21955

Введение в инженерную геологию

Лекция

География, геология и геодезия

Основные направления инженерной геологии и ее современная структура. Возникновение инженерной геологии и развитие ее на первых этапах были связаны со строительством. Поэтому можно говорить о предыстории инженерной геологии которая по существу складывается из двух этапов.

Русский

2013-08-04

2.3 MB

15 чел.

Введение в инженерную геологию

Предмет и задачи инженерной геологии, основные этапы развития, связь с другими геологическими науками. Основные направления инженерной геологии и ее современная структура.

Возникновение инженерной геологии и развитие ее на первых этапах были связаны со строительством. Исследование горных пород в строительных целях начали проводиться задолго до появления термина «инженерная геология». Поэтому можно говорить о предыстории инженерной   геологии, которая, по  существу,  складывается из двух этапов.

Первый этап - когда строители и горные инженеры самостоятельно изучали горные породы, являющиеся основанием, средой и материалом для различных сооружений. Вряд ли можно, хотя бы приблизительно, указать, когда начали изучаться горные породы в связи
со строительством. Началом же научных исследований и обобщения
накопленного
материала инженерно-геологического характера т.е. началом первого этапа предыстории инженерной геологии, можно считать первые десятилетия XIX в. Оно было, связано с развитием промышленного капитализма в Европе, Америке и России.
Строительство заводов, фабрик, плотин и других сооружений требовало
наиболее рациональных решений: достаточной их надежности при
наименьших затратах. Достигнуть этого без изучения горных пород
было нельзя, поэтому строители начали уделять им гораздо больше
внимания, чем ранее. При этом в их работах горные породы
назывались грунтами.

С целью обобщения накопившегося опыта строительства и использования его в сходных условиях строителям самим пришлось разрабатывать классификации грунтов, описывать их особенности, характеризовать свойства грунтов, учитывать воздействие геологических процессов на различные сооружения.

Второй этап предыстории инженерной геологии связан с привлечением геологов к изысканиям под строительство начала XIX по 20-е годы XX в.). В это время геологи начали привлекаться к решению вопросов в связи со строительством железных дорог, каналов и других крупных сооружений. Среди геологов, консультировавших строителей,
было немало известных ученых. В
качестве примера можно назвать:
В. Смита (Англия), Ч. Беркли (США), И. В. Мушкетова, В. А. Обручева, А. П. Павлова и др. При изысканиях под железные дороги большое внимание уделялось геологическому строению полосы трассы и геологическим процессам в ее пределах.

Возникновение грунтоведения и механики грунтов.

В 20-е годы ХХ в. возникло новое направление в изучении почв и горных пород —грунтоведение. Предпосылками для его возникновения явились: генетический подход, разработанный В. В. Докучаевым в почвоведении, и работы П. А. Земятченского по изучению глин, сформулировавшего в 1923 г. положение о том, что глину надо изучать как физическое тело, сложившееся в определенных естественноисторических условиях.

Началом оформления грунтоведения следует считать создание
в Петрограде в 1923 г.
Дорожно-исследовательского бюро, которое под
руководством Н. И. Прохорова, П. А. Земятченского и Н. Н. Иванова
организовало исследование почв и осадочных (преимущественно молодых) пород для дорожного строительства. Возникло дорожное грунтоведение которое позднее, когда генетический подход нашел себе место при изучении горных пород для других видов инженерных сооружений, утратило прилагательное «дорожное» и стало называться более широко - «грунтоведение». В 1930 г. была открыта кафедра грунтоведения в Ленинградском университете,  а в 1938 г., такая же кафедра –в Московском университете

Под грунтоведением стала пониматься наука, изучающая любые горные породы, почвы и искусственные грунты, как объект инженерно-строительной деятельности человека, свойства которых определяются их генезисом и постгенетическими процессами и которые представляют собой многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени.

Грунтоведение с самого начала развивалось как естественноисторическая наука. Большое значение для его развития имели работы П. А. Земятченского, М. М. Филатова, В. В. Охотина, В. А. Приклонского, Б. М. Гуменского, И. В. Попова, С. С. Морозова л др. В 1925 г. вышла монография К. Терцаги «Строительная механика грунтов», положившая начало новой науке —«механике грунтов», возникшей на стыке физико-математических, строительных и геологических наук. Механика грунтов рассматривает те общие закономерности, которые вытекают из применения к горным породам законов теоретической и строительной механики. При этом механические свойства грунтов, подчиняющиеся законам механики и укладывающиеся в определенные расчетные схемы, ставятся на первое место, а геологические особенности  грунтов, сформировавшиеся в результате их генезиса, учитываются меньше. В западных странах изучение горных пород для строительных целей стало осуществляться преимущественно в рамках механики грунтов; у нас получили развитие как грунтоведение, так и механика грунтов.

Возникновение и развитие инженерной геологии. 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.  

1. Грунтоведение

Грунтоведение можно определить как науку, изучающую любые
горные породы и почвы как многокомпонентные динамичные системы,
изменяющиеся в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Горные породы изучаются петрографией и литологией, но только грунтоведение подходит к ним как к многокомпонентным динамичным системам.

Основным положением совершенного грунтоведения является положение о зависимости свойств грунтов от их состава, структуры и текстуры. Состав, структура, текстура, а отсюда и свойства горных пород формируются в процессе их генезиса и изменяются под влиянием постгенетических процессов; диагенеза, эпигенеза и гипергенеза. Поэтому при оценке пород в инженерно-геологическом отношении состав, структура и текстура грунтов и их свойства изучаются в зависимости от генезиса и постгенетических процессов.

Генетический подход при изучении грунтов является методологической основой грунтоведения, благодаря чему оно относится к наукам геологического цикла. Причем под генетическим подходом следует иметь в виду анализ геологической истории развития территории, сложенной изучаемыми горными породами, для того, чтобы можно было понять, что испытала порода за период с момента своего формирования до наших дней, какова была ее «геологическая жизнь».

В основе генетического изучения горных пород в инженерно-геологических целях лежит подразделение их на три основные общеизвестные группы: магматические, осадочные и метаморфические, которые одновременно отражают их генезис и важнейшие петрографические
особенности. Дальнейшее более дробное подразделение горных пород на генетические и петрографические типы дает еще большую информацию об их особенностях, важных при решении различных инженерно-геологических вопросов.

Горные породы, сформировавшиеся иногда в одних и тех же условиях и имеющие один и тот же геологический возраст и состав, могут существенно отличаться по своему современному состоянию и свойствам. Это объясняется тем, что такие породы претерпели различные постгенетические преобразования. Влияние постгенетических изменений на формирование свойств пород хорошо прослеживается на примере кембрийских гидрослюдистых глин, широко развитых на севере и северо-западе Русской платформы. В районе Санкт-Петербурга эти глины залегают вблизи поверхности. В течение геологической истории они дважды испытывали сравнительно небольшую и кратковременную нагрузку; первую в палеозое —меньшую по величине (6—МПа), но продолжительную во времени, а вторую в ледниковый период —большую по величине (8—МПа), но менее продолжительную. В течение же значительного геологического времени кембрийские глины были разгружены, происходили их разуплотнение и гидратация. В результате этого кембрийские глины в районе Санкт-Петербурга «отстали» в своем развитии от аналогичных отложений, например, в районе Вологды, где они залегают на значительной глубине и от палеозоя до настоящих дней непрерывно испытывали прогрессивно нарастающее гравитационное уплотнение. Поэтому если в районе Вологды глинистые отложения кембрия представлены аргиллитами со следами сланцеватости, с естественной влажностью 5% и пористостью 15%, то в районе Ленинграда это тугопластичные и полутвердые глины с влажностью 14% и пористостью 30% (Ломтадзе, 1973).

Приведенный пример хорошо показывает, что горные породы под влиянием постгенетических процессов могут сильно изменяться. Поэтому когда говорят о генетическом подходе в грунтоведении, то имеют в виду, что состав, строение и свойства грунтов зависят от их генезиса и постгенетических процессов. Эта зависимость проявляется в изменении особенностей состава, структуры я текстуры породы, что в конечном итоге обусловливает различие свойств пород. Это три равноценных фактора с точки зрения важности влияния их на свойства грунтов. Однако каждый из них может иметь доминирующее значение в зависимости от генетического и петрографического типа породы, а также от того, какое свойство является предметом изучения.

1.2 ИЗУЧЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД КЛК МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

В понятие термина «грунт» подчеркивается, что это любые горные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы. Составляющими компонентами горных пород являются: твердая компонента - минеральная и органическая часть горных пород, жидкая компонента - содержащиеся в пустотах пород природные воды, газообразная компонента - газы в пустотах пород и живая компонента - главным образом микроорганизмы,  обитающие в горных породах. Соотношение компонент в горных породах определяет их состояние и свойства. Так, сухая глина обладает большой прочностью, а та же глина в водонасыщенном состоянии может течь под действием силы тяжести.

Представление о том, что горные породы изменяются во времени является общеизвестным, но оно будет неполным, если не подчеркнуть, что быстрые изменения горных пород происходят лишь в том случае, когда соотношение между компонентами, составляющими горную породу, меняется достаточно быстро.

Это положение наиболее характерно для дисперсных грунтов, у которых особенно подвижны два компонента: вода и воздух, содержащиеся в их порах. В зависимости от того, полностью или частично будут заполнены поры водой (или газом) и содержатся в них живые
организмы или нет, грунты могут являться двух-, трех- и четырехкомпонентными системами.

Л-3. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА И

ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА СВОЙСТВА ГРУНТОВ

При инженерно-геологическом изучении горных пород особенно важно знать содержание в них породообразующих минералов, которые находятся а преобладающих количествах и оказывают влияние на их свойства. Поэтому наибольшее значение имеют минералы класса первичных силикатов (полевые шпаты, оливин, пироксены и амфиболы и др., к ним же относится условно кварц), у которых преобладают внутрикристаллические связи ионно-ковалентного типа; простые соли (карбонаты, сульфаты, галоиды), имеющие ионный тип; связей; глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и др.), характеризующиеся большим разнообразием внутри-кристаллизационных связей, включая ковалентную, ионную, водородную и молекулярную связи. Кроме того, в горных породах и почвах в значительном количестве может содержаться органическое вещество, в строении которого большую роль играют водородные и молекулярные связи.

Свойства минералов связаны с особенностями их химического состава, внутреннего строения и тех связей, которые существуют внутри самих минералов (атомов, ионов, радикалов). Свойства минералов, в свою очередь, обусловливают свойства грунтов, которые они слагают. Примеров такого влияния можно привести много.

От природы химической связи атомов и структурного типа кристаллической решетки зависит сжимаемость большинства силикатов. Установлено, что увеличение степени плотности упаковки атомов в структуре минералов ведет к уменьшению их сжимаемости. Вот поэтому минералы группы оливина, для которых характерна высокая плотность упаковки кремнекислородных тетраэдров, отличаются меньшей сжимаемостью по сравнению с кварцем и полевым шпатом, имею-

2. Инженерная геодинамика

В инженерной геодинамике изучаются все современные геологические процессы, имеющие значение при оценке отдельных регионов в целях их народнохозяйственного освоения при строительстве инженерных сооружений (гидротехнических и мелиоративных, дорог и трубопроводов, промышленных объектов и населенных пунктов, шахт и глубоких карьеров, подземных нефте-, газо- и водохранилищ и др.), а также древние геологические процессы, оказавшие определенное влияние на геологическое строение территории. Сведения о геологических процессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможность их появления в результате изменений, происходящих в природе под влиянием естественных причин и многообразной деятельности человека, а также для того, чтобы оценить возможное их воздействие па окружающую среду.

При оценке какого-либо региона в связи с его народнохозяйственным освоением геолог, работающий (в области инженерной геологии, должен заранее с какими геологическими процессами столкнутся на его территории строители и другие специалисты и какие изменения в характере геологических процессов будут происходить при освоении данного региона в намеченном направлении.

При разработке проектов отдельных, как правило, крупных инженерных сооружении возникают более конкретные задачи, которые па своей сложности не уступают первой: надо дать прогноз неблагоприятного воздействия на проектируемый объект геологических процессов, развитых в районе. При этом прогноз должен даваться во времени и в пространстве и предусматривать возможную интенсивность существующих и вновь возникших геологических процессов.

Лишь при наличии такого прогноза и учета инженерно-геологических особенностей грунтов возможны правильное рациональное проектирование сооружений, их сохранность и нормальная эксплуатация, безопасность людей.

Далеко не всегда при решении вопроса о возможности строительства или освоения месторождения полезных ископаемых руководствуются инженерно-геологической обстановкой. Часто превалируют экономические и другие соображения, и в этих случаях приходится особенно тщательно приспосабливать сооружение к природным условиям и заранее разрабатывать мероприятия, ограждающие его от вредного воздействия геологических процессов. При этом особого внимания заслуживают геологические процессы катастрофического характера, возникающие неожиданно, быстро развивающиеся и вызывающие значительные разрушения. В качестве примера таких геологических процессов можно назвать землетрясения, оползни и обвалы, сели и др. Однако было бы ошибкой считать, что геологические процессы медленно развивающиеся во времени, не имеют практического значения что ими можно пренебречь. Например, современные тектонические движения земной коры при разной их интенсивности по поперечному профилю долины реки могут явиться труднопреодолимым препятствием при строительстве арочных плотин. Выветривание, более активное в свежеобнаженных горных породах, сократит срок длительной устойчивости их в откосах каналов и карьеров, в выемках железных шоссейных дорог, в стенках подземных горных выработок.

Это обстоятельство обязывает при инженерно-геологических изысканиях изучать все геологические процессы, происходящие на исследуемой территории, независимо от того, катастрофический или некатастрофический характер развития они имеют.

Идеальным является случай, когда возводимое инженерное сооружение так вписывается в природную обстановку, что не нарушает сложившееся в ней равновесие. Такие случаи бывают сравнительно редко. Чаще строительство здания, канала, карьера, тоннеля и других сооружений или хозяйственное освоение территории (вырубка лесов, распахивание целинных земель, орошение в аридных областях и т.п.) порождает возникновение геологических процессов, которые раньше отсутствовали на данном участке. Процессы, возникшие в результате деятельности человека, получили название инженерно-геологических (антропогенных) процессов.

Совокупность геологических и инженерно-геологических процессов и порождаемых ими явлений характеризует геодинамическую обстановку. Этот термин может быть применен в любой территории независимо от се размеров: к целому региону, имеющему народнохозяйственное значение, к району строительства крупного сооружения или непосредственно к самой строительной площадке.

Известно, что все геологические процессы изучаются одним из разделов геологической науки —динамической геологией. Геологической процессов изучаются инженерной геологией, точнее, одним из ее разделов –инженерной геодинамикой. Это ни в какой мере не противопоставляет инженерную геодинамику динамической геологии. Каждая из этих дисциплин изучает геологические процессы в своем аспекте. Динамическая геология изучает геологические процессы, протекающие в природе независимо от человека, и делает это для решения главным образом проблем общегеологического характера. Инженерная геология изучает геологические процессы в связи с деятельностью человека, в связи с изменением природных условий под влиянием этой деятельности с тем, чтобы не допустить возникновение нежелательных для человека геологических процессов, изменить ход существующих геологических процессов в необходимом направлении,   получить данные, нужные для проектирования различных инженерных мероприятий. Так как изучение геологических процессов проводится в инженерной геологии в связи с деятельностью человека, то само понятие «геодинамическая обстановка» в инженерной геологии приобретает несколько иной смысл, чем в динамической геологии.

Аспекты изучения геологических процессов в динамической геологии и в инженерной геодинамике различны, но их объединяет общий объект изучения —геологические процессы. Поэтому между этими двумя разделами геологической науки нет и не должно быть противоречий. Динамическая геология обогащает своими исследованиями инженерную геодинамику и, наоборот, заимствует от нее новые интересные для себя данные и установленные инженерной геодинамикой закономерности.

Инженерной геологией изучаются как эндогенные, так и экзогенные процессы. На начальном этапе развития инженерной геология больше внимания уделялось экзогенным процессам и значительно меньше —эндогенным. Эндогенные процессы привлекают к себе все большее внимание, так как стали ясны три обстоятельства.

Во-первых, эндогенные процессы в значительной степени могут обусловливать инженерно-геологические условия. О масштабах и интенсивности, например, современных эпейрогенических движений можно судить по многим районам мира. В стадии опускания находятся территория Голландии; на протяжении нескольких веков борется голландский народ с наступающим морем. Опускание суши в районе Севастополя привело к затоплению древнегреческого города Херсонеса и к образованию Севастопольской бухты. Наоборот, подъем суши в районе Баку составил за последние столетия 16 м.

В сейсмически активных областях оценка сейсмичности территории
является важнейшей задачей при определении их инженерно-геологических условий. То же можно сказать и в отношении вулканической деятельности применимо к районам действующих вулканов.

Во-вторых, эндогенные процессы могут способствовать развитию экзогенных процессов. Например, землетрясения в горных областях часто вызывают обвалы, а эпейрогенические движения, приводящие к поднятию отдельных областей платформ, способствует интенсивному развитию процессов эрозии, образованию оползней, переуглублению речных долин. Именно этим можно объяснить развитие оползней в долине Волги от Ульяновска до Волгограда. Указанная территория испытывала преимущественное поднятие на протяжении всего четвертичного периода. Это обстоятельство усугублялось еще там, что правый берег Волги, сложенный мощными толщами глин со слабоводоносными горизонтами, постоянно испытывал боковую эрозию, что привело к развитию здесь крупных оползней.

В-третьих, эндогенные процессы могут быть вызваны деятельностью
человека, т. е. среди инженерно-геологических процессов (могут быть процессы не только экзогенного характера {хотя они и преобладают), но и процессы эндогенные. В качестве примера инженерно-геологических процессов эндогенного характера можно указать на землетрясения, вызванные созданием искусственных водохранилищ в сейсмоактивных областях, на смещение массивов горных пород при больших взрывах и т.п.

При оценке геодинамической обстановки отдельных регионов необходимо учитывать климатические условия, широтную и высотную зональность района, где протекают геологические процессы.

Для оценки инженерно-геологических условий большое значение имеет изучение не только современных геологических процессов, но и древних геологических процессов, создававших палеогеодинамическую обстановку, основные черты которой воплощены в геологическом строении и рельефе той или иной территории.

Рис. 1.1. Схема, иллюстрирующая значение условий залегания пластов для строительства: а –ненарушенное и б –нарушенное залегание пород, о–о –плоскость основания наземного сооружения; А –подземное сооружение (тоннель)

 Поясним это следующими примерами. Орогенические движения земной коры приводят к образованию складок, к нарушению первоначального залегания слоев горных пород. При ненарушенном залегании пород основание тоннеля будет неоднородным, что, конечно, осложнит производство работ по проходке и креплению. Для того чтобы принять правильное решение в этих условиях, необходимо знать характер как прошлых, так и современных тектонических движений.

В течение всего кайнозоя в южной части Русской платформы существовала тенденция постепенного отступания морей. С этим связано явление переуглубления речных долин вследствие изменения базиса эрозии. Переуглубленные речные долины имеют разнообразно построенное коренное ложе, заполнены сложным комплексом древнеаллювиальных, ледниковых, ледниково-речных, озерных, эстуариевых и морских отложений, которые представляют собой толщу, неблагоприятную для использования в инженерно-геологическом отношении. Понять особенности геологического строения переуглубленных долин нельзя без изучения древних процессов эрозии.  

Без   изучения древних геологических процессов оказывается невозможным принять  рациональные решения при строительстве тоннелей в горных областях, гидротехнических и других сооружений на территориях древних долин, при застройке речных террас, сложенных просадочными лёссами. Изучение древних геологических процессов и палеогеодинамической обстановки является важной задачей инженерной геодинамики. Без этого нельзя понять закономерности геологического строения земной коры при ее оценке в инженерных целях.

Исследования в области инженерной геодинамики имеют большое практическое значение, так как позволяют уменьшить ущерб, который наносят геологические процессы народному хозяйству. Однако нельзя думать, что все геологические процессы. Всегда оказываются отрицательно при формировании и освоении человеком геологической среды.

Многие геологические процессы противоположны друг другу, например денудационные и аккумулятивные процессы. Первые, как правило, нарушают целостность массива горных пород, облегчают его разрушение при выветривании, ведут к снижению прочностных и деформационных свойств пород. Вторые, наоборот, способствуют повышению устойчивости массивов горных пород, а в результате «залечивания» трещин и процесса литификации горных пород происходит улучшение их прочностных и деформационных свойств.

В настоящее время производственная деятельность человека стала крупнейшей геологической силой и может приводить к возникновению геологических процессов различного характера. При этом важно, чтобы вновь возникшие инженерно-геологические процессы не препятствовали рациональному использованию геологической среды.

2.2 ПОНЯТИЕ ОБ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ (АНТРОПОГЕННЫХ) ПРОЦЕССАХ

Под термином инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления понимаются процессы и явления, возникшие в результате взаимодействия инженерных   сооружений с геологической средой.

Явления, вызываемые инженерной деятельностью человека —весьма разнообразны. Их классификация может быть построена на различных принципах. Один из них —это учет глубины, на которую действует человек, и сам характер воздействия при различных видах строительства.

Инженерно-геологические процессы, так же как и геологические процессы, могут стать опасными и угрожать сохранности сооружений, если они не были своевременно учтены или если их прогноз выл дан неправильно.

3. Региональная инженерная геология

Региональная инженерная геология  изучает закономерности формирования и распространения   инженерно-геологических условий.  Под инженерно-геологическими    условиями    территории    обычно     понимается совокупность геологических факторов, определяющих характер инженерно-хозяйственного освоения территории. К ним относятся: геологическое строение (и горные породы), рельеф, гидрогеологические условия, геологические и инженерно-геологические процессы. Инженерно-геологические процессы возникают в результате деятельности человека, и поэтому в настоящее время инженерно-геологические условия формируются не только под влиянием процессов, происходящих в природе, но и в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека. Сейчас уже можно говорить о взаимосвязи между инженерно-геологическими условиями и деятельностью человека. От инженерно-геологических условий во многом зависит инженерная и хозяйственная деятельность человека, а она, в свою очередь, может привести к изменению инженерно-геологических условий. Такая постановка вопроса помогает лучше понять всю значимость вопросов, которыми занимается региональная инженерная геология. Из нее также вытекает, что одной из главных задач инженерной геологии является прогноз изменения инженерно-геологических условий территории под влиянием деятельности человека.

Инженерно-геологические условия оказываются одинаковыми   на тех территориях, которые имеют одну и ту же или близкую   историю геологического развития и находятся в одних и тех же природно-климатических зонах. Если сравниваемые территории имеют разную историю геологического развития или расположены в различных природно-климатических зонах,  то их инженерно-геологические условия не   могут быть одинаковыми, они будут разными. Отсюда следует, что понять современные инженерно-геологические условия можно только  при изучении истории геологического развития интересующей нас территории, особенно в новейшее время. Региональная инженерная геология   при изучении территорий должна опираться на историческую геологию. В частности, при анализе истории геологического развития территории необходимо уделять большое внимание вопросам тектоники, палеогидрогеологии, изменениям, которые происходили в новейшее время вплоть до голоцена.

В том случае, если на интересующую территорию имеются карты необходимого масштаба –геологическая, гидрогеологическая, геоморфологическая и др., а история геологического развития территории хорошо изучена, то стоящие перед региональной инженерной геологией задачи значительно облегчаются. В этом случае необходимо объединить имеющиеся сведения общегеологического характера с теми специальными сведениями, которые были получены для данной территории в двух других разделах инженерной геологии –в грунтоведении и инженерной геодинамике. Иначе говоря, в этом случае инженерно-геологические особенности и свойства горных  пород, развитых на интересующей нас территории, и действующей на ней геологические процессы должны быть рассмотрены в зависимости от геологического строения рельефа, гидрогеологических и ландшафтно-климатических условий. Причем все это рассмотрение должно быть проведено в историческом плане, когда одновременно учитываются тектоника и палеоклимат, процессы денудации и аккумуляции и т.д.

Более сложные задачи возникают перед региональной инженерной геологией, когда инженерно-геологическому изучению подлежат недостаточно изученные территории, для которых отсутствуют геологические и другие карты необходимого масштаба. В этом случае инженерам геологам самим приходится проводить дополнительное геологическое изучение территории наряду с изучением своих специальных вопросов.  

Глубина, до которой характеризуется поверхностная часть земной коры при инженерно-геологическом изучении, определяется глубиной проникновения в земную кору человека. В настоящее время увеличивается глубина заложения фундаментов, строительства тоннелей, карьеров при разработке полезных ископаемых, глубина шахт и других сооружений и, следовательно, увеличивается глубина региональных инженерно-геологических исследований. Можно сказать, что глубина региональных инженерно-геологических исследований определяется тем, что мы понимаем под геологической средой. При этом, конечно, исходя из того, для решения каких практических задач эти исследования проводятся. Но во всех случаях обязательно надо учитывать перспективу дальнейшего использования данной территории.

При инженерно-геологическом изучении территории помимо ранее перечисленных факторов, которые обычно называют региональными, изучают также зональные инженерно-геологические факторы. Под зональными инженерно-геологическими факторами понимают те закономерности развития геологических процессов и изменений состояния горных пород, залегающих в поверхностной части земной коры, которые связаны с климатом, и в первую очередь с тепло- и влагообменом поверхности изучаемой территории. Этим в основном обусловливается не только состояние пород в современной коре выветривания, но и глубина залегания и состав грунтовых вод, их фазовое состояние. Для учета зональных инженерно-геологических факторов необходимо знать историю (развития территории в антропогене и ее современное состояние).

