1. Объясните значение инженерной геологии для строительства железных дорог и их эксплуатации
Инженерная геология является одной из геологических дисциплин. Она разрабатывает широкий круг научных и практических проблем, решает многие задачи, возникающие при проектировании, строительстве сооружений (тоннелей, плотин, мостов, дорог и различных промышленных и гражданских зданий) и при проведении инженерных работ по улучшению территорий (осушение, борьба с оползнями, карстом и другими геологическими явлениями).
Инженерная геология включает следующие основные разделы: инженерную петрологию, инженерную геодинамику и специальную инженерную геологию. Инженерная петрология изучает состав, строение, физико-механические свойства горных пород. В задачу инженерной петрологии входит также прогноз изменения свойств пород под влиянием возводимых сооружений.
Инженерная геодинамика изучает геологические процессы, как природные, так и возникающие под воздействием сооружений, влияющие на устойчивость и эксплуатацию сооружений, и разрабатывает защитные мероприятия.
Специальная инженерная геология изучает условия строительства гражданских, дорожных, гидротехнических и подземных сооружений в различных геологических условиях.
Возникновение инженерной геологии и ее развитие на первых этапах были связаны со строительством, когда строители изучали горные породы как основание, среду и материал для различных сооружений. Началом же научных исследований инженерно-геологического плана следует считать первые десятилетия XIX века. Строительство путей сообщения, заводов, фабрик, плотин и других сооружений требовало обеспечения их надежности. В этом большую роль сыграли первые русские инженеры путей сообщения, воспитанники и профессора старейшего вуза страны — Института корпуса инженеров путей сообщения, ныне Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС), основанного в 1810 г.
Уже в первые годы работы института в нем изучался курс минералогии и геологии. Можно считать, что зарождение инженерной геологии в приложении к строительству путей сообщения в России относится к началу XIX века и первые работы в этой области принадлежат перу инженеров путей сообщения. Выполнение геологических исследований для целей железнодорожного строительства в России относится к 1842 г. — началу постройки первой железной дороги нормальной колеи. В этой связи строители начали уделять горным породам большое внимание. Растущие масштабы строительных работ требовали привлечения геологов к изысканиям под строительство. Поэтому уже в начале XX века геологи начали привлекаться к решению вопросов, связанных со строительством железных дорог. Среди геологов в этой работе принимали активное участие: И.В. Мушкетов, В.А. Обручев, А.В. Львов, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, А.П. Павлов и др. Они работали как эксперты и изыскатели на различных стройках, проводили исследования с целью изучения оползней, карста, обвалов, вечной мерзлоты на железных дорогах. По результатам обследования объектов появилась литература, касающаяся условий проведения железнодорожных линий.
Строительство таких сооружений, как ДнепроГЭС, гидроэлектростанции на Волге, Оке, строительство Беломорско-Балтийского канала, канала им. Москвы вызвало необходимость всестороннего изучения геологических условий возведения этих сооружений, потребовало применения новых методов геологических исследований и количественных оценок природных геологических условий, определяющих устойчивость сооружений. Столь же серьезные требования предъявляли к геологии строительство промышленных предприятий Магнитогорска, Кузнецка, Запорожья, реконструкция Москвы и других городов. Значительный комплекс геологических исследований был выполнен в связи с постройкой Московского метрополитена. Таким образом, инженерная геология как наука появилась в результате запросов практики строительства. Все возрастающие объемы строительных работ способствовали созданию в 1930 г. кафедры грунтоведения в Ленинградском университете, а в 1938 г. аналогичной кафедры в Московском университете. Грунтоведение изучало любые горные породы как объект инженерно-строительной деятельности. В 1944 г. при АН СССР была организована Лаборатория гидротехнических проблем имени академика Ф.П. Саваренского, которая наряду с гидрогеологическими проблемами занималась вопросами инженерной геологии. В настоящее время инженерная геология на транспорте все более совершенствуется в своем развитии: используются геофизические методы разведки, аэрокосмические и другие методы, позволяющие улучшить и ускорить выполнение инженерно-геологических исследований. Используются также данные физико-химии грунтов, что дает возможность познать природу происходящих в них процессов. Не меньшее значение для инженерной геологии имело успешное развитие сопредельных наук. Так, например, развитие физики, химии, математики и механики грунтов позволило инженерной геологии воспользоваться новыми методами для количественной оценки свойств горных пород и геологических явлений. Инженерная геология из описательной науки стала наукой конкретной, комплексной, тесно связанной со многими инженерными дисциплинами, такими как: «Механика грунтов, основания и гундаменты», «Изыскания и проектирование железных дорог», Железнодорожный путь», «Мосты и тоннели», которые без геологических данных не могли правильно решать свои задачи. Из приведенной схемы (рис. 1.1) следует, что инженерная геология многое берет из разделов геологии, пополняет их результатами собственных исследований и дает необходимый материал строительству и горному делу.
