I. Основы общей геологии

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

Екатеринбург

Подготовлено кафедрой материаловедения в строительстве

Конспект лекций для студентов всех форм обучения

Электронное текстовое издание

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

М.В. Венгерова, А.С. Венгеров

Министерство образования

и науки Российской Федерации

по направлению подготовки специалистов 270100.65 «Строительство»

ВВЕДЕНИЕ. 5

I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ. 7

1.1. Строение Земли и земной коры. 7

1.2. Породообразующие минералы и горные породы.. 15

1.2.1 Породообразующие минералы.. 15

1.2.2 Горные породы.. 22

1.3. Геохронология. 31

1.4. Глобальная геотектоника. 34

1. 5. Вулканизм и сейсмические явления. 36

II. ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ.. 42

2.1. Классификация грунтов Гост 25100–95. 42

2.2. Физические свойства грунтов. 43

2.3. Водно-физические свойства грунтов. 44

2.4. Деформационные свойства. 45

2.5. Прочностные свойства. 46

2.6. Классификационные показатели глинистых грунтов. 46

2.7. Классификационные показатели обломочных грунтов. 50

2.8. Классификационные показатели скальных грунтов. 52

III. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ... 54

3.1. Классификация подземных вод. 54

3.2. Законы движения подземных вод. 74

IV. ПРИРОДНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ.. 83

4.1. Экзогенные процессы и вызванные ими явления. 83

4.1.1 Выветривание. 83

4.1 2. Геологическая деятельность ветра. 87

4.1.3. Геологическая деятельность атмосферных осадков. 89

4.1.4 Геологическая деятельность рек. 91

4.1.5. Геологическая деятельность моря. 95

4.1.5 Геологическая деятельность озер, болот и водохранилищ.. 98

4.1.6 Геологическая деятельность ледников. 101

4.1.7 Движение горных пород на склонах рельефа местности. 106

4.1.8 Карстовые и суффозионные процессы.. 113

4.1.9 Мерзлотные процессы.. 120

4.2. Инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления. 126

4.2.1 Деформация над горными выработками. 126

4.2.2 Особенности лессовых грунтов. 127

4.2.3 Плывуны.. 128

V. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА……

5.1. Подготовительный этап. 130

5.2. Полевой период. 131

5.2.1. Разведочные выработки. 132

5.2.2. Бурение. 133

5.2.3. Геофизические работы.. 134

5.2.4. Полевые исследования грунтов. 135

5.2.5. Гидрогеологические исследования (опытно-фильтрационные работы) 138

5.2.6. Стационарные наблюдения (режимные) 139

5.3. Лабораторные и камеральные работы.. 140

В настоящее время необходимость подготовки строителей в области инженерной геологии возрастает. Участились аварии зданий из-за деформации оснований. В европейской части страны в больших городах строительство ведется в пределах существующей застройки, на землях, которые ранее не были использованы из-за сложности инженерно-геологических условий и даже ухудшены свалками грунта и отходов. Реконструкция существующих предприятий – обследование старых фундаментов и существующих оснований. Расширение подземного строительства.

В результате освоения дисциплины «Инженерная геология» студент должен:

– читать и анализировать геологическую графику (геологические карты, разрезы и т.д.);

– выбирать оптимальные проектные решения по размещению сооружений и способов производства земельно-строительных работ соответствующих природным условиям;

– идентифицировать строительный котлован и проектный чертеж, строительные материалы (свободно распознавать горные породы);

– прогнозировать неблагоприятные инженерно-геологические процессы, а также выбирать меры борьбы с ними;

– составлять проекты на инженерно-геологические изыскания;

– владеть основными положениями нормативной литературы: СНиП 11.02–96 «Инженерные изыскания для строительства», СП 11.105.–97 Инженерно-геологические изыскания для строительства, СНиП 2.01.15–90 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов», ГОСТ 25100–95 «Грунты».

Инженерная геология – отрасль геологии, которая изучает геологическое строение и динамику верхней части земной коры в связи с проектированием и строительством инженерных сооружений.

Цель инженерной геологии: изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде и породах в процессе строительства и эксплуатации.

Задачи инженерной геологии:

1. Выбор оптимального, благоприятного в геологическом отношении места, площадки строительства объекта.

2. Выявление инженерно-геологических условий для определения наиболее рациональной конструкции фундамента и производства строительных работ.

3. Выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации сооружений.

Инженерная геология – три научных направления.

– Грунтоведение – изучение физических и физико-механических свойств грунтов.

– Инженерная геодинамика – природные и антропогенные процессы.

– Региональная инженерная геология изучает строение и свойства геологической среды определенных территорий.

Кроме того, специальные разделы – механика грунтов, механика скальных грунтов, гидрогеология, геофизика, геокриология.

