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.
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 |
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
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.
Раздел 3. Магматические, осадочные и метаморфические
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 |
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.
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.
Раздел 6. Инженерно-геологические изыскания.
Полевые и лабораторные методы исследований.
ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ СТАТИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ
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.