Inženýrská geologie je relativně mladá věda, která vznikla v souvislosti s lidskou inženýrskou činností, jako aplikace geologie ve stavebnictví. Nehody, ke kterým došlo u stavěných budov a konstrukcí, přiměly lidi zajímat se o skály pod jejich základy. Počet pater rozestavěných budov a velikost staveb rostoucí s rozvojem civilizace vedly k nárůstu zatížení přenášeného na horniny, čímž se zvyšovala jejich deformace a do „práce“ se začalo zapojovat stále více masy hornin. “ struktury. Vzhledem k často se vyskytující přirozené heterogenitě horninových masivů docházelo u některých staveb k nežádoucím nerovnoměrným srážkám, vedoucím k deformaci struktury a tvorbě trhlin v ní, v některých případech i haváriím. Stavbou přehrad a vytvářením nádrží se tato zóna vlivu ještě zvýšila. V masivu přehrady vzniká nejen složitý napěťově-deformační stav z hmoty přehrady a zatížení na ni přeneseného z vody v nádrži, ale podléhá také filtračním účinkům – voda prosakuje pod tlakem pod tlakem. přehrada a její obcházení způsobuje netěsnost.prevence takových nežádoucích geologických procesů, jako je rozpouštění hornin a přenos malých částic, které mohou ovlivnit stabilitu stavby. Řada havárií a dokonce katastrof spojených s vodohospodářskými stavbami, ke kterým došlo v řadě zemí, podnítila rozvoj inženýrské geologie.
Objevily se i další velké stavby s vysokými požadavky na základové půdy: tepelné a posléze jaderné elektrárny, strojírny vodních elektráren atd. Rozvoj strojírenství
geologii usnadnily práce na ražbě podzemních důlních děl – dolů, tunelů a následně podchodů, při jejichž výstavbě a provozu bylo nutné zajistit stabilitu hornin ve stěnách a klenbách a úspěšně bojovat s podzemní vodou. Výstavba staveb a rozvoj území se začaly provádět nejen na zjevně příznivých půdách, ale všude, v jakýchkoli přírodních podmínkách: v oblastech aktivní vulkanické činnosti a vysokého seismického nebezpečí, v permafrostové zóně litosféry, v mokřadech. , na slabých vodou nasycených jílovitých ložiscích a dokonce i na slínech . Potřeba řešení nejrůznějších praktických problémů vznikajících při výstavbě nejrůznějších staveb vztyčovaných v nejrůznějších přírodních podmínkách vyžadovala komplexní studium geologických podmínek jejich výstavby.
Geologické podmínky v širokém slova smyslu znamenají, že uvažovaná oblast patří do té či oné velké struktury zemské kůry, do určité suity a formace nebo vyvřelého komplexu, vyznačujícího se určitým stupněm zachovalosti nebo tektonické fragmentace, přítomností nebo nepřítomností hluboké zlomy, povaha moderních tektonických pohybů, určitá seismicita, určité kryogenní podmínky; Patří sem i obecné podmínky podmáčení hornin – příslušnost k té či oné artéské pánvi nebo puklinovému krystalickému masivu.
Geologickými poměry v užším slova smyslu se rozumí materiálové složení, struktura a stav hornin vyvinutých v oblasti, mocnost jednotlivých vrstev a podmínky výskytu vrstev, velikost a výskyt vyvřelin, lámání a pórovitost hornin, horniny, horniny, horniny, horniny, horniny, horniny a horniny. fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti hornin a jejich změny v čase zahloubení do masivu, přítomnost ve vodě rozpustných hornin, vznik krasu, sedání, bažinatá a další znaky, parametry zvodněných vrstev a chemické složení podzemních vod.
Inženýrská geologie začala studovat geologické poměry oblastí zemské kůry, kde se plánovala výstavba staveb nebo jiné lidské aktivity.
Cílem inženýrské geologie bylo získání kvalitativních a kvantitativních charakteristik vlastností hornin a studium geologických procesů, posouzení geologických podmínek z inženýrského hlediska, umožňující vyvodit závěr o vhodnosti konkrétní části zemské kůry pro stavbu. navržených konstrukcí, výběr nejvhodnějších míst pro plánovanou výstavbu, studium zákonitostí fungování geologického prostředí – konstrukční systém (nebo výroba určitých typů inženýrských děl), studium podstaty procesů probíhajících při této interakci , tzv. inženýrskogeologické (technogenní), vypracování prognózy změn vlastností hornin a průběhu inženýrskogeologických procesů ve strukturách základových hornin, ke kterým dojde při výstavbě a provozu staveb, a dále vydávání doporučení k zajištění tzv. stabilita konstrukcí a jejich normální provoz.
Inženýrská geologie se od ostatních geologických disciplín liší tím, že mezi předměty svého studia zahrnuje lidskou inženýrskou činnost jako faktor ovlivňující geologický život zemské kůry.
Od druhé poloviny 40. století prudce narůstá vliv lidské inženýrské činnosti na zemskou kůru, což bylo dáno především rychlým růstem populace, rychlým rozvojem měst, výstavbou průmyslových podniků a přehrad, resp. rozvoj mnoha ložisek nerostných surovin. Pouze v Sovětském svazu, v době jeho rozpadu, délka břehů nádrží přesáhla velikost zemského rovníku (300 tis. km), celková délka hlavních zavlažovacích kanálů se stala srovnatelnou se vzdáleností k Měsíci (180 tis. tisíc km), hlavní potrubí přesáhlo polovinu této vzdálenosti a plocha zavlažované půdy dosáhla XNUMX milionů hektarů. V
V souvislosti s tím se v inženýrské geologii objevil nový úkol –
racionální využívání geologického prostředí.
V posledních desetiletích, v důsledku ještě rychlejšího růstu populace planety a její enormní koncentrace v určitých oblastech, kolosálního rozvoje průmyslu a dopravy, chemizace zemědělství, skladování těžebního odpadu, spalování obrovského množství paliva a dalších lidských činností začalo docházet k takovým globálním změnám jako je zvýšení průměrné teploty zemský povrch, v důsledku čehož se zvýšila hladina světových oceánů, došlo ke změnám ve složení atmosféry, které vedly ke ztenčování ozonová vrstva v horních vrstvách atmosféry a skleníkový efekt a proces desertifikace na povrchu planety zesílil, což bylo usnadněno odlesňováním. Za zmínku stojí zejména progresivní znečišťování životního prostředí všemi druhy domácích a průmyslových odpadů, které jsou škodlivé pro lidské zdraví. V důsledku ekologických chyb a četných havárií utrpělo samozřejmě nejprve ovzduší a povrchové vody, ale zranitelné bylo i podloží – horniny a zejména podzemní voda a půda. Dalším úkolem inženýrské geologie byla ochrana geologického prostředí.
Předmětem výzkumu v inženýrské geologii jsou tedy svrchní horizonty zemské kůry a předmětem inženýrsko-geologické podmínky území a stavenišť pro různé stavby, racionální využívání geologického prostředí a jeho ochrana.
Nutno podotknout, že objektem zkoumání jiných geologických věd je i zemská kůra, ale jejich předmět je jiný – zkoumají zemskou kůru z jiných pozic. Geologická věda, která studuje zemskou kůru z hlediska využití jejích hornin a nerostů: ve starověku – v každodenním životě a poté v průmyslu a stavebnictví – geologie ložisek nerostů, je na rozdíl od mladých inženýrská geologie, jedna z nejstarších věd na světě.
Země. V rámci výše uvedených dvou geologických věd, které lze nazvat oborovými, jsou obsaženy všechny hlavní geologické problémy a úkoly zahrnuté v okruhu praktických lidských činností souvisejících s podložím. Jakékoli geologické průzkumy a průzkumy se totiž provádějí buď za účelem vyhledávání, průzkumu a těžby nerostných surovin, nebo s cílem studovat, posuzovat a prognózovat inženýrsko-geologické podmínky výstavby jednotlivých staveb a jejich komplexů nebo racionálního rozvoje území. . Obě tato odvětví geologie vycházejí z obecných geologických věd, které studují různé rysy zemské kůry (obr. 13.1).
Obecné geologické vědy, probírané v I. části, spolu úzce souvisí, úspěchy v každé z nich přispívají k rozvoji příbuzných, jejich vzájemné ovlivňování se odráží na Obr. 13.1 se šipkami: silná – plná čára, slabá – tečkovaná čára. Předmětové geologické vědy, zejména inženýrská geologie, jsou rozvíjeny v úzkém kontaktu s naukami o podzemních vodách: obecná hydrogeologie, hydrogeochemie a dynamika podzemních vod. Permafrostová zóna zemské kůry obsahující led se vyznačuje zvláštním složením, stavbou a geologickými procesy, její specifika studuje nauka geokryologie a na jejím základě jsou prováděny veškeré inženýrsko-geologické výzkumy a průzkumy v této oblasti. Uvažovaný předmět geologické vědy využívá výsledků geomorfologie. Inženýrská geologie úzce souvisí s geodézií a hydrologií – naukou o povrchových vodách; tyto tři disciplíny jsou hlavními součástmi tzv. průzkumného cyklu používaného při navrhování jakýchkoliv konstrukcí a stavebních prací. Při provádění inženýrských průzkumů a psaní zprávy o nich jsou zohledňovány údaje z klimatologie, meteorologie, fyzické geografie a dalších přírodních věd. Inženýrská geologie zase slouží jako základ pro mechaniku zemin – poskytuje jí počáteční data pro výpočet základů konstrukcí.
Úvod. Hlavní úkoly a význam inženýrské geologie
Přísně vzato, název kurzu „Inženýrská geologie“ není zcela správný. Předmět poskytne informace z takových oborů geologických věd, jako je obecná geologie, mineralogie a petrografie, strukturní geologie, inženýrská geologie a hydrogeologie.
Geologie je tedy věda o Zemi, jejím složení, struktuře a vývoji a procesech na ní probíhajících. Od pradávna lidé začali studovat strukturu Země, složení a vlastnosti různých hornin a procesy, které neustále mění zemský povrch. Do konce XNUMX. století se nashromáždilo tolik informací o Zemi, že mohla vzniknout nezávislá věda. Ze zakladatelů geologické vědy v jejím moderním pojetí je třeba zmínit M. V. Lomonosova a jeho hlavní dílo „O vrstvách Země“; Německý vědec A.G.Werner, autor klasifikace minerálů; Angličtí vědci D. Hutton, „Teorie Země“ a C. Lyell „Základy geologie“.
Následně intenzivní rozvoj geologie vedl k nahromadění obrovského množství faktografického materiálu, což vedlo k oddělení jednotlivých úseků geologické vědy do samostatných vědních disciplín. V současné době existují asi 2 desítky takových disciplín. Existuje několik hlavních oblastí, na které se geologie dělí:
1. Vědy, které studují materiálové složení Země (cyklus věd, spojený pojmem „geochemie“).
2. Vědy, které studují procesy probíhající na Zemi (dynamická geologie).
3. Vědy, které studují dějiny vývoje Země (historická geo-
4. Vědy zaměřené na praktické využití podloží (praktická geologie).
První směr zahrnuje:
Krystalografie je věda o krystalech, jejich vnější formě a vnitřní struktuře;
Mineralogie je věda o minerálech. Minerál je přírodní chemicky homogenní těleso, které má určitou chemickou látku
složení a fyzikální vlastnosti vyplývající z různých geologických procesů probíhajících na Zemi.
Petrografie je věda o horských horninách. Horniny jsou tvořeny kombinací několika minerálů. Petrografie studuje mineralogické a chemické složení hornin, jejich vlastnosti, vztahy mezi různými horninami, změny, kterými procházejí v průběhu času, jejich původ a stanovuje vzorce tvorby hornin a jejich distribuci na Zemi.
Geochemie – studuje chemické prvky, které staví zeměkouli, jejich distribuci a migraci. Geochemie je ve vztahu k mineralogii a petrografii syntetizující věda, jejíž předměty studia – minerály a horniny – představují určité etapy života chemických prvků. Geochemie pracuje s atomy, mineralogie studuje kombinace atomů (minerály) a apetrografie studuje kombinace minerálů (horniny).
Druhý směr zahrnuje dynamickou geologii – nauku o procesech probíhajících v útrobách Země a na jejím povrchu. Podle zdroje energie se dělí na procesy vnitřní dynamiky (endogenní) a procesy dynamiky vnější (exogenní). Sandogenní procesy jsou spojeny s takovými jevy, jako jsou pohyby zemské kůry, zemětřesení a sopečné erupce. Exogenní procesy jsou spojeny s životem a vývojem moří, řek, podzemních vod, geologickou činností větru, ledu, bažin a jezer atd. Celkem je v této oblasti asi desítka disciplín.
Třetí oblastí je historická geologie, která studuje historii vývoje zemské kůry a organického života. To se zase dělí na řadu věd.
Praktická geologie se týká věd, které studují vnitřek Země pro praktické účely. Jsou zde dva hlavní směry: studium nerostných surovin a studium inženýrských podmínek pro výstavbu budov a staveb (nebo inženýrská geologie).
Poprvé se data z geologických pozorování a výzkumů při výstavbě v Rusku začala používat v XNUMX. století. Snad prvním dílem v této oblasti je „Pamětní poznámka o tovární výrobě“, kterou sestavil Grigorij Makhotin. Zpočátku si geologický průzkum pro stavbu prováděli sami stavebníci; Jak vznikla nezávislá věda inženýrská geologie?
Moderní inženýrská geologie jako věda se zabývá identifikací všech podmínek, za kterých dochází k interakci všech staveb ve výstavbě a výstavbě s jejich okolním přírodním prostředím v celém prostoru pokrytém touto interakcí.
Tři hlavní úkoly inženýrské geologie:
1. Studium složení, struktury, stavu, vlastností a podmínek rozložení hornin (zemí), které určují jejich chování při interakci s inženýrskými stavbami;
2. Studium geologických procesů, jak přírodních, tak těch, které vznikají v souvislosti s výstavbou a provozem staveb, za účelem zjištění povahy těchto procesů, jejich vlivu na existenci staveb, jakož i vypracování doporučení pro jejich regulaci. dopad a ochrana životního prostředí;
3. Stanovení zákonitostí prostorového rozložení inženýrskogeologických poměrů.
Řešení všech těchto problémů vyžaduje jasné pochopení podmínek a povahy projevu geologických procesů a jevů, charakteristik určitých hornin, jejich vlastností a neméně důležitých podmínek jejich výskytu.
Zároveň je přes složitost a rozmanitost přírodních procesů a jevů spojuje jakási vnitřní podmíněnost a vzorce jejich projevu, které lze formulovat následovně.
1. vzor. Inženýrsko-geologické podmínky pro výstavbu a provoz staveb jsou dány povahou zemin a hornin, které tvoří základy staveb, jejich vlastnostmi, podmínkami jejich výskytu, režimem podzemních vod, jakož i povahou a podmínkami možného projevu různých geodynamických procesů a jevů.
2. vzor. Inženýrsko-geologické (stavební) vlastnosti zemin jsou dány jejich složením, stavem, ale i strukturními a texturními vlastnostmi.
3. vzor. Složení a stav horninových půd, jejich strukturní a texturní vlastnosti, jakož i podmínky jejich výskytu jsou dány povahou původních hornin, které sloužily jako materiál pro jejich vznik, podmínkami (genezí) a prostředím vzniku. stejně jako charakter následných úprav půdních hornin pod vlivem určitých geologických procesů a jevů.
4. vzor. Charakteristiky a intenzita projevu uvedených geologických procesů a jevů jsou určeny strukturálními rysy Země jako určitého kosmického tělesa, a to především:
− přítomnost pevného vnějšího obalu zeměkoule, nazývaného zemská kůra, složeného z hornin a charakterizovaného relativně malou tloušťkou;
− projevy v nitru Země složitých procesů, které určují tepelný a speciální fyzikální a chemický režim nitra Země;
chůze kvůli relativně nízké tloušťce zemské kůry nebo jinému odrazu na ní;
– vliv hornin, které tvoří zemskou kůru a topografie zemského povrchu, vnější procesy, jevy spojené s činností atmosféry a povrchových vod.
Inženýrská geologie úzce souvisí se studiem podzemních vod – hydrogeologií. Rozvoj hydrogeologie začal o něco dříve než inženýrská geologie a jde s ní souběžně.
V moderních podmínkách stavební inženýři (včetně hydrotechniků) zpravidla sami neprovádějí inženýrsko-geologický (a hydrogeologický) průzkum. K tomuto účelu existují specializované inženýrské a geologické organizace. Při projektování a realizaci stavby však musí znát, rozumět a zohledňovat inženýrsko-geologické a hydrogeologické poměry staveniště. Musí umět správně a včas předkládat geologovi úkoly inženýrskogeologického průzkumu; Stavební inženýři musí umět správně rozhodovat o provádění inženýrských a stavebních činností nezbytných v konkrétních podmínkách staveniště.
Je těžké přeceňovat význam inženýrské geologie a hydrogeologie pro průmyslové a inženýrské stavitelství. Bezpochyby by každá inženýrská stavba měla být postavena co nejjednodušeji, s co nejmenšími náklady na práci, materiály a čas. Zároveň musí mít ve všech svých částech a po celou dobu provozu správnou pevnost a stabilitu a její deformace nesmí překročit meze, které zajišťují normální provozní podmínky konstrukce nebo nenarušují její vnější architektonické formy. .
K zajištění výše uvedených ustanovení a požadavků je nutné řádné zohlednění místních přírodních podmínek.
U paty stavby je nutné zajistit přítomnost zemin nebo hornin dostatečné pevnosti a únosnosti, vhodně umístěných; posoudit možnost vlivu podzemní vody na základové půdy a samotnou konstrukci při výstavbě a provozu; posoudit možnost ovlivnění konstrukce (jak při výstavbě, tak během provozu) některými geologickými procesy a jevy, které mohou narušit její stabilitu a pevnost.
V opačném případě se i bezvadně navržená a postavená konstrukce může ocitnout v obtížné a dokonce nouzové situaci. Bohužel existuje mnoho příkladů tohoto typu nehod.
