Инженерная геология

«наука о земле» («гео» - земля, «логос» - наука).
Геоло́гия (от др.-греч. γῆ «Земля» + λόγος «учение, наука») — совокупность наук о строении Земли, её происхождении и развитии, основанных на изучении геологических процессов, вещественного состава, структуры земной коры и литосферы всеми доступными методами с привлечением данных других наук и дисциплин[1][2]. Коротко геологию можно определить как науку о составе, строении и закономерностях развития Земли и изучение её поверхности

Палеонтология- развитие
органического мира Земли
в геологическом прошлом
Геоморфология – изучает формирование рельефа Земной поверхности
Минералогия – наука о минералах, их составе, физических свойствах и процессах образования.

Геофизика – использует для изучения строения земной коры различных физических свойств горных пород (электрические, упругие, магнитные).
Геотектоника – наука о закономерностях строения и движения земной коры и порождающих их процессах

Инженерная геология – наука, изучающая геологические процессы верхних слоев земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью человека
Механика грунтов
Основания и фундаменты

Грунтоведение
Инженерно-геологические процессы
гидрогеология
Инженерная геология

Основными задачами инженерной геологии являются:
· изучение горных пород как грунтов основания, среды для размещения сооружений и строительного материала для различных сооружений;
· изучение геологических процессов, влияющих на инженерную оценку территории, выяснение причин, обусловливающих возникновение и развитие процессов;
· разработка мероприятий по обеспечению устойчивости сооружений и защите их от вредного влияния различных геологических явлений.
Предмет изучения инженерной геологии – знания о морфологии, динамике и региональных особенностях верхних горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействии с инженерными сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, текущей или планируемой инженерно-хозяйственной деятельностью человека

инженерные изыскания
инженерно-геодезические,
инженерно-геологические
инженерно-геотехнические,
инженерно-гидрометеорологические
инженерно-экологические

СП 47.13330.2016 Инженерные изыскания для строительства.
Геологическая среда – грунты, процессы

Примеры строительных ошибок
Пизанская башня
Авария Трансконского элеватора в Канаде

Оценка инженерно-геологических условий, состав инженерно-геологических изысканий
сбор, изучение и обобщение архивных материалов изысканий на изучаемой площадке
выявление гидрогеологического режима, химического состава подземных вод и фильтрационных характеристик грунтов;
исследование геологического строения площадки
исследование закономерностей и факторов развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов в пространстве и во времени;
исследования физико-механических свойств грунтов
составление прогноза изменений на площадке инженерно-геологических условий в связи со строительством и возможных опасных геологических и инженерно-геологических процессов
оценка геологического риска социальных и экономических потерь, обусловленных развитием карстово-суффозионных, оползневых и других опасных геологических и инженерно-геологических процессов

Технический отчет по результатам инженерно-геологических изысканий
Характеристику проектируемого здания или сооружения, в том числе ожидаемых техногенных воздействий на окружающую среду
сведения об архивных материалах изысканий Изученность инженерно-геологических условий
геолого-геоморфологическое описание площадки
Характеристика гидрогеологических условий
Характеристику экологической обстановки
характеристику структуры, состава и физико-механических свойств грунтов, наличие специфических грунтов
прогноз развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений
Сведения об опасных геологических и инженерно-геологических процессах, закономерностях, факторах и механизме их развития, интенсивности и частоте(вероятности) проявления

эколого-гидрогеологические изыскания

Гидрогеологические условия

Инженерно-геологическая документация
Итогом геологических изысканий являются геологические документы:
карты,
разрезы,
геологические отчеты.
Инженерно-геологический разрез представляет собой графическое отображение на вертикальной плоскости особенностей геологического строения по заданному направлению. Он строится по данным буровых работ, геолого-литологическим колонкам скважин, когда ряд буровых скважин на топографической или геологической карте объединяется линией и по этой линии выстраивается геологический профиль (разрез).
Инженерно-геологические разрезы служат для характеристики геологического строения местности, залегания подземных вод и вписывания строительных объектов в местность (например, подпорных стенок, причальных портовых сооружений, плотин гидроузлов и др.).

Схематический геологический разрез

Инженерно-геологические условия
Инженерно-геологические условия — комплекс современных геологических особенностей, определяющих условия инженерных изысканий, строительства и эксплуатации инженерных сооружений или условия инженерно-хозяйственной деятельности человека в целом.
Задачи инженерно-геологических изысканий
Выбор места, наиболее благоприятного в геологическом, отношении для данного сооружения.
Выявление инженерно-геологических
условий в целях выбора наиболее
рациональных фундаментов,
а также технологический процесс выполнения
строительных работ.
Рекомендации необходимых мероприятий по инженерному улучшению выбранной территории (это: замачивание грунтов, крепление, мелиорация и т.д).

