и глинистые грунты (глины, суглинки и супеси). 4. Пылеватые и глинистые грунты, прошедшие стадию раннего метаморфизма (алевролит – пылеватый, аргиллит – плотная,…

Раздел 6. Инженерно-геологические изыскания.

Общая систематизация методов инженерно-геологических исследований.

Под инженерно-геологической съемкой следует понимать выполнение комплекса полевых, лабораторных и камеральных исследований с целью получения… В инженерной геологии используют общегеологические (наземные и аэровизуальные… По характеру оценки свойств среды компонентов инженерно-геологических условий методы целесообразно разделить на прямые…

Полевые и лабораторные методы исследований.

Наземные и аэровизуальные наблюдения.

Геологическое описание горных пород позволяет: составить геологический разрез, на котором можно отразить все данные, важные с точки зрения… При описании отмечается характер контактов геологических тел (особенно…

ГОРНЫЕ И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

Закопушка. Изучение пород, залегающих под почвенным слоем, под приповерхностным слоем других пород небольшой мощности (до 0 5 и) Прослеживание… Расчистка. Изучение пород на склонах, залегающих под осыпями или делю вием,… Канава. Изучение пород с крутым сечением, вертикальной трещиноватостью, приповерхностных зон дробления на глубину до 3…

ДИНАМИЧЕСКОЕ, УДАРНО-ВИБРАЦИОННОЕ И СТАТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ, ПЕНЕТРАЦИОННО-КАРОТАЖНЫЙ МЕТОД

По способу погружения конуса (забивка, вдавливание) разли­чают динамическое и статическое зондирование. Динамическое зондирование предназначено для… Зонд, включающий штанги и наконечник, забивают в грунт ударами молота,… Вибрационное зондирование основано на погружении зонда в грунт вибромолотом массой 350 кг с частотой ударов 300-1200 в…

ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ СТАТИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ

В ШУРФАХ И СКВАЖИНАХ

Сущность метода заключается в натурном моделировании процесса деформирования (уплотнения) достаточно большого (по сравнению с лабораторной пробой)… После монтажа установки в шурфе или скважине штамп нагружают ступенями до… Наблюдения за осадкой штампа в первый час после приложе­ния нагрузке ведут через 10+10+ 10+ 15 + 15 мин, далее через…

ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ

ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ О СВОЙСТВАХ ГОРНЫХ ПОРОД И ГРУНТОВ

A. Основные методы лабораторных определений физико-механических свойств песчано-глинистых пород включают определение: - гранулометрического состава связных и несвязных пород; - плотности и объемной массы пород, расчет пористости;

Словарь понятий и терминов

АБРАЗИЯ – процесс механического разрушения волнами и течениями коренных пород. Проявляется особенно интенсивно у берега под действием прибоя. ГЕОХРОНОЛОГИЯ – измерение геол. времени. Абсолютная - устанавливает… АККУМУЛЯЦИЯ – накопление на поверхности суши или на дне водного бассейна минеральных веществ или органических…

Рекомендуемая литература

Основная литература

1. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 2002.

2. Шульгин Д.И. Инженерная гелогия для строителей железных дорог. – М.: Желдориздат, 2002.

Дополнительная литература

3. Седенко М.В. Геология, гидрогеология и инженерная гелогия. – Минск: Высшая школа, 1975.

4. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. – М.: Высшая школа, 1982.

5. Справочник по инженерной геологии. – М.: Недра, 1981.

6. Пешковский Л.М., Перескокова Т.М. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 1982.