Краткий исторический очерк развития инженерной геологии. Акад. Пашкин Е.М. в книге: "Инженерная диагностика деформаций памятников архитектуры" (1998) описал аварии многих исторических зданий в прошлом и настоящем. В домонгольский период (до 15 в.) строили в основном на лежнях и мелких фундаментах. Затем перешли на деревянные сваи-коротыши, которые при плотной их забивке обеспечивали уплотнение слабых грунтов. Петропавловская крепость в начале 18 в. была построена на просмоленных дубовых сваях длиной Н=6–8 м и диаметром Д=35–40 см.

Исаакиевский Собор построен на 2,6 тыс. деревянных свай. Но это была 3 попытка его строительства. Предыдущий храм (в нач. 18 в.) не построили из-за подмыва берега р. Невой.

Первый Храм Христа Спасителя начали строить на Воробьевых горах еще в 1817 г. и прекратили строительство из-за оползней в 1827 году.

С середины 19-го века началось развитие железнодорожного строительства, грандиозных гидротехнических сооружений (Суэцкий канал), строительство мощных гидростанций в Швейцарии, Франции, США, наш БАМ и Амурскую ж/д начали строить в 1907-1910 гг. в условиях вечной мерзлоты. В 1910-1916 гг. провели строительство Черноморской ж/д от Туапсе до Сухуми и дальше в Закавказье. Еще раньше соорудили ж/д дорогу Армавир-Ставрополь, которую вскоре разрушили оползни.

Столкнувшись с непреодолимыми трудностями и аварийными ситуациями, для консультаций стали привлекать геологов и почвоведов. В 1882 году в России был создан Геологический Комитет, который объединил крупнейших геологов, будущих академиков – гордость российской науки (А.П.Карпинский, И.В.Мушкетов, В.А.Обручев, А.П.Павлов). Они оказали большую помощь при исследованиях ж/д трасс, строительстве мостов и тоннелей. Такую же помощь оказали выдающиеся ученые-почвоведы В.В.Докучаев, П.А.Костычев, В.Р.Вильямс, Н.М.Сибирцев.

После Октябрьской революции начались великие стройки социализма – каналы Беломоро-Балтийский, Москва-Волга и др. с плотинами, шлюзами, водохранилищами, Московский Метрополитен. Стройки консультировал американский проф., основатель современной механики грунтов Карл Терцаги. Он же написал первый учебник «Инженерная геология» (1929-1932). В 1937 г. в Харькове состоялось 1-е Всесоюзное совещание по просадочным грунтам. С начала 30-х гг. начали выходить методические пособия, инструкции и учебники по инженерной геологии. В 1929 г. была организована первая в мире кафедра инженерной геологии в Московском геолого-разведочном институте, затем в Ленинградском горном институте, МГУ и ЛГУ.

С 30-х гг. ведется осушение центра Москвы. На это отреагировали все здания Московского Кремля, построенные на деревянных сваях длиной до 12 м и на насыпных грунтах. Сваи при осушении грунтов стали гнить, а органика (щепки и т. д.) – разлагаться. Строительство Дворца съездов с осушением его котлована ускорило деформации. Набатная башня Кремля получила крен до 0,82 м. Основание самого большого здания Кремля – Арсенала (1736) размерами в плане 303х80 м и высотой Н=24 м укрепляли силикатизацией. Немецкой фирме "Бауэр" за укрепление грунтов и фундаментов под гостиницей "Метрополь" заплатили 4 млн. долл. Строительство нового Дворца правосудия на Арбате привело к деформациям соседнего 8-эт. дома и появлению трещин в старом здании генеральной прокуратуры. При строительстве станции метро "Боровицкая" начались осадки зданий Российской государственной библиотеки (до 132 мм).

Большой вклад в развитие инженерной геологии внесли: М.М.Филатов, И.В.Попов, Е.М.Сергеев, Н.Я.Денисов, Н.Н.Маслов, А.К.Ларионов, Н.В.Коломенский, В.И.Осипов, В.Т.Трофимов и др.

Сейчас отечественная инженерная геология представлена головным институтом ПНИИИС Госстроя, кафедрами вузов МГУ, МГРИ, ГРУ, РГСУ, МГСУ и др., трестами инженерно-строительных изысканий (ТИСИЗы). ПНИИИС Госстроя разрабатывает СНиПы, ГОСТы и другие нормативы по инженерным изысканиям.

В 1979 г. академик Е.М.Сергеев дал новое определение инженерной геологии как науки о геологической среде, ее рациональном использовании и охране в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Под геологической средой следует понимать «любые 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».

В.И.Вернадский в 1944 г. ввел понятие о "ноосфере" (сфере разума), где человек становится крупнейшей геологической силой. Справедливость этих слов становится все более очевидной по мере развития научно-технического прогресса.

Градостроительный Кодекс РФ (2005) законодательно требует от заказчиков не только надежности инженерных сооружений, но и охраны природной среды.

Дата добавления: 2013-12-12