Геологическая карта с железными дорогами РОССИИ

Основные понятия
Фундамент – подземная часть сооружения, принимающая нагрузку
Основание –область грунта,
Воспринимающая давление от
сооружения
Подошва фундамента
Несущий слой грунта – слой грунта
под подошвой фундамента
песок
супесь
глина
глина
грунты

Строение Земли

Минералы

графит
золото
алмаз
Самородные элементы
сульфиды

Минералы

Полевые шпаты
лабрадор
Альбит
ортоклаз
микроклин

Шкала твердости

слюды
биотит
мусковит

Горные породы
природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава и строения, образующие самостоятельные геологические тела.
Структура – строение породы
Минералогический состав
Текстура – сложение породы

МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Магматические горные породы
гранит
Габбро
лабрадорит
Интрузивные
Эффузивные
базальт

Применение гранита
М.Сокол
Строительство, облицовочный материал бутовый камень для фундаментов, заборов и опорных стен) или кладочного материала (брусчатка, брекчия
Укладка гранитного пола в
московском метрополитене

Гранитный пегматит
Практическое значение. Собственно горная порода «пегматит» (письменный гранит) используется как недорогой поделочный камень.
Пегматитовые жилы гранитного состава являются основным источником полевых шпатов, используемых в керамической и стекольной промышленности.
Слюды и пьезокварц применяются в электротехнической промышленности.
Важнейший источник редких металлов: Li, Ta, Be, Cs, Rb, в меньшей степени - Sn, Nb.
Ряд минералов образуют в пегматитах и их экзоконтактах скопления с ювелирным качеством сырья: сподумен (кунцит), берилл (много разновидностей, включая изумруд), хризоберилл (александрит), топаз, гранат и ряд других, которые используются как драгоценные камни.
Пигматос (греческий) –крепкая связь
Состав : взаимопрорастание кварца и полевого шпата
Структура: полнокристаллическая
пегматитовая (письменный гранит, еврейский камень)
Текстура :

Габбро
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.
Относительная плотность - от 2750 кг/м3 до 3250 кг/м3
пористость – от 0,15% до 2,5%
водопоглощение – от 0,03% до 0,8% по массе, сопротивление сжатию – от 85 МПа до 350 МПа, истираемость – от 0,05 г/см2 до 0,6 г/см2....
Свойства
Строительный облицовочный камень
Щебень, дорожный камень
Габбро иногда содержат скопления рудных минералов и в этих случаях могут использоваться как руды меди, никеля и титана.

ЛАБРАДОРИТ
высококачественный облицовочный камень в основном в монументальной архитектуре хотя некоторые образцы с яркой голубой и зелёной иризацией используются как декоративно-поделочные камни. Лабрадоритом облицованы многие станции Московского метрополитена и здания города (часть цоколя гостиницы «Москва» отделка Мавзолеяи аллеи городов-героев в Александровском саду и др.), а также, например, колонны станции метро «Проспект Ветеранов» в Санкт-Петербурге. Чаще всего это лабрадориты Головинского и Турчинского месторождений Украины.
Плотность- 2700-2860 кг/м3,
прочность на сжатие от 40 до162 МПа.
высокая износостойкость – его истираемость составляет порядка 0,5г/м3. Водопоглощение – не более 0,21.

Применение лабрадорита

обсидиан кислое вулканическое стекло
Практическое значение. поделочный и декоративный камень.
Благодаря способности порошка обсидиана в сочетании с гашеной известью затвердевать под водой, применяется как гидравлическая добавка для портландцемента. Он используется также как добавка к извести, как сырьё для изготовления тёмного стекла и в качестве термоизоляции. Лезвия из обсидиана имеют гладкую кромку толщиной всего в несколько нанометров, что позволяет использовать их в качестве скальпелей.
Обсидиан сыграл большую роль в истории человечества: из него изготовляли орудия труда, оружие и украшения, также с древних времён широко использовался в глиптике и декоративной скульптуре. Свои колюще-режущие орудия майя, не умеющие выплавлять железо, изготавливали именно из обсидиана.
Обсидиан "радужный", более 15 см.. Мексика. Образец: Музей им. А.Е. Ферсмана.