При инженерно-геологических исследованиях конкретных территорий является обязательные изучение как региональных факторов, являющихся ведущими, так как они определяют основные, главные инженерно-геологические особенности территории, которые создаются на протяжении всей истории ее геологического развития, так и зональных факторов.

4. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых.

Инженерная геология месторождений полезных ископаемых является новым, сложившимся и успешно развивающимся разделом (научным направлением) инженерной геологии. Она призвана   обеспечивать эффективную работу горнодобывающих предприятий, развитие важнейшей базовой отрасли народного хозяйства. Содержание этого раздела инженерной геологии составляет широкий круг геологических вопросов и практических задач, возникающих при освоении различных месторождений полезных ископаемых: рудных, угольных, нефтяных, газовых,   горнохимического   сырья,   минеральных  удобрений, строительных материалов и др.

Задачами инженерно-геологического изучения месторождений полезных ископаемых являются:

1) геологическое обоснование окончательной промышленной их оценки, а также способов вскрытия и системы разработки, конструкций карьеров и подземных   выработок, проектов  организации   производства строительных и горных работ, оценки устойчивости горных пород в откосах уступов и бортах карьеров, в подземных выработках и отвалах;

2) разработка инженерно-геологических основ рационального использования геологической среды и ее охраны от отрицательного воздействия предприятий горного производства;

3) разработка принципов и методов инженерно-геологических исследований и их организации на всех стадиях разведки месторождений и при их разработке, методов оценки и прогноза  возникновения неблагоприятных геологических процессов и явлений и управления ими в нужном для человека направлении.

Объектом исследований рассматриваемого раздела инженерной геологии, как и всех других геологических наук, служит геологическая среда;  предметом —инженерно-геологические условия строительства и эксплуатации шахт и карьеров и производства горных работ, т. е. функционирования системы геологическая среда - сооружения, инженерные работы; задачами - оценка  и  прогноз  возникновения и развития неблагоприятных геологических процессов и явлений и разработка приемов и методов управления ими; методами —общенаучные и специальные методы инженерной геологии.

Все это определяет самостоятельность рассматриваемого раздела в структуре инженерной геологии как науки. Наряду с этим он, как важнейшая составная часть инженерной геологии, подчиняется ее научному методу, который состоит в комплексном целенаправленном геологическом изучении причин возникновения, условий и динамики развития геологических процессов и явлений, угрожающих жизни и деятельности человека, сохранности территорий и сооружений. Важнейшими средствами ее при этом являются разработка и применение методов инженерно-геологического анализа процессов и явлений, их оценки, прогноза и управления ими.

Не все вопросы инженерной геологии месторождений полезных ископаемых одинаково изучены и рассмотрены. Пока главное внимание уделялось изучению инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных.

Перед инженерной геологией месторождений полезных ископаемых, как и в целом перед инженерной геологией, возникла новая проблема, суть которой заключается в необходимости разработки предложений и рекомендаций по рациональному использованию геологической среды и ее охране от отрицательного воздействия предприятий горного производства. Исследования по этой проблеме выполняются, получены первые положительные результаты, однако много вопросов требует еще специального рассмотрения.

Фундаментальными задачами при инженерно-геологических исследованиях (изысканиях) всегда являются оценка свойств горных пород, инженерно-геологических условии территорий, месторождений, геологической среды и т. д. и прогноз их изменений под влиянием естественных и искусственных факторов.

Практика показывает, что между разведкой месторождений и их освоением существует разрыв, и поэтому как только возникает задача проектирования шахт и карьеров и производства горных работ, появляется необходимость в выполнении дополнительных исследований —изысканий на месторождениях. Это свидетельствует о том, что при их разведке, как и в процессе горно-эксплуатацпонных работ, неполно решаются инженерно-геологические   задачи.   Геологическая  служба  горных предприятий не укомплектована специалистами по инженерной геологии месторождений полезных ископаемых.

Одной из главных задач инженерной геологии месторождений полезных ископаемых как нового научного направления являетcя разработка общей теории, рассматривающей условия функционирования системы геологическая среда —сооружения и инженерные работы. Исследование условий функционирования этой системы предполагает изучение геологических условий строительства и эксплуатации шахт и карьеров и обеспечение безопасности ведения горных работ.

4.1 Содержание и задачи инженерной геологии месторождений полезных ископаемых

Горные породы в условиях естественного залегания находятся в состоянии равновесия. При строительстве шахт и карьеров это равновесие часто нарушается под влиянием многих причин. Вследствие этого возникают и развиваются разнообразные геологические процессы и явления, реализующиеся в разрушении, деформациях, перемещении и сдвижении масс горных пород различных объемов. В подземных выработках и карьерах они проявляются также в различных видах водопритоков, фильтрационных деформациях, а в районах распространении многолетней мерзлоты —в явлениях мерзлотного комплекса. Фильтрационные деформации  и  явления  мерзлотного  комплекса также вызывают перемещения масс горных пород.

Природа и механизм различных видов перемещений и сдвижений масс горных пород в подземных выработках и откосах карьеров часто весьма сложны. Всестороннее их изучение, а также закономерностей развития, разработка методов прогноза и управления ими —важнейшие задачи инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. .'

Разнообразные геологические вопросы, связанные с освоением месторождений полезных ископаемых, изучают и оценивают в инженерном аспекте, а прогноз изменений геологических условий составляют в связи со строительством  сооружений (шахт,  карьеров и др.)  и проведением инженерных мероприятий. При этом местом ннженерно-геологических исследований в зависимости от стадии освоения месторождений должны быть площади их распространения, отдельные участки, шахтные и карьерные поля и их части и, наконец, шахты и карьеры.

При проектировании и разработке месторождений полезных ископаемых к инженерной геологии предъявляются высокие требования. Развитие горных работ на все больших и больших глубинах, разработка ряда месторождений в сложных геологических условиях, подработка подземными выработками застроенных территорий, а в некоторых случаях занятых водоемами, и особенно  широкое  применение  открытого  способа разработки вызвали необходимость изменить отношение к изучению их инженерно-геологических условий. Кроме того, для расчета распределения напряжений в горных породах, равновесия их масс в горных выработках и откосах, для определения горного давления, прочности и устойчивости целиков и оснований сооружений, для проектирования инженерных защитных мероприятий требуются обоснованные расчетные схемы, расчетные показатели свойств горных пород, водоносных горизонтов, зон и комплексов, данные об изменении их во времени и при различных напряженных состояниях, о неоднородности и анизотропии свойств горных пород и условиях их работы. Все эти данные необходимы также в связи с применением новых методов расчета, новых способов и средств разработки месторождений полезных ископаемых.

Обводненность месторождений часто обусловливает значительные притоки воды в горные выработки, что вызывает необходимость предварительного и систематического осушения водоносных горизонтов, зон и комплексов. Такие вынужденные мероприятия, применяемые для обеспечения устойчивости горных пород в горных выработках и безопасности ведения горных работ, нередко значительно изменяют баланс подземных вод, истощают их ресурсы и нарушают условия водоснабжения населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Поэтому исследование и оценка степени обводненности, газоносности и геотермических условий месторождений полезных ископаемых, а в районах распространения многолетней  мерзлоты —мерзлотных явлений являются важнейшими задачами их инженерно-геологического изучения.

Строительство горных предприятий и выполнение горно-эксплуатационных работ постоянно вызывают изменения окружающей среды, рельефа поверхности земли, сохранности территорий и сооружений, загрязнение водоемов, рек и подземных вод и др. Поэтому оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территорий, разработка мероприятии по рациональному их использованию и охране от вредных последствий горного производства, геологическое обоснование проектов по их рекультивации также являются одними из главных задач инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. К этой проблеме относится также широкий круг геологических вопросов, связанных с рациональным размещением отвалов и гидроотвалов пустых пород (лишенных полезных компонентов) горного производства, оценкой и прогнозом их устойчивости и защитой прилегающих территорий от их вредного влияния. Наконец, важнейшими являются вопросы о возможности использования горных выработок на отработанных месторождениях или отдельных их участках для объектов различного назначения —складов, силовых установок, гаражей, производственных предприятий и др.

В этом главным образом состоят содержание и задачи инженерной геологии месторождений твердых полезных ископаемых. Как видно из сказанного, она имеет большое научное содержание и практическое значение. Для решения научных, методических и производственных проблем и вопросов, связанных с освоением месторождений полезных ископаемых, в инженерной геологии месторождений, как и в других ее разделах, широко используются методы: геологический (естественноисторического анализа), геологического подобия, экспериментальный, моделирования, вероятностно-статистический и расчетно-теоретический.

Отмечая развитие инженерной геологии месторождений полезных ископаемых, надо сказать, что многие важные и сложные вопросы еще недостаточно разработаны или не решены вообще, при изучении геологического строения, гидрогеологических условий месторождений, физико-механических свойств грунтов, геологических процессов явлений и охраны геологической среды от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий.

Остановимся на состоянии изученности основных вопросов, охватывающих
содержание и задачи.

Геологическое строение месторождений. Непосредственное изучение инженерно-геологических условий месторождений возможно только после их открытия, т. е. на стадиях предварительной и детальной разведки и разработки. Именно на этих стадиях инженерно-геологические исследования должны являться обязательной составной частью геологоразведочных работ —частью дальнейшего геологического изучения месторождений в инженерном аспекте. Поэтому инженерно-геологическое изучение месторождений обычно начинается тогда, когда их геологическое строение в широком понимании этого слова изучено достаточно детально, соответственно стадии геологоразведочных работ.

Геологические материалы по всем горнопромышленным районам, бассейнам, рудным поясам и полям, отдельным месторождениям, шахтным и карьерным полям и т. д. огромны; частично они опубликованы, но главным образом хранятся в геологических фондах. По геологии месторождении полезных ископаемых имеются крупные обобщения в виде монографий, руководств, учебников, отражающие генетические, минералогические, петрографические, стратиграфические, структурно-тектонические и другие вопросы. Материалы, касающиеся различных сторон геологии месторождений, освещены также в бесконечном числе докладов, статей, заметок. В общем геологическое строение месторождений полезных ископаемых, особенно разрабатываемых и разведанных, обычно изучено хорошо.

Тем не менее некоторые вопросы, представляющие первостепенный интерес в инженерно-геологическом плане, чаще всего изучены недостаточно полно. Например, нередко оказывается недостаточно изученным геологический разрез толщ, образующих вскрышу месторождений, петрографические особенности, распространение, условия залегания, геологические типы поверхностей и зон ослабления в рудовмещающих и угленосных толщах пород и в породах, образующих вскрышу месторождений. Обычно недостаточно изучаются в количественном отношении степень трещиноватости горных пород, их закарстованность, выветрелость и некоторые другие структурно-петрографические и структурно-тектонические особенности. Наконец, при разведке месторождений пока, как правило, не уделяется должного внимания изучению напряженного состояния горных пород, особенно избыточных напряжений. Такие наблюдения и измерения редки и отрывочны. Следовательно, дальнейшее геологическое изучение этих вопросов, оценка условий вскрытия и разработки месторождений, устойчивости горных выработок, геологическое обоснование проектов горных сооружений составляют одну из задач инженерно-геологического изучения месторождений.

Гидрогеологические   условия   месторождений.    Подземные воды являются важнейшим элементом инженерно-геологических условий месторождений. На многих месторождениях их относительная роль по сравнению с другими элементами инженерно-геологических условий исключительно велика, что вызывает необходимость производить большие работы и соответственно тратить много средств и труда на осушение месторождений, на борьбу с вредным влиянием подземных вод. В связи с этим возникла необходимость в их изучении, разработке методов оценки и прогноза степени и условий обводнения месторождений, притоков подземных вод в горные выработки, разработке и конструировании технических средств защиты горных: выработок и работ от их неблагоприятного и опасного влияния.

В результате этого гидрогеологические условия большинства месторождений изучены более полно, чем их инженерно-геологические условия в целом. Так возник новый раздел в гидрогеологии, получивший название «Подземные воды месторождений полезных ископаемых» или «Гидрогеология месторождений полезных ископаемых», занимающийся по существу изучением одного из важных элементов инженерно-геологических условий месторождений, имеющий теперь  мощную теоретическую и методическую базу.

Материалы, характеризующие подземные воды месторождений полезных ископаемых, обширны и продолжают непрерывно пополняться. Имеется большое число капитальных работ, посвященных описанию подземных вод месторождений, закономерностям их формирования, динамике, режиму, химизму, методам их изучения и др. Много публикаций посвящено различным методическим вопросам, особенно касающимся методов, способов и условий осушения угольных  и рудных месторождений.

Таким образом, уровень изученности гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых в целом достаточно высок, однако в большинстве случаев эти исследования направлены на решение задач осушения месторождений. Такие
важные вопросы, как влияние подземных вод  на  изменение свойств горных пород, слагающих месторождения, на развитие разнообразных геологических явлений и соответственно на устойчивость горных выработок и других сооружений нельзя
считать достаточно изученными. Надо заметить, что специалисты в области инженерной геологии часто поступают неправильно, когда не изучают подземные воды на месторождениях,
считая, что это не входит и круг их обязанностей т.е. поступают так, как это исторически сложилось на практике в прошлом. Теперь для геологического обоснования проектов строительства шахт и карьеров и производства горных работ требуется иной подход.

 Физико-механические свойства горных пород. Способ вскрытия и система разработки, конструкция горных выработок, их устойчивость, скорость проходки, устойчивость отвалов многие другие важные вопросы, связанные с освоением месторождений полезных ископаемых, в значительной степени определяются свойствами слагающих их горных пород. Поэтому изучению и оценке свойств горных пород всегда уделялось большое внимание. Особенно много таких исследований было выполнено в последние 20—лет, когда горные работы стали развиваться на все больших и больших глубинах, в сложных инженерно-геологических условиях, когда особенно часто месторождения стали разрабатывать  открытым  способом.  

В результате накопился аналитический материал по угленосным бассейнам, рудным районам и отдельным месторождениям. Этот материал частично систематизирован, обработан и обобщен, Выявлены определенные корреляционные связи между отдельными свойствами горных пород и закономерности изменения свойств в пространстве (с глубиной, по простиранию, в пределах геологических структур и т. д.). Установлено, что данные о физико-механических свойствах горных пород необходимы не только для проектирования горных сооружений—шахт и карьеров, но и для решения геологических задач. Выполнены разнообразные методические исследования с целью установления и унификации методов изучения свойств горных пород.

Bce это показывает, что изученность свойств горных пород месторождений полезных ископаемых довольно полная и в значительной степени удовлетворяет запросам проектирования и строительства шахт и карьеров. И тем не менее в области изучения физико-механических свойств горных пород необходимо сделать еще очень многое. Имеющиеся материалы их исследований очень неоднородны. Большинство специалистов негеологического профиля рассматривает и исследует горные породы как «материал», слагающий борта и откосы карьеров, как среду подземных горных выработок, без учета их генетических и петрографических особенностей, положения в геологическом разрезе, без соблюдения правила геологической однородности, без одновременного изучения петрографического и минерального состава горных пород и их строения, т. е. не в должном инженерно-геологическом плане.

При исследованиях свойств горных пород применяются главным образом лабораторные методы и совершенно недостаточно полевые. Поэтому обширный аналитический материал часто бывает недостаточно полноценным, не позволяет объяснять причины изменений свойств горных пород, надежно и эффективно их оценивать и прогнозировать.

Необходимо изменить существующий подход к изучению свойств горных пород, шире практиковать коллективное решение задач при проектировании, строительстве и эксплуатации горных сооружений специалистами горного и инженерно-геологического профиля.

Геологические процессы   и   явления.   При   строительстве шахт и карьеров обычно нарушаются естественное состояние и равновесие горных пород, происходят их разгрузка, а иногда и разуплотнение и разрушение, расслаивание, осыпание, обрушение, оползание, оплывание, набухание и выпирание и другие виды медленных, быстрых или даже мгновенных их перемещений, сдвижений и давлений на крепь. Все эти и многие другие геологические явления нарушают устойчивость горных выработок, создают трудности и опасности для производства горных работ. Эти геологические явления требуют применения специальных способов проходки горных выработок, различных видов их крепления и других инженерных мероприятий, обеспечивающих безопасную разработку полезных ископаемых.

Встречающиеся на месторождениях геологические явления в настоящее время выявлены и с той или иной степенью детальности изучены; разработаны методы их оценки и прогноза угрожаемости, методы предупреждения и борьбы с ними. В этом плане имеются большие достижения, обширная научная и методическая литература, обобщающая опыт и результаты инженерных, научных и методических разработок.

Однако несмотря на то, что все геологические явления имеют геологическую природу при определенном влиянии на их развитие горнотехнических фактором, их изучением занимаются, как правило, не геологи, а горные инженеры Они постоянно, повседневно, преодолевая трудности, создаваемые геологическими явлениями на шахтах и карьерах, вынуждены вести наблюдения за ними, изучать их, разрабатывать приемы и методы борьбы с ними. Со временем практические запросы горного производства потребовали постановки и специального геологического, инженерно-геологического изучения геологических явлений.

Значительное достижения в исследовании геологических процессов и явлений имеются на разнообразных и многочисленных карьерах. Именно на карьерах получены важные и интересные результаты исследований оползней, осыпей, обвалов, процессов выветривания горных пород, фильтрационных деформаций и др., составившие значительный вклад в развитие инженерной геологии как специальной широкой области геологических знаний. Результаты инженерно-геологического изучения геологических явлений на месторождениях, разрабатываемых подземным способом, в целом пока довольно ограниченны, хотя и здесь имеются определенные достижения в изучении некоторых явлений, например в различных районах и шахтах Донбасса, Подмосковного бассейна, Прибалтийского сланцевого бассейна и некоторых других. В общем же инженерно-геологическое изучение геологических процессов и явлений на месторождениях полезных ископаемых находится пока еще не том уровне, какой требуется. Это –одна из главных задач инженерной геологии месторождений полезных ископаемых.

Охрана геологической среды от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий. Проблеме охраны окружающей среды в настоящее время уделяется огромное внимание. Число публикаций, посвященных этой проблеме, непрерывно увеличивается.

Различные отраслевые министерства, ведомства, предприятия и научные организации пытаются решать такие задачи самостоятельно. Действующие в настоящее время постановления и нормативные документы требуют решения вопросов охраны природы на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации сооружений и предприятий. Исследования по охране окружающей природной среды выполняются, и уже достигнуты определенные результаты. Значительное место в них занимают работы по проблеме охраны геологической среды вообще и от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий в частности.

Оценивая современное состояние исследований по этой проблеме, необходимо отметить, что для успешного ее решения выполняют работы организационного, теоретического и методологического порядка. При этом важно четко оговорить, что исследования по этой проблеме должны касаться только геологической среды, только оценки и прогноза отрицательного воздействия на нее горнодобывающих предприятий и различных способов разработки месторождений. Эта оговорка необходима потому, что горнодобывающие предприятия оказывают отрица  

ставиться, хотя изученность отдельных элементов, определяющих инженерно-геологические условия месторождений, довольно полная.

