Инженерная геология как наука

Лекция 1

Введение. Происхождение Земли. Происхождение минералов

1. Инженерная геология как наука

2. Планета Земля

3. Строение Земли: геосфера, атмосфера, гидросфера

4. Происхождение минералов

Литература:

1. В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. Инженерная геология, М., «Высшая школа», 2002

2. Л.Д. Белый, В.В. Попов. Инженерная геология, М. Стройиздат, 2005

3. Л.М. Пешковский, Г.М. Перескотова, Инженерная геология, М. Недра, 2002

Инженерная геология как наука

Инженерная геология одна из наук геологического цикла, которая изучает геологическую среду, ее рациональное использование и охрану в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Под геологической средой следует понимать любые горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы (земной коры), 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.

Инженерно-геологические условия характеризуют особенности геологического строения изучаемой территории, состав и свойства слагающих ее пород, геологические процессы, рельеф и подземные воды. Инженерно-геологические условия строительной площадки влияют:

- на выбор места расположения объектов;

- на конструкцию сооружений и глубину заложения фундаментов;

- на способы производства строительных работ и мероприятия по охране окружающей среды.

Инженерные сооружения, в свою очередь, могут изменить существующие природные геологические условия:

- вызвать осадку (уплотнение) или сдвиги в тех породах, на которых они построены;

- изменить рельеф планировкой и подсыпкой;

- изменить микроклимат и глубину промерзания грунтов, уровень грунтовых вод;

- ускорить развитие оврагов, оползней и других опасных геологических процессов.

Инженерно-геологическая оценка условий строительства определяется в зависимости как от естественных природных факторов, так и от типа и конструкций сооружения, от характера его воздействия на породы в процессе строительства и эксплуатации.

Основные разделы инженерной геологии:

- грунтоведение;

- инженерная геодинамика;

- региональная инженерная геология.

Грунтоведение – изучает горные породы, составляющие литосферу как грунты. Грунтами называют горные породы, находящиеся в сфере инженерной и хозяйственной деятельности человека.

Горные породы (грунты) состоят из минералов или минеральных агрегатов, имеющих определенный химический состав и физико-механические свойства, влияющие на строительные характеристики грунтов.

Грунтоведение изучает минералогический состав грунтов, их генезис (происхождение), структуру и текстуру, т. е. те характеристики, которые влияют на прочность и устойчивость грунтов при нагрузке на них от зданий и сооружений. Одновременно с грунтоведением формировалась механика грунтов на стыке геологических, физико-математических и строительных дисциплин. Механика грунтов рассматривает те общие закономерности, которые вытекают из применения к горным породам (грунтам) законов теоретической и строительной механики в связи с нагрузками.

Грунтоведение характеризует грунты основания сооружений в ненарушенном состоянии до начала строительства и прогнозирует изменение их в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

Инженерная геодинамика – изучает природные и инженерно-геологические опасные процессы и явления, влияющие на строительство и эксплуатацию сооружений. Это гравитационные процессы на склонах и в котлованах, оврагообразование, геологическая деятельность рек, ветра, моря и др. Инженерно-геологическими процессы и явления называют тогда, когда их зарождение или развитие связано с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Обычно такие процессы и явления занимают меньшие площади, не имеют большие скорости развития.

Региональная инженерная геология изучает закономерности формирования и распространения по территории инженерно-геологических условий. Инженерно-геологические условия оказываются одинаковыми или близкими у тех территорий, которые имеют одну и ту же или близкую историю геологического развития и находятся в одних и тех же природно-климатических зонах. В ее задачу входит составление инженерно-геологических карт, выделение регионов, областей, районов и подрайонов (по классификации И.В.Попова) с близкими инженерно-геологическими условиями. Создание инженерно-геологических карт значительно сокращает время и объемы изыскательских работ на строительных площадках, что дает определенный экономический эффект. Для инженеров-строителей основным документом при проектировании зданий и сооружений является инженерно-геологическая карта и заключение с оценкой инженерно-геологических условий стройплощадки.

Планета Земля

Земля – третья планета Солнечной системы, имеет форму геоида (апроксимируется с эллипсоидом вращения) и центрально-симметрическое строение с несколькими оболочками или геосферами.

Среди многочисленных гипотез происхождения Солнечной системы и планеты Земля наиболее разработанными в настоящее время являются метеоритная гипотеза О.Ю.Шмидта и космогенная гипотеза В.Г.Фесенкова.

Академик О.Ю.Шмидт в 1944 году предложил гипотезу происхождения Солнечной системы, согласно которой процесс формирования планет и их спутников происходил из первичного метеоритного вещества, захваченного притяжением Солнца, под влиянием гравитационного поля которого произошло перераспределение метеоритного вещества с образованием Солнечной системы.

По гипотезе В.Г.Фесенкова (1960 г.) Солнце и планеты образовались в результате сгущения одной из гигантских туманностей в космосе. Затем вначале сформировалось Солнце, а затем в процессе его эволюции возникли планеты Солнечной системы.

Изучение космоса, полеты к другим планетам, к Луне дают много новых факторов для практической проверки гипотез и их дальнейшего развития и совершенствования, т. к. ни одна из них в настоящее время не дает полного ответа на вопросы происхождения Солнечной системы и планеты Земля.

3. Строение Земли: геосфера, атмосфера, гидросфера

Воздушная оболочка – атмосфера – общей высотой около 1300 километров, имеет, в свою очередь, слоистое строение с диффузными, проникающими друг в друга границами.

Ее первый этаж – тропосфера, выше – стратосфера, ионосфера и зона рассеяния.

Водная оболочка – гидросфера – включает моря, океаны, озера, реки, воду в атмосфере и литосфере в жидком, твердом и газообразном состояниях. Распределение неравномерное. К северу от экватора почти одинаковая площадь суши и воды, а в южном полушарии океаны занимают 90% поверхности.

Литосфера – каменная оболочка Земли или земная кора сложена горными породами. Имеет различное строение под океанами и континентами, под земной корой располагается мантия, а с глубины 2900 км – ядро.

Биосфера – сфера жизни во всех геосферах Земли. При загрязнении техногенными выбросами переходит в состояние, непригодное для жизни – неосферу.

Между геосферами существует природные и техногенные связи. Идет непрерывный обмен веществом и энергией, рождаются геологические процессы внутренней и внешней динамики Земли. Инженерная деятельность человека может ускорить или замедлить развитие опасных геологических процессов, что приводит к нарушению природного равновесия геологической среды.

Геологической средой называют верхнюю часть земной коры – литосферу, где протекает инженерная и хозяйственная деятельность человека: шахты, карьеры, фундаменты, скважины на воду, нефть, газ и т. п., определяют ее мощность.

Происхождение минералов

Горные породы, слагающие земную кору, представляют собой агрегаты, сложенные теми или иными минералами.

Минералами называют сравнительно однородные по химическому составу соединения, образовавшиеся в результате сложных физико-химических процессов в недрах Земли или на ее поверхности. Минералы могут быть твердыми (кварц, роговая обманка), жидкими (самородная ртуть) и газообразными (сероводород, метан).

Подавляющее большинство твердых минералов являются кристаллическими образованиями и лишь незначительная их часть – аморфными. Минералы, находящиеся в кристаллическом состоянии, в природе чаще всего встречаются в виде агрегатов (скоплений зерен) неправильной формы и значительно реже – в виде правильных многогранников – кристаллов. Размеры минеральных индивидов могут быть от больших, масса которых несколько тонн (полевой шпат, кварц), до мельчайших зернышек, видимых только в микроскоп. Большинство минералов встречаются именно в виде мелких и мельчайших зернышек, образуя зернистую структуру магматических, осадочных и метаморфических горных пород. В природе встречается около 7000 минералов и их разновидностей. Каждый из них имеет определенное строение и обладает присущим ему комплексом физических свойств (твердость, удельный вес, спайность, магнитность и др.), влияющих на инженерно-геологические (строительные) свойства горных пород геологической среды.

Контрольные вопросы:

1. Инженерная геология – это….

2. Геологическая среда – это…

3. Инженерно-геологические условия – это…

4. Грунтоведение – это…

5. Инженерная геодинамика – это…

6. Региональная инженерная геология – это…

7. Минералы – это…