Реферат: Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Геологічний факультет

Кафедра гідрогеології та інженерної геології


А.В.ШОСТАК


ІНЖЕНЕРНА ГЕОЛОГІЯ


Навчальний посібник


Київ – 2010


УДК 624.131.631.43(075.8)


Р е ц е н з е н т и:

канд. геол.-мін. наук, доц. Корнєєнко С.В.,

канд. геол.-мін. наук, доц. Кошляков О.Є.


Рекомендовано до друку вченою радою геологічного факультету

(протокол №2 від 27 жовтня 2010 року)


^ Шостак, А.В.


Інженерна геологія : навчальний посібник/ А.В.Шостак. – Інтернет-ресурс Київського університету. – geol.univ@kiev.ua. – 92 с.


В навчальному посібнику подається опис тієї геологічної обстановки, котра вивчається й піддається оцінці під час інженерно-геологічних досліджень. Розглядаються інженерно-геологічні завдання, що розв’язуються за допомогою геоморфологічних, тектонічних та інших методів досліджень, а також питання встановлення за цими даними раціонального об’єму і характеру вишукувальних робіт. Далі розглядаються фізико-геологічні й інженерно-геологічні процеси, котрі впливають на оцінку умов будівництва. Два останні розділи посібника містять поняття про стадійність проектування, склад інженерно-геологічних досліджень та методи інженерно-геологічної оцінки масивів гірських порід.

Для студентів геологорозвідувальних спеціальностей вищих навчальних закладів.


УДК 624.131.631.43(075.8)


©Шостак А.В., 2010


зміст


3.2. Вивітрювання гірських порід і основні його чинники. 28

3.3. Сезонне та багаторічне промерзання гірських порід. 40

40

3.4. Діяльність вітру (еолові процеси). 49

3.5. Діяльність поверхневих вод. 50

3.5.4. Формування берегів природних і штучних водоймищ. 55

3.6. Просідні явища в гірських породах. 59

3.7. Карст. 61

3.8. Болота і заболочені території. 64

3.10. Дія гравітаційних сил на схилах. 69



вСТУП


Інженерна геологія має свій предмет, свої завдання і методи досліджень. Вона розробляє широке коло наукових геологічних проблем і розв’язує практичні завдання, що виникають під час проектування та будівництва різноманітних споруд (цивільних і промислових будівель, міст, доріг, мостів, гідровузлів, теплових і атомних електростанцій, тунелів і метрополітенів, аеродромів, портів, шахт, кар’єрів тощо), під час виконання інженерних робіт з покращання територій (осушення, зрошення, боротьба зі зсувами, сельовими та іншими геологічними явищами), а також під час виконання гірничих робіт на родовищах корисних копалин.

В підручнику розглядається коло завдань, питань і проблем, що становлять зміст головної частини курсу інженерної геології. В ньому наводяться основні положення про геологічні умови будівництва, які визначаються на підставі вивченні рельєфу території будівництва, її геологічної будови, гідрогеологічних умов, поширення тих чи інших типів гірських порід, структурно-тектонічної обстановкиі розвитку геологічних процесів і явищ. В основу посібника покладено курс лекцій, який автор читає на геологічному факультеті Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Посібник відповідає програмі курсу, котра була свого часу скорочена у зв’язку з переходом на нові освітні стандарти. Тому посібник розрахований не лише на студентів спеціальності «гідрогеологія», але й на студентів ряду інших геологічних спеціальностей. Автор намагався відібрати з циклу інженерно-геологічних дисциплін те, що конче необхідно знати геологам інших спеціальностей. Внаслідок скорочення обсягу лекційних годин довелося відмовитися від викладення в посібнику основ регіональної інженерної геології, яка є невід’ємною частиною інженерної геології і читається тепер лише для студентів-гідрогеологів. Під час розробки посібника автор базувався на результатах новітніх теоретичних досліджень в галузі інженерної геологій та суміжних наук, практики інженерних вишукувань та досвіду проектування, будівництва і експлуатації будівель і споруд.

Перший розділ посібника містить короткі відомості про суть інженерної геології, місце її в ряду інших геологічних наук та історію становлення й розвитку.

У другому розділі посібника подається опис тієї геологічної обстановки, яка вивчається й піддається оцінці під час інженерно-геологічних досліджень. Тут розглядаються інженерно-геологічні завдання, що розв’язуються за допомогою геоморфологічних, тектонічних та інших методів досліджень.

У третьому розділі розглядаються фізико-геологічні та інженерно-геологічні процеси і явища, які впливають на оцінку умов будівництва.

Четвертий розділ містить у собі поняття про стадійність інженерно-геологічних вишукувань відповідно до чиннних нормативних документів, а п’ятий – короткі відомості про методи інженерно-геологічної оцінки масивів гірських порід.

Автор висловлює подяку завідувачу кафедри гідрогеології та інженерної геології О.Є.Кошлякову та доценту С.В.Корнєєнку за рецензування посібника і цінні зауваження, висловлені при цьому, а також співробітникам кафедри, котрі надавали технічну допомогу під час підготовки електронної версії посібника до публікації.


РОЗДІЛ 1. Інженерна геологія як наука. Основні відомості з історії розвитку Інженерної геології. Завдання інженерної геології на сучасному етапі розвитку економіки і господарства.


Інженерна геологія входить у систему геологічних знань про Землю і є геологічною наукою, що межує з технічними науками (будівельною, гірничою), тісно пов‘язана з геологічними (стратиграфією, тектонікою, літологією, гідрогеологією) та іншими природними науками.

Основоположник інженерної геології акад. Ф.П.Саваренський вважав, що “інженерна геологія є галуззю геології, яка трактує питання прикладення геології до інженерної справи”. В одній із своїх робіт (ще у 1934 р.) він писав, що перед інженерною геологією постає подвійне завдання: 1) вибрати і вивчити на наукових засадах місця зведення споруд і 2) дати прогноз зміни природних умов внаслідок втручання людини.

Приблизно в той же час Г.М.Каменський (1936) ввів поняття про інженерно-геологічні процеси та явища. Їх вивчення, оцінка і прогнозування складають основне завдання інженерної геології. До них належать сучасні геологічні процеси та явиша, викликані природними факторами, але змінені (активізовані) інженерно-будівельною діяльністю людини, а також утворені знову під її впливом. Типові приклади – це переробка берегів водосховищ, вплив фільтраційних потоків на гірські породи, зсуви на берегах кар‘єрів і укосах виїмок і т.д. У кожного геологічного процесу є свій інженерно-геологічний аналог.

На думку В.В.Приклонського (1949), інженерна геологія складається з трьох основних розділів:

вчення про гірські породи як ґрунти, включаючи і технічну меліорацію;

2) вчення про інженерно-геологічні явища;

3) регіональна інженерна геологія.

За означенням І.В.Попова, інженерна геологія – це галузь геології, що вивчає будову і динаміку верхньої частини літосфери (гелогічного середовища), як об‘єкт будівельної діяльності людини.

Головними теоретичними й практичними завданнями інженерної геології на сучасному етапі є:

вивчення діяльності людини у верхній частині літосфери як геологічного фактора;

оцінка інженерно-геологічних умов (гірських порід, підземних вод, геологічних процесів тощо);

просторово-часовий прогноз взаємодії геологічного середовища та інженерних споруд (у кількісній формі);

обгрунтування методів управління геологічними та інженерно-геологічними процесами;

спеціалізована типізація та районування території і масивів порід з метою раціонального їх використання, охорони оточуючого середовища і виконання вишукувань.

Таким чином, інженерна геологія є наукою про формування й зміни інженерно-геологічних умов територій, про геологічні умови будівництва і експлуатації споруд, раціональне використання геологічного середовища та його охорони в зв’язку з розвитком геологічних процесів і явищ.


^ Взаємозв’язок інженерної геології з іншими науками.


На сьогодні інженерна геологія займає цілком визначене положення в науці про Землю і є однією з двох її головних складових. Дійсно, де б у нашій країні або за її межами не виконувалися геологічні дослідження ­– на суші чи на морі, вони завжди спрямовані на розв’язок одного з двох основних завдань: 1) виявлення, розвідку та промислову оцінку родовищ корисних копалин і 2) вивчення й оцінку геологічних умов будівництва різноманітних споруд. Інженерна геологія розвивається на базі інших фундаментальних наук про речовину земної кори, про її історію та будову. Історична геологія, палеонтологія, стратиграфія, кристалографія, мінералогія, петрологія магматичних, метаморфічних і осадочних порід, а також геотектоніка, геоморфологія, гідрологія і гідрогеологія, мерзлотознавство, геофізика, фізична і колоїдна хімія, вчення про водні розчини, фізика і механіка пружних, пластичних і в‘язких, суцільних і дискретних тіл – ось далеко неповний перелік наук про Землю та інших природничих наук, здобутками яких користується інженерна геологія.

У наш час гірнича інженерно-будівельна та господарська діяльність людини є найважливішим геологічним чинником, що змінює стан верхньої частини літосфери та хід сучасних геологічних процесів. Свідченням цього є штучні землетруси, видобуток з надр гігантських мас порід (лише у вугільній промисловості більше 3 млрд. м3/рік), підземних вод, нафти, активізація зсувів об‘ємами до сотень мільйонів кубічних метрів, переробка берегів водосховищ та ін.

У 1944 р. В.І.Вернадський ввів поняття про “ноосферу” – сферу розуму, де людина стає найбільшою геологічною силою”. Справедливість його слів стає все більш очевидною з розвитком науково-технічного прогресу.

Наскільки великим і різноманітним є вплив людини на верхню частину земної кори, стає зрозумілим, якщо пригадати лише деякі факти і цифри, пов‘язані з цим впливом. Наприклад, у районі всесвітньо відомої Курської магнітної аномалії свого часу були створені найбільші кар‘єри для видобутку залізних руд відкритим способом. При підготовці цих кар‘єрів (Михайлівського і Лебединського) до експлуатаціі було знято більше, ніж 170 млрд. м3 порід, які перекривали руди. Із величезних котлованів площею в декілька км2 і глибиною більше 100 м, відбувалося щоденне відкачування 120 тис. м3 води. Це призвело до зміни рівня підземних вод у всьому прилеглому районі.

Гідротехнічне та іригаційне будівництво також охопило території в десятки і навіть сотні тисяч км2. На початок ХХІ століття площі зрошуваних земель у всьому світі досягають 200 млн. га. На жаль, зрошення і створення водосховищ у багатьох випадках призводить до засолення грунтів, заболочування значних територій, до інтенсивного розвитку зсувів, обвалів та інших негативних явищ .

Діяльність людей, пов‘язана з гірничими і будівельними роботами, призводить до переміщення порід об‘ємом не менше 1 км3 на рік, що прирівнюється до денудаційної роботи річок.

Вся інженерно-господарська діяльність людей тісно пов‘язана між собою, і в такому ж тісному зв‘язку опиняються різні види впливу людини на земну кору. Такий інтенсивний вплив на верхню частину земної кори вимагає вивчення інженерно-геологічних умов для великих територій та прогнозу їх зміни під впливом людської діяльності на тривалий час. При цьому під інженерно-геологічними умовами розуміють існуючі в даний час особливості геологічної будови території, складу і властивостей гірських порід, геологічних процесів, рельєфу та підземних вод.

Наприклад, можливе виникнення зсувів у результаті порушення природних схилів, виникнення сельових потоків при вирубці лісу, зміна мерзлотних умов при будівництві і т.д. Процеси і явища, викликані діяльністю людей, дістали назву інженерно-геологічних. Вони відрізняються від подібних, які розвиваються природним шляхом, тим, що для їх проявлення потрібно, як правило, менше часу. Інколи інженерно-геологічні процеси виявляються більш інтенсивними, ніж відповідні процеси у природних умовах.

Інженерна геологія вивчає і оцінює геологічні фактори, що впливають на інженерні споруди: на вибір місця їх розташування, на кострукцію, на способи виконання робіт і т.п. Інженерна споруда, в свою чергу, може змінити існуючі природні геологічні умови і процеси.

Є.М.Сергєєв (1978) визначає інженерну геологію як “науку, що вивчає земну кору як середовище життя і діяльності людини” (згадаймо “ноосферу” В.І.Вернадського).

При цьому, об‘єктом її вивчення є сучасний стан і динаміка зміни верхньої частини земної кори в зв‘язку з інженерною діяльністю людини. Це поняття дуже широке: воно включає в себе всі зміни, що відбуваються у складі, структурі і текстурі гірських порід, зміни їх властивостей і, як наслідок цього, виникнення і розвиток або, навпаки, зникнення різних геологічних процесів, що, в свою чергу, призводить до зміни інженерно-геологічних умов окремих територій.

Відповідно до цього в інженерній геології і виділяють три основні інженерно-геологічні дисципліни:

грунтознавство (вивчає гірські породи як грунти);

інженерну геодинаміку (вивчає як природні геологічні так і інженерно-геологічні процеси і явища);

регіональну інженерну геологію (вивчає закономірності просторово-часової мінливості інженерно-геологічних умов в залежності від історії розвитку земної кори і сучасних фізико-географічних умов).

Виникнення інженерної геології (ІГ) і розвиток її на перших етапах були пов‘язані з будівництвом. Передісторія ІГ складається з двох етапів.

^ Перший етап, коли будівельники та гірничі інженери самостійно вивчали гірські породи, що є основою, середовищем і матеріалом для різних споруд. Навряд чи можна хоча б приблизно з певністю вказати, коли почали вивчатися гірські породи в зв‘язку з будівництвом. Траплялися і казуси. Про один з них свідчить давньоримський історик Корнелій Тацит (55-120 рр.): “ Якийсь Отілій, вільновідпущеник, зважившись побудувати в Фіденах амфітеатр для гладіаторських вистав, з одного боку, не поклав фундамент на міцному грунті, з іншого, не скріпив міцними скріпами дерев‘яних крокв… Переповнена будівля здригнулася і, обвалюючись всередині та розсипаючись зовні, стрімголов захопила з собою й накрила велику масу смертних, котрі як споглядали видовище зсередини, так і стояли навкруги амфітеатру…”.

Початком же перших наукових досліджень і узагальнення накопиченого матеріалу можна вважати перші десятиліття ХІХ ст. З розвитком промислового капіталізму в Європі, і зокрема в Росії, з‘явилися і перші наукові праці: Д.Лачинова “Рассуждение об устроении и укреплении плотин” (1816), М.Герсеванова “Лекции о морских сооружениях” (1861), В.Карловича “Основания и фундаменты” (1869) та ін. В цих працях гірські породи вже звалися “грунтами”. Але на цьому етапі такими питаннями займалися лише будівельники.

^ Другий етап передісторії ІГ пов‘язаний із залученням геологів до вишукувань під будівництво (з середини ХІХ по 20-і роки ХХ ст.). Для будівництва залізниць, каналів та ін. Серед геологів, які консультували будівельників, було чимало відомих вчених: Сміт (Англія), Берклі (США), І.В.Мушкетов, В.О.Обручев, О.П.Павлов та ін. О.П.Павлов розробив класифікацію грунтів, побудовану на розгляді сил зчеплення в грунтах, від яких залежать такі їх властивості як стисливість і розмивність.

Початком формування ґрунтознавства слід вважати створення в Петрограді у 1923 р. Дорожньо-дослідницького бюро. Виникло дорожнє грунтознавство, яке з часом при використанні для інших видів будівництва втратило прикметник “дорожнє” і стало зватися більш широко – “грунтознавство”. У 1930 р. була відкрита кафедра грунтознавства в Ленінградському університеті, а у 1938 р. – така ж у Московському. Велике значення для його розвитку (гунтознавства) мали праці П.А.Земятченського, М.М.Філатова, В.В.Охотіна, В.О.Приклонського, І.В.Попова, С.С.Морозова та ін.

У 1925 р. вийшла монографія Карла Терцагі “Будівельна механіка грунтів”, яка поклала початок нової науки “Механіка грунтів”. Це, як відомо, поєднання фізико-математичних, будівельних і геологічних наук.

Власне назва “інженерна геологія” з‘явилася невідомо коли. За спогадами І.В.Попова, “вона носилася в повітрі і застосовувалася російськими геологами вже в 20-х роках”. Вперше під назвою “інженерна геологія” у 1929 р. вийшла книга Редліха, Кампе і Терцагі німецькою мовою, але в ній обгрунтування назви і методологічних основ інженерної геології не було. На думку академіка Є.М.Сергєєва, інженерна геологія як наука сформувалася вперше в Радянському Союзі. Великий внесок в її становлення й подальший розвиток мали праці Ф.П.Саваренського, Г.М.Каменського, Н.Ф.Погребова, І.В.Попова, М.М.Маслова, М.П.Семенова, В.О.Приклонського та ін. вчених, що брали участь у вишукуваннях під будівництво гідроелектростанцій на Волзі, Дніпрі, по трасі каналу Волга-Москва та ін.

В 1929 р. була відкрита кафедра інженерної геології в Ленінградському гірничому інституті, а в у 1931 р. – у Московському геологорозвідувальному інституті.

У 1937 р. вийшли в світ книги: ”Інженерна геологія” Ф.П.Саваренського та “Методика інженерно-геологічних досліджень для гідротехнічного будівництва” (М.П.Семенов, М.І.Біндерман, М.М.Гришин). В 1951 р. вийшов підручник “ Інженерна геологія ” І.В.Попова.

В ті ж роки за кордоном виникла “геотехніка”, в якій на перше місце висувалися механіко-математичні методи аналізу геологічних та інженерно-геологічних явищ, що впливають на стійкість споруд, а загальноприйнятим дослідженням відводилася другорядна роль. Сьогодні не можна сказати, що розвиток інженерної геології завершився. Коло її завдань постійно розширюється.

Як і вся геологія, інженерна геологія використовує досягнення математики, механіки, фізики і хімії. Серед геологічних наук вона найтісніше пов‘язана з гідрогеологією та геокріологією: структура і текстура мерзлих порід, їх властивості значно відрізняються від подібних властивостей порід, не охоплених мерзлотою; геологічні процеси в мерзлих породах протікають своєрідно. В інженерній геодинаміці природні води розглядаються як один із основних чинників, що зумовлюють розвиток геологічних процесів.

Сполучною ланкою між інженерною геодинамікою та грунтознавством виступає механіка грунтів, а між грунтознавством і регіональною інженерною геологією – регіональне грунтознавство (вивчає основні закономірності формування і просторового розташування гірських порід як грунтів).


Запитання для самоконтролю.

Дайте означення інженерної геології як науки.

З яких основних частин складається інженерна геологія?

Назвіть теоретичні і практичні завдання інженерної геології.

З якими науковими дисциплінами пов‘язана інженерна геологія?

Вкажіть головні етапи становлення інженерної геології.



Розділ 2. Поняття про інженерно-геологічні умови.

Виконуючи інженерно-геологічні дослідження, зазвичай дають інженерно-геологічну характеристику умов будівництва тієї чи іншої споруди. В цьому випадку під інженерно-геологічними умовами розуміють такі, від наявності чи зміни яких залежать місце розташування споруди, її конструкція, способи виконання робіт, а також вибір заходів боротьби з несприятливими явищами. Отже, до інженерно-геологічних умов може бути віднесено будь-яке геологічне явище (наприклад наявність тріщин, особливості залягання порід, наявність і динаміка зсувних процесів, просідання лесів), якщо воно здійснює вплив на споруду.

Одна і та ж інженерно-геологічна умова оцінюватиметься неоднаково залежно від типу і конструкціі споруди. Наприклад, якщо в товщі однорідних і міцних порід, які складають природну основу споруди, міститься тонкий прошарок слабкої глини, то такий прошарок оцінюватиметься по різному залежно від того, що саме буде тут споруджено: будинок, гребля, мостовий перехід тощо.

Інженерно-геологічні умови, як правило, діляться на більш-менш однорідні групи, з тим, щоб їх можна було систематично вивчати, застосовувати специфічні методи досліджень. Так, наприклад, їх можна поділити на:

геологічну обстановку;

фізико-геологічні явища;

інженерно-геологічні процеси.

Під геологічною обстановкою зазвичай розуміють різноманітні геологічні умови, що так чи інакше впливають на споруду: геоморфологічні, тектонічні, гідрогеологічні, а також літологічний склад порід і т.п.

Стосовно фізико-геологічних явищ академік Ф.П.Саваренський у 1941 р. дав їх класифікацію, яка грунтується на відмінностях причин утворення і розвитку цих явищ. Пізніше її доповнив М.В.Коломенський (1956) і на сьогодні вона виглядає наступним чином.

Табл. 1

^ Основні причини виникнення і розвитку явищ

Фізико-геологічні явища

1. Діяльність агентів вивітрювання

Вивітрювання

2. Діяльність поверхневих вод (морів, озер, річок, каналів)

Підмивання берегів та їх обвалення (морська і річкова абразія).

Розмивання схилів (балки, яри)

Селі

3. Діяльність поверхневих і підземних вод

Болота, просідання, карст

4. Діяльність поверхневих і підземних вод на схилах

Зсуви

5. Діяльність підземних вод

Суфозія

Пливуни

6. Промерзання і відтанення грунту

Промерзання і пучинність

Багаторічна мерзлота та її прояви

7. Дія внутрішніх сил Землі

Сейсмічні явища

8. Інженерна діяльність людини

Осідання, стискання, набрякання, поверхневі і підземні деформації в штучних підземних виробках


Як видно, в цій класифікації вказано на причини виникнення тих чи інших фізико-геологічних явищ, в чому і полягає її практична цінність, тому що заходи боротьби з цими явищами перш за все повинні бути спрямовані на усунення причин їх виникнення і розвитку, а якщо це неможливо (землетруси), то на послаблення їх дії на споруди. Однак, наведена класифікація дещо схематична в аналізі процесів, пов‘язаних з інженерною діяльністю людини і називаються інженерно-геологічними процесами. Тому можна навести ще одну класифікацію (І.В.Попов, 1951). В ній, на відміну від класифікації Ф.П.Саваренського, природні геологічні процеси співставляються з аналогічними інженерно-геологічними процесами.

Табл. 2

^ Природні геологічні явища


Інженерно-геологічні процеси

1. Ущільнення осадків в процесі діагенезу під впливом ваги наступних відкладів. Ущільнення порід під впливом навантажень від льодовиків і т.п.


Ущільнення порід в основах споруд

2. Ущільнення лесів в процесі епігенезу з утворенням степових блюдець

Просадкові явища в лесах внаслідок протікань з водогонів та фільтрації води з каналів

3. Наледі, льодяні бугри, термокарст і т.п.

Мерзлотні деформації порід в основах споруд та пучіння на дорогах

4. Зсуви, спливання, обвали, осипання

Деформація штучних укосів

5. Абразія по берегах морів та озер

Переробка берегів водосховищ

6. Провали над карстовими порожнинами

Зрушення гірських порід при підземних роботах


Отже, в подальшому ми розглянемо вплив геологічної обстановки на інженерно-геологічну оцінку місцевості, а потім перейдемо до характеристики фізико-геологічних явищ (за класифікацією Ф.П.Саваренського) і паралельно інженерно-геологічних процесів.


^ 2.1. Інженерно-геологічна оцінка геоморфологічних умов місцевості.


Основні завдання геоморфологічних досліджень при інженерно-геологічній оцінці місцевості:

Встановлення наявності і характеру фізико-геологічних явищ (зсувів, карсту і т.п.), які впливають на проектування і будівництво споруд.

Встановлення, особливо на ранніх стадіях інженерно-геологічних досліджень, форм і розмірів морфологічних елементів, розташування їх у просторі, складу і ступеня однорідності гірських порід, які в тій чи іншій мірі визначають розташування, конструкції споруд та умови їх будівництва і експлуатації.

Раціональне визначення об‘єму і характеру розвідувальних робіт (особливо на перших стадіях досліджень), що проводяться для інженерно-геологічних цілей (тип і глибина виробок, їх конструкція, розташування по площі, режим проходки).

Фізико-геологічні явища (зсуви, карст, мерзлотні явища та ін.) в значній мірі впливають на розташування споруд, вибір їх конструкції, на способи виконання будівельних робіт.

Як правило, практична необхідність встановлення наявності і характеру фізико-геологічних явищ виникає на перших стадіях інженерно-геологічних досліджень, коли вибирається та оцінюється ділянка, район забудови, створ греблі і т.ін. На перших стадіях досліджень саме геоморфологфчний метод, очевидно, є єдиним методом дослідження, що дозволяє встановити наявність, характер, а в ряді випадків і розміри фізико-геологічних явищ.

За формами рельєфу досить точно вдається всановити наявність зсувів (характерні зсувні цирки, бугристість зсувного тіла, стінки відриву, бугри випирання, відкинуті уступи і т.п.), карсту (наявність лійок, блюдцеподібних знижень і т.п.), явищ, пов‘язаних з багаторічною мерзлотою тощо.

За допомогою геоморфологічних досліджень можна не лише встановити наявність того чи іншого явища, але і його розміри, тобто площу і глибину поширення. Наприклад, оконтурення зсувного тіла дозволяє дати корисні рекомендації щодо проектування споруд. Прикладом ігнорування геоморфологічних особливостей може служити проектування і будівництво одного із санаторіїв у м. Сочі. Ця будівля була розташована на зсувному уступі, причому, довга сторона будівлі збігалася з напрямком руху зсуву. Північно-східна частина споруди розташована на корінних породах схилу, а південно-західна, більша частина споруди, була розташована на зсувному тілі. Не зважаючи не те, що протягом 24 років з моменту забудівлі зсувні рухи не відбувалися, у будинку утворилася тріщина, що йшла від лінії контакту корінних порід з породами зсувного тіла. Пояснюється така деформація тим, що основою південно-західної частини будівлі є породи, що стискаються і які складають зсувне тіло. Звідси й більше осідання у порівнянні з корінними породами. Але навіть у тому випадку, якби північно-східна частина не розташовувалася на корінних породах, а була б впритул присунута до стінки зриву, то деформація споруди все одно відбувалася б через нерівномірне осідання, обумовлене різною потужністю зсувних накопичень під різними частинами споруди.

Одним із важливих об‘єктів геоморфологічного вивчення для інженерно-геологічних потреб є річкові долини, особливо при дослідженнях для проектування і будівництва гідротехнічних споруд. Як відомо, на основі геоморфологічних досліджень встановлюється історія розвитку річкових долин, форма і розміри їх елементів (положення і напрямок дна та тальвегу долини, ширина долини, розміри заплави, терас, їх склад, крутизна схилів і т.п.).

Під час інженерно-геологічних досліджень для гідротехнічного будівництва важливим є виділення в межах річкових долин древніх, інколи похованих русел (їх інколи називають прарічками). Дно таких русел буває розташоване нижче сучасних русел, а склад відкладів, які заповнюють древні долини, суттєво відрізняється від сучасних відкладів.

Ширина річкових долин і крутизна їх схилів обумовлюють розміри гідротехнічних споруд і можливості розгортання будівельних робіт, планування населених пунктів, спрямування доріг і т.ін.

Для інженерно-геологічної оцінки умов місцевості важливо знати походження, кількість, висоту і поширення терас річкових долин, а також склад і потужність порід, з яких вони складаються. Походження терас впливає на їх літологічний склад і геологічну будову. З цієї точки зору слід розрізняти акумулятивні, ерозійні, змішані і заплавні тераси.

^ Акумулятивні тераси складені характерними алювіальними та озерними відкладами інколи надзвичайно строкатого складу. При цьому окремі літологічні різновиди цих порід перебувають у складних взаємовідносинах один з одним. Відклади акумулятивних терас бувають представлені галечниками, гравієм, пісками, супісками, суглинками, глинами, прошарками і лінзами мулу і торфу. Всі вони, зазвичай, наділені різними фізико-механічними властивостями.

Дуже часто чітко спостерігається укрупнення механічного складу алювіальних відкладів згори вниз за глибиною і знизу вгору за напрямком течії річки. Характерною особливістю багатьох типів алювіальних відкладів є вміст в них тієї чи іншої кількості органічних речовин.

Ерозійні тераси представляюють собою майданчики, вироблені протічною водою в корінних породах. Тому всі споруди в цьому випадку будуть розташовані на корінних породах, наділених залежно від їх складу різною міцністю. Інколи такі тераси утворюються в міцних скельних породах (Кавказ, Урал, Альпи).

^ Змішані тераси з інженерно-геологічної точки зору мало чим відрізняються від акумулятивних, тому що в цьому випадку товща різноманітних алювіальних відкладів підстеляється корінними породами.

^ Заплавні тераси найчастіше бувають складені різними комплексами піщано-глинистих утворень, які інколи вміщують значну кількість органічних речовин.

При порівнянні геологічної будови і складу порід, що складають акумулятивні і ерозійні тераси, стає зрозумілим вся важливість виділення цих геоморфологічних елементів місцевості. По-перше, якщо це акумулятивні тераси, то при їх інженерно-геологічній оцінці доводиться враховувати велику неоднорідність літологічного складу (отже, і фізико-механічних властивостей порід), їх часту фаціальну мінливість (звідси нерівномірні осідання і деформації).

По-друге, у випадку будівництва напірних споруд (гребель) піщані, гравійно-галькові та валунні відклади можуть бути шляхами для витоку води із водоймищ. Ці відклади можуть бути також однією з причин суфозії дрібніших за механічним складом підстеляючих чи перекриваючих порід.

По-третє, глинисті алювіальні відклади, особливо у верхніх частинах надзаплавних терас, піддаються періодичному просушуванню, за рахунок якого їх міцність збільшується.

По-четверте, в умовах сухого, жаркого клімату глинисті відклади терас можуть містити водорозчинні солі, вилуговування яких призведе до зменшення міцності (при роботі напірних споруд), а лесовидні відклади можуть мати просідні властивості.

По-п‘яте, пухкі піщані утворення терас можуть ущільнюватися під впливом динамічних навантажень (при роботі механізмів, водозливних гребель, проходженні залізничих составів, виконанні вибухових робіт і т.п.), що приведе до неприпустимих осадок споруд.

Цей перелік інженерно-геологічних особливостей алювіальних відкладів суттєво зміниться, якщо розглянути ерозійні тераси. По-перше, як вже говорилося, інколи ерозійний вріз відбувається в досить міцних і стійких скельних породах. По-друге, корінні породи мають, як правило, більшу міцність, ніж глинисті алювіальні. По-третє, корінні породи більш однорідні за глибиною і площею поширення, що убезпечує основу споруди від нерівномірного осідання. По-четверте, корінні породи мають більшу щільність і не схильні ущільнуватися під дією динамічних навантажень.

Найбільш несприятливими для будівництва, очевидно, є відклади заплавних терас, а особливо мулисто-глинисті відклади стариць. Породи, які заповнюють стариці, – це мулисто-глинисті утворення, збагачені органічними рештками. Вони перебувають у водонасиченому, м‘якопластичниму, а інколи і текучому чи прихованотекучому стані. Ці породи часто наділені тіксотропними властивостями і мають велику стисливість та низький опір зсувним зусиллям (кут внутрішнього тертя 0, а зчеплення порядку кількох тисячних долей МПа). Старичні породи нестійкі у стінках котлованів і виїмок, дають великі й нерівномірні осідання, а інколи й витискаються під вагою споруди. Породи з такими ж властивостями можуть зустрічатися і в складі заплавних відкладів (не терас).

Під час інженерно-геологічної оцінки окремих елементів річкових долин слід рахуватися з тим, що часто в заплавних і руслових відкладах можуть у великих кількостях зустрічатися так звані “топляки”, тобто поховані в алювіальних відкладах дерева, нанесені річкою. Інколи вони зустрічаються цілими пластами, що ускладнює роботи під час проходження різних виїмок.

На вимогу сучасних нормативних документів під час геоморфологічних досліджень встановлюється раціональний об’єм і характер розвідувальних робіт, до яких висуваються наступні вимоги:

Кожний геоморфологічний елемент повинен бути охарактеризований виробками.

На більш пізніх стадіях досліджень виробки повинні згущуватися.

Дуже бажаним є висвітлення місць стикання окремих геоморфологічних елементів (наприклад, місце переходу делювіальних відкладів в алювіальні).

Отримані для одного геоморфологічного елементу дані можуть переноситися на такі ж елементи, розташовані в районі досліджень.

Що стосується техніки, то, наприклад, обводнені заплавні відклади доцільно проходити механічним бурінням з відбором проб грунтоносами, або ж відкритими виробками із заморожуванням. Якщо ж маємо справу з абразійною терасою, то раціональним є колонкове буріння. На схилах, наприклад, найчастіше застосовують розчистки. Глибина виробок залежить від характеру і розмірів геоморфологічних елементів.


Запитання для самоконтролю.

Що називається інженерно-геологічними умовами?

На які групи можуть поділятися інженерно-геологічні умови?

Що таке геологічна обстановка?

Дайте характеристику класифікації фізико-геологічних явищ за Ф.П.Саваренським.

Як пов‘язуються природні геологічні явища і інженерно-геологічні процеси у класифікації І.В.Попова?

Якими є основні завдання геоморфологічних досліджень під час інженерно-геологічної оцінки місцевості?

Назвіть основні типи річкових терас.

Які відклади характерні для кожного типу річкових терас?



^ 2.2. Інженерно-геологічна оцінка тектонічних особливостей місцевості та умов залягання порід.


Дія тектонічних сил проявляється у формі підйому або опускання земної кори, зміни умов залягання, деформування порід. Це супроводжується роздрібненням порід і утворенням в них напружених зон. По суті, у процесі інженерно-геологічних досліджень можна виявити і вивчити тільки наслідки тектонічних зрушень.

Слід зазначити, що умови залягання порід можуть визначатися не тільки тектонічними умовами, але й умовами утворення порід, подальшою геологічною історією їх існування, денудаційними процесами та ін.

Основними завданнями тектонічних досліджень під час інженерно-геологічної оцінки місцевості є наступні:

Виявлення умов залягання порід, які впливають на стійкість споруд, на вибір конструкцій споруд, на методи виконання будівельних робіт та інженерно-геологічних досліджень.

Виявлення зон подрібнення і напруження, тріщинуватості, закономірностей розташування тріщин, характеру заповнення, складу і властивостей заповнювача тріщин.

Визначення раціонального характеру та об‘єму розвідувальних, лабораторних і дослідних робіт, особливо на перших стадіях досліджень.


Залежно від тектонічних впливів, загальних фізико-географічних умов утворення порід, денудаційних та інших процесів, геологічні тіла можуть мати різну просторову форму, різну почерговість шарів, різну конфігурацію покрівлі і підошви шарів, різний їх нахил. Все це зазвичай впливає на інженерно-геологічну оцінку умов будівництва і на віибір методики інженерно-геологічних досліджень.

Розглянемо деякі основні зміни стійкості споруд, пов‘язані з умовами залягання порід.

Нахил пластів в той чи інший бік може впливати на стійкість споруди і на розвиток різних фізико-