Известно, что всякое инженерное сооружение должно быть возведено с наименьшими затратами рабочей силы, материалов я времени. Одновременно оно должно обладать высокой прочностью и устойчивостью. Иногда возводимые сооружения вызывают возникновение новых природных геологических процессов и изменение существующих. Поэтому оценка природных условий района строительства является важнейшим условием его успешности. Чтобы обезопасить сооружение от деформации и разрушения в каждом случае следует определить возможность появления процессов, которые могут непредсказуемо проявитьсявпоследствии. При этом опасны не столько неблагоприятные геологические условия, сколько их недостаточное знание. Поэтому при возведении сооружений необходимо проведение тщательных и весьма детальных инженерно-геологических изысканий, которые бы позволили вскрыть всю сложность геологического строения и предупредить проектировщиков от ошибок и недоучета геологических особенностей и физико-механических свойств горных пород в местах постройки, а также предусмотреть необходимые профилактические мероприятия, предохраняющие сооружения от различных деформаций и обеспечить их нормальную эксплуатацию.
Проведение инженерно-геологических изысканий при изучении районов строительства дает возможность при проектировании сооружений учесть все природные особенности места строительства и выбрать наиболее благоприятные участки. Для организации инженерно-геологических изысканий и последующего инженерно-геологического заключения следует получить ясное представление о геологическом строении местности, т.е. стратиграфии, тектонике, литологии, физико-геологических процессах, получивших развитие в данном районе. Правильно установленная стратиграфия определяет положение горных пород, обладающих различными физико-механическими свойствами, и тем самым является необходимой для оценки условий размещения сооружения. Роль тектоники в оценке инженерно-геологических условий места возведения сооружения очень велика. Тектонические нарушения горных пород создают иногда настолько трудные условия для строительства, что приходится искать мероприятия, позволяющие с безопасностью возводить сооружение, или определять другое место для его возведения.
Сложные формы залегания пород вызывают чрезвычайную изменчивость инженерно-геологических условий. Весьма значительна роль гидрогеологических особенностей в инженерно-геологических работах.
Инженерно-геологические изыскания выполняются при составлении проекта любого инженерного сооружения или хозяйственного использования территории. Материалы изысканий служат обоснованием проекта, поэтому в них освещаются геологические условия и оцениваются все факторы, влияющие на выбор места расположения сооружения, условия его строительства, эксплуатации и реконструкции.
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.
При изучении геологических процессов обычно используют все основные методы геологии и эти исследования должны обязательно завершаться количественной оценкой и прогнозом. Поэтому в учебнике уделяется особое внимание использованию количественных показателей и методам их расчета.
В инженерной геологии известна следующая классификация геологических процессов, вызываемых эндогенными (глубинными), экзогенными (поверхностными) и инженерно-геологическими факторами, предложенная Ф.П. Саваренским (1941) и И.В. Поповым (1951) (табл.).
Таблица. Классификация геологических процессов
| Процессы | Физико-геологические явления |
| I. Деятельность поверхностных вод (морей, озер, рек) и временных потоков | Подмыв и обрушение берегов (морей, рек, озер), размыв склонов, сели |
| II. Деятельность поверхностных и подземных вод | Заболачивание территорий, просадочные явления, карст |
| III. Деятельность подземных, поверхностных вод на склонах | Оползни |
| IV. Деятельность подземных вод | Суффозия, плывуны |
| V. Промерзание и оттаивание | Морозное пучение грунтов, вечная мерзлота и ее проявления |
| VI. Выветривание | Обвалы, осыпи |
| VII. Внутренние силы Земли | Сейсмические явления |
| VIII. Инженерная деятельность человека | Осадка, просадочность, набухание, подземные и поверхностные деформации |
Как следует из табл., геологические процессы, происходящие на Земле, обусловлены эндогенными силами, особенностями рельефа, физико-географическими условиями: климатическими, сезонными, составом горных пород, их выветрелостыо, структурой скальных пород и "провоцирующей" к нарушению природного равновесия деятельностью человека.