Имеет свою терминологию и может предсказать дальнейшие изменения строительных свойств пород с течением времени.
Длительное историческое время проблемы геотехники решались эмпирическим путём. Первые строительные нормы были изданы египетским царём Хаммурапи. В древности или выбирали хорошие площадки (пирамиды на скале) или укрепляли основание (Вавилон).
С развитием промышленного капитализма появилась необходимость осваивать новые площадки (металлургические заводы располагались обычно у реки). Новые площадки ставили новые задачи. Начались поиски методов расчёта. Впервые решили эту задачу на основе количественных оценок у нас М.Н. Герсеванов, за рубежом – К. Терцаги. Произошло это в тридцатые годы
прошлого века.
С созданием механики грунтов в геотехнику вошли строгие количественные методы. Однако надежда на то, что механика грунтов станет такой же строгой наукой, как строительная механика, не оправдалась. Объясняется это следующим:
- никогда не знаем механических свойств грунтов с необходимой полнотой, и знаем их тем хуже, чем сложнее геология. Вот почему введены нормы на изыскательские работы – меньше нельзя. Нужно иметь много образцов, которые следует обрабатывать статистическими методами (Д.Е. Польшин).
- неоднородность свойств грунтов и нелинейность их зависимости от нагрузок, что создаёт определённые математические трудности и заставляет в результате упрощений получать и применять грубо приближённые формулы.
- невозможность определения и учёта начальных напряжений.
- сложность прогноза изменения строительных свойств грунтов в процессе эксплуатации сооружения.
Направления развития
Развиваются новые для инженерной геологии области:
- разработка грунтов механизмами – сопротивление грунтов резанию.
- влияние сильных (военных) взрывов на различные грунты – необходимо знать сопротивление различных грунтов действию зарядов различной величины.
- область искусственного изменения свойств грунтов – наука особая «геотехнология».
Условия существования сооружения
Любое сооружение опирается на грунт или выполнено из грунта. Его конструкция и долговечность в значительной мере определяются строением верхнего слоя земной коры и происходящими в нём процессами. С другой стороны, строительная деятельность человека, преобразовывая окружающую природу, оказывает серьёзное влияние на геологическую обстановку, и, следовательно, на условия существования сооружения (закон взаимодействия).
Особенности грунтов
Отличие грунтов от других строительных материалов состоит в том, что, например, в отличие от бетