Глава 1

Предмет и задачи инженерной геологии

Инженерная геология возникла как наука геологического цик­ла, обеспечивающая запросы строительства. В известной степени об этом говорит и само ее название — «инженерная». Известно, что за французским словом «инженер» в русском языке первона­чально укрепилось понятие ученого строителя.

Инженерную геологию следует определять как науку, изуча­ющую условия инженерного освоения и преобразования геологи­ческой среды, — среды производства строительных работ и экс­плуатации сооружений.

Она, как и любая наука, имеет предмет, свои задачи и методы исследования. Инженерная геология разрабатывает широкий круг научных геологических проблем и решает практические задачи, возникающие при проектировании и строительстве всевозможных сооружений (плотины, тоннели, мосты, дороги, промышленные и гражданские здания, портовые и аэродромные сооружения и др.), при проведении инженерных работ по улучшению территорий (осушение, орошение, борьба с оползнями и другими геологиче­скими явлениями), а также при выполнении горных работ для раз­работки месторождений полезных ископаемых.

Большую роль в развитии инженерной геологии как науки сыграли труды Ф.П. Саваренского, М.М. Филатова, В.В. Охоти- на, И.В. Попова, В.А. Приклонского, И.М. Горьковой, Е.М. Сер­геева, Н.В. Коломенского, В.П. Ананьева, А.К. Ларионова и дру­гих [1,2, 9].

Деятельность людей, связанная со строительными, горными, мелиоративными и другими работами, приводит к перемещению горных пород в объемах, сопоставимых с денудационной работой рек. Гидротехническое и ирригационное строительство захватыва­ет территории в десятки и даже сотни тысяч квадратных километ­ров. Общая протяженность берегов водохранилищ, созданных че­ловеком главным образом за последнее время, приближается к ве­личине земного экватора. При добыче нефти для поддержания пластового давления в продуктивных слоях требуется закачка воды

5

в глубины земли, которую по масштабам можно сравнить с рас­ходами рек. Сооружаются подземные хранилища для нефти и га­зов емкостью в десятки миллионов кубических метров. При раз­работке рудных полезных ископаемых создаются котлованы пло­щадью в несколько квадратных километров и глубиной в несколько сот метров, из которых ежедневно откачиваются сот­ни тысяч кубометров воды, мешающей нормально эксплуатиро­вать эти котлованы.

Инженерно-хозяйственная деятельность людей тесно между собой связана, и в такой же тесной связи оказывается воздействие человека на земную кору. Но удельный вес различных видов этого воздействия изменяется во времени в зависимости от развития производственных сил, науки и техники. В прошлом наиболее ак­тивное воздействие на земную кору человек оказывал через горно­добывающую промышленность. И сейчас роль горного дела в из­менении земной коры остается большой. Но в наше время на пер­вое место по интенсивности воздействия человека на земную кору надо поставить строительство инженерных сооружений, которые возводятся повсеместно и отличаются большим разнообразием (промышленные, гражданские и гидротехнические сооружения, дороги и аэродромы, линии электропередачи и трубопроводы, тон­нели и другие сооружения) как по глубине своего залегания, так и по характеру воздействия на земную кору.

Основной задачей инженерной геологии всегда был прогноз из­менения природных условий в связи со строительством, т.е., по су­ществу, преобразования природы под влиянием сооружений. По­этому при строительстве больше, чем когда-либо, изменяется поверхностная часть земной коры. Инженерной геологии легче, чем любой другой геологической науке, взять на себя ответствен­ность за разработку геологических основ преобразования природы.

Главное направление в развитии инженерной геологии — она должна быть наукой о ноосфере. Это значит, что первоочередной задачей инженерной геологии является изучение динамики земной коры под влиянием инженерной деятельности человека.

Под влиянием инженерной деятельности человека изменяются минеральный состав, структура и текстура горных пород, содержа­ние в них различных категорий воды и газов и вследствие этого — инженерно-геологические свойства пород. Эту группу вопросов изучает один из основных разделов инженерной геологии — грун­товедение. Грунтоведение слишком давно существует в нашей стране, оно принято также и в ряде других стран. Содержание грунтоведения строго определено, и оно не только отвечает поня­тию «инженерная петрография», но и стало даже несколько шире этого названия [4, 5].

6

В настоящее время имеются определенные достижения в ин­женерно-геологическом изучении геологических объектов. В рам­ках грунтоведения достигнуты значительные успехи в изучении фи­зико-механических свойств горных пород и разработке методов пре­образования (мелиорации) горных пород как грунтов. Основное внимание в данной отрасли инженерной геологии обращалось на изучение связных (глинистых) и песчаных грунтов как оснований сооружений и материала для их постройки. При этом изучение инженерно-геологических свойств твердых пород оставалось в тени, что не могло не сказаться отрицательно на познании этих свойств.

Грунтоведению предписывается изучение любых по генезису, возрасту и петрографическому составу горных пород и почв, ис­пользующихся в качестве оснований, естественных материалов и среды возведения сооружений. Иными словами, грунтоведение в силу необходимости перерастает в инженерную петрографию — важнейшую отрасль инженерно-геологических зданий, исследу­ющую инженерно-геологические свойства горных пород, их физи­ческую природу и геолого-петрографическую обусловленность.

Сделаны первые шаги в инженерно-геологическом изучении массивов горных пород. Необходимость данного направления ин­женерно-геологических исследований следует из того простого факта, что в практике освоения и преобразования геологической среды имеют дело с горными породами в массиве и массивами гор­ных пород. Свойства последних, как правило, существенно отлич­ны от свойств пород в образце. Горные породы как основные объемные структурные элементы массивов пород в известной мере теряют свои индивидуальные качества в массиве.

Различные изменения, происходящие в горных породах, могут привести к возникновению экзогенных процессов, таких, как оползни и обвалы, просадка и суффозия и т.п., которые называют­ся инженерно-геологическими, если они вызваны деятельностью человека.

Инженерно-геологические процессы являются объектом изу­чения второго основного раздела инженерной геологии — инже­нерной геодинамики.

Жизнь постоянно выдвигает перед инженерной геологией множество практических задач, связанных с необходимостью да­вать достоверные количественные прогнозы развития различных геодинамических процессов (оползней, селей, переработки бере­гов водохранилищ и морей, просадок и др.), приносящих ежегод­но большой ущерб народному хозяйству. Вместе с тем мы не рас­полагаем в настоящее время надежными расчетно-теоретически­ми методами прогноза развития большинства этих процессов. Поэтому такой прогноз в настоящее время ведется, как правило, умозрительно, на основе логического анализа имеющихся геоло­

7

гических и гидрологических материалов, с помощью аналогий и на основе анализа результатов наблюдений за развитием фактических деформаций.

В области развития геодинамики как одной из важных состав­ных частей инженерной геологии обнаруживается еще больший разрыв между практикой инженерно-геологического изучения процессов и разработкой теоретических основ прогноза их раз­вития. Если разработкой теории прогноза деформаций пород, яв­ляющихся основанием сооружений, занимаются систематически и целеустремленно многие строители и механики, то развитием рас­четно-теоретических методов прогноза геодинамических процес­сов занимаются лишь отдельные ученые [6, 7, 8|.

Геологические и в том числе инженерно-геологические, процес­сы приводят к изменению «инженерно-геологических условий терри­тории», т.е. объекта, который изучается третьим основным разделом инженерной геологии — региональной инженерной геологией.

Инженерно-геологическая изученность территории России яв­ляется необходимым условием правильного планирования разме­щения объектов и освоения новых площадей в связи с развитием промышленного, сельскохозяйственного, дорожного и других видов строительства. В этом отношении по сравнению с нача­лом 1960-х гг. уже достигнуты известные успехи в связи с окон­чанием составления инженерно-геологической карты масштаба 1:2 500 ООО, характеристикой отдельных регионов по региональной инженерной геологии И.В. Попова.

Теперь мы уже не имеем белых пятен и можем получить ин­формацию об общих инженерно-геологических условиях любого региона нашей страны. Но вместе с тем, опираясь на уже достиг­нутое, необходима и более детальная характеристика инженерно­геологических условий территории России, которая в еще более значительной степени будет способствовать экономии средств, ежегодно вкладываемых из государственного бюджета в изыска­тельские работы инженерно-геологического направления, выпол­няемые многочисленными министерствами и ведомствами для обоснования проектирования и строительства объектов народно­го хозяйства.

Необходимость инженерно-геологического изучения нашей страны с целью обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно­геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий.

Все три основных раздела инженерной геологии, возникшие в процессе ее развития как результат дифференциации науки, имеют

8

один и тот же, уже названный нами объект изучения — динамику земной коры под влиянием инженерной деятельности человека.

От движения ионов и молекул, происходящих в процессах гид­ратации и дегидратации, при адсорбции и десорбции ионов, при возникновении и разрушении минералов и до перемещения, унич­тожения и возникновения целых массивов горных пород, мы име­ем единую форму движения материи, которая может быть названа «геологической формой движения материи». Человек, став круп­нейшей геологической силой, оказывает свое особое влияние на это движение, в ряде случаев сознательно изменяя его в нужных для него направлениях. В других случаях влияние человека на гео­логическую форму движения материи происходит стихийно и мо­жет привести к отрицательным или случайно к положительным ре­зультатам.

Если мы хотим познать влияние всей многообразной деятельно­сти человека на геологические формы движения материи, то в пер­вую очередь мы должны изучить объективно существующие формы движения материи в природе независимо от самой деятельности че­ловека. Только познав закономерности природных процессов на различных уровнях, возможно сознательное регулирование этих процессов человеком. В нашем случае это значит, что для познания динамики земной коры под влиянием инженерной деятельности че­ловека необходимо знать динамику земной коры, протекающую в природе независимо от человека. Нельзя изучать инженерно-геоло­гические свойства горных пород и разрабатывать искусственные методы их улучшения, не познав их состав, структуру и текстуру. Нельзя изучать инженерно-геологические процессы, не зная, под влиянием каких факторов протекают природные экзогенные и эн­догенные процессы. Нельзя изучать инженерно-геологические условия данной территории без познания истории ее геологическо­го развития и анализа современной физико-географической обста­новки. Таким образом, инженерная геология, имея свой собствен­ный объект исследования — влияние инженерной деятельности че­ловека на геологическую обстановку, обязана изучить природные закономерности в широком аспекте.

Инженерная геология решает сложные практические вопросы, а это как раз и является доказательством того, что она имеет свои теоретические основы, проверенные практикой, проверенные жиз­нью. Всей своей деятельностью инженерная геология завоевала себе полноправное положение в ряду других геологических наук.

Инженерная геология развивается на основе единой философ­ской концепции — на принципах анализа естественно-историчес­кого и генетического формирования инженерно-геологических условий территории, а также состава, состояния и свойств горных пород, изменяющихся в ходе истории геологического развития данного участка земной коры за все время его существования.