1-3. Генетические и промышленные типы месторождений полезных ископаемых

Месторождения металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых распространены в земной коре неравномерно (см. классификацию А. Г. Бетехтнна). В соответствии с историей формирования различных элементов ее тектонической структуры весьма разнообразны и условия образования месторождений. Поэтому в природе встречаются многочисленные генетические типы их, разнообразные по минеральному составу и формам залегания полезного ископаемого, петрографическому составу вмещающих пород, тектоническому строению, приуроченности к тем или иным элементам рельефа и т. д.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ПО А. Г. БЕТЕХТИНУ

I. Металлические полезные ископаемые:

1) черные и легирующие металлы —железо, марганец, хром, ванадий, кобальт, никель, молибден,, вольфрам;

2) цветные металлы —медь, цинк, свинец, олово, мышьяк, сурьма, висмут,

ртуть;

  1.  легкие металлы —алюминий, магний;
  2.  благородные металлы —золото, серебро и платиновая группа  (платина,

иридий и др.);

  1.  радиоактивные элементы —радий, торий и уран;
  2.  редкие металлы и редкоземельные элементы —циркон, ниобий, тантал,

галлий, германий и др.

П. Неметаллические полезные ископаемые:

1) строительные материалы —строительный и облицовочный камень,  галечники, щебень, пески и др.;

2) горнохимическое  сырье —соли,  фосфаты,  бораты,   апатито-нефелиновые

руды и др.

Ш. Горючие полезные ископаемые:

1) твердые горючие ископаемые —угли, горючие сланцы и др.;

2) жидкие и газообразные горючие ископаемые —нефть, природные газы.

Все типы месторождений принадлежат к трем основным генетическим сериям: эндогенной, экзогенной и метаморфической. Их описание приведено в специальных работах. Здесь же только отметим, что при решении разнообразных инженерно-геологических задач, связанных с освоением месторождений и обоснованием проектов шахт и карьеров, важно полно учитывать геологическое строение района их распространения и знать, к какому генетическому типу они принадлежат.

5. Понятие об инженерно-геологических массивах и элементах

Для прогноза инженерно-геологических процессов, расчетов деформации пород в основании зданий и сооружений, устойчивости откосов и т.д., а также при инженерно-геологическом моделировании необходимо различать инженерно-геологические элементы и массивы пород.

Элементы представляют часть геологического разреза, обособленную по стратиграфическим, фациальным и петрографическим признакам (пачка, слой, линза, контактная зона и т.д.), в пределах которой породы обладают одинаковыми инженерно-геологическими показателями свойств, трещиноватостью, выветрелостью и другими особенностями и состоянием.

Сложнее вопрос о выделении инженерно-геологического массива пород; целесообразно выделять два понятия массива в зависимости от стадии исследований и детальности изучения района.

Когда известны параметры и режим сооружения, то можно с определенной точностью представить характер его влияния на геологическую обстановку (породы, подземные воды, геологические процессы). В этом случае возможно определить состояние и свойства всего массива пород или его части, реагирующих на воздействие сооружения. Это положение имеет место при рабочем проектировании и частично при составлении проектного задания, когда целесообразно обособление собственно инженерно-геологических массивов пород.

На начальных стадиях исследования и проектирования, когда не выбраны тип и местоположение сооружений, целесообразно применять термин региональный инженерно-геологический  массив пород.

Выделение массивов производится по структурному, стратиграфическому, фациальному, петрографическому признакам, интенсивности трещиноватости, выветренности и поведению в природной обстановке, а также по обобщенным показателям свойств пород.

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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10036. Алгоритм криптографического преобразования 35 KB
  Алгоритм криптографического преобразования ГОСТ 2814789 далее ГОСТ производит зашифрование открытого текста представленного в виде двоичной последовательности. Текст зашифровывается поблочно 64х битовыми блоками. Процесс шифрования блока сводится к шифру гаммирова
10037. Алгоритм решения сравнения. Китайская теорема об остатках 44.5 KB
  Сравнения вида могут иметь несколько решений иметь единственное решение или не иметь решений вовсе. Если то решение единственно: Теорема. Решения сравнения существуют тогда и только тогда когда делит . При этом количество решений сравнения равно d. Алгорит...
10038. Определение и свойства символа Лежандра 46.5 KB
  Двучленным квадратичным сравнением называется сравнение вида где неизвестный вычет. Целое число a называется квадратичным вычетом по модулю n если сравнение разрешимо. Если сравнение разрешимо то для составного модуля количество решений как правило больше дву...
10039. Свойства символа Якоби 43 KB
  Символ Якоби числа x по модулю n, при, определяется как произведение значений символов Лежандра . Он обладает практически всеми теми же свойствами, что и символ Лежандра
10040. Криптографическая система RSA 54.5 KB
  Криптографическая система RSA является асимметричной криптосистемой основанной на односторонней функции с лазейкой в качестве которой выбрана степенная функция в кольце вычетов целых чисел по составному двупростому модулю . Стойкость системы сводится к сложности з...
10041. Смешанные криптосистемы 35 KB
  Смешанные криптосистемы. В настоящее время в системах связи общего назначения широко распространены смешанные гибридные криптосистемы у которых конфиденциальность сообщений обеспечивается за счет шифрования с помощью симметричной криптосистемы рассылка ключей д
10042. Функция Эйлера. Доказательство теорем Эйлера и Ферма 54.5 KB
  Пусть m>1 – целое число и а – вычет по модулю m. Порядок является наименьшим положительным числом для которого выполняется сравнение. Порядок числа по модулю обозначается. Функция Эйлера. Порядки чисел по модулю различны. Существуют числа являюще
10043. Цифровая подпись Ель Гамаля 37 KB
  Цифровая подпись Ель Гамаля основывается на односторонней функции дискретного возведения в степень обратной к которой является дискретный логарифм. Механизм цифровой подписи Эль Гамаля широко используется на практике для организации аналогичных схем цифровой подписи...
10044. Линейная двоичная рекуррентная последовательность 39 KB
  Линейная двоичная рекуррентная последовательность. В криптосхемах потоковых шифров широко применяются криптоузлы основанные на т.н. регистрах сдвига с обратной связью. Наиболее простым узлом является т.н. двоичный регистр сдвига с линейными обратными связями РСЛОС...