Пемза -пористое вулканическое стекло
Пористость достигает 80 %.
Твердость по шкале Мооса -около 6, плотность 2—2,5 г/см³, объёмная масса 0,3—0,9 кг/см³ (пемза плавает в воде, пока не намокнет). Большая пористость пемзы обусловливает хорошие теплоизоляционные свойства, а замкнутость большинства пор — хорошую морозостойкость. Огнестойка. Химически инертна
Свойства
Используется как заполнитель в лёгких бетонах (пемзобетоне), как гидравлическая добавка к цементам и извести. В качестве абразивного материала применяется для шлифовки металла и дерева, полировки каменных изделий. Используется также для гигиенического удаления огрубевшей кожи стоп.
В химической промышленности из пемзы изготовляют фильтры, используют как инертную основу для различных катализаторов.

Осадочные горные породы

Обломочные горные породы
супесь
Песок
глина
Лесс
суглинок

Хемогенные породы
Гипс (гипсовый камень)

Органогенные
Мел
Известняк-ракушечник
диатомит

Смешанные
Мергель
Трепел

Метаморфические горные породы
Песчаник
кварцит
Глина
Глинистый сланец
Мрамор
Известняк
гранит
гнейс

Классификации грунтов по строительным свойствам
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости (с Поправкой)

Скальные грунты-структуры с жесткими кристаллическими связями (гранит, известняк).
Класс включает в себя две группы грунтов :
1) скальные, куда входит три подгруппы пород- магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные
2) полускальные в виде двух подгрупп- магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса.
Деление этого класса на типы основано на особенностях минеральногосостава, например,
силикатного типа –гнейсы, граниты, карбонатного - мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновидности проводится по свойствам:
по прочности - гранит – очень прочный, вулканический туф - менее прочный;
по растворимости в воде – кварцит - очень водостойкий, известняк - неводостойкий.
Класс скальных грунтов включает в себя группу скальных и полускальных грунтов и объединяет магматические, метаморфические и осадочные породы. На равнинах скальные грунты обычно располагаются на некоторой глубине под толщей осадочных пород, на поверхность земли они выходят редко.

Состав грунтов
Грунт = твердые частицы + вода + воздух (газ)
Свойства твердых частиц.
Свойства твердых (минеральных) частиц зависят от размеров.
Классификация твердых частиц:
Классификация грунтов (простейшая)

Песчаные и глинистые грунты
Крупно-обломочные и песчаные
Глинистые
Число пластичности: Ip=WL-Wp
Показатель консистенции: IL=(W-Wp)/(WL-Wp)

Основные свойства грунтов
Сжимаемость – обусловлена изменением пористости, а следовательно и объема. Происходит переупаковка частиц
Контактная сопротивляемость сдвигу – обусловлена лишь внутренним трением в сыпучих грунтах и трением со сцеплением в связных.
Водопроницаемость – свойство пористых тел, является для грунтов переменной величиной, изменяющейся в процессе уплотнения под нагрузкой.
Деформируемость – зависит от податливости и сопротивляемости структурных связей грунтов, от деформируемости отдельных компонентов образующих грунты.

Структурно-неустойчивые грунты
грунты, которые обладают способностью изменять свои структурные свойства под влиянием внешних воздействий с развитием значительных осадок, протекающих, как правило, с большой скоростью.

Просадочные лессовые грунты
Просадкой грунтов называется быстро протекающая осадка, возникающая при коренном изменении структуры грунтов вследствие избыточного увлажнения.
В сухом состоянии просадочные грунты отличаются повышенной пористостью и характерной способностью к резкому уплотнению при замачивании водой.
В соответствии со СНиП П-15—74 к просадочным относят лессы, лессовидные грунты, а также некоторые виды покровных глинистых грунтов со степенью влажности G < 0,8.
- здание; 2- породы просадочные; 3 - то же непросадочные; 4-грунтовая вода; 5- участок, где появилась просадка.

глинистые грунты увеличивают свой объем (набухают) при повышенной влажности и уменьшают объём при последующем снижении влажности.
Последствия
Деформации набухания и усадки
Причины
увлажнение грунта подземными и производственными водами
повышение влажности за счет подъема уровня грунтовых вод
накопление влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушений природных условий испарения при застройке (экранирование массива грунта сооружениями);
изменение водно-теплового режима под действием сезонных климатических факторов
набухание при подъеме уровня грунтовых вод
Набухающие грунты
Засоленные грунты -крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые грунты,
содержащие определенное количество легко– и среднерастворимых солей.
Последствия
Вынос солей и развитие
неравномерных просадок

Морозное пучение грунта
Последствия
Деформации морозного пучения
Грунт пучинистый -дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда
Причины
водонасыщенность грунта
отрицательная температура
наружного воздуха
колебания уровня подземных вод
Капиллярное поднятие воды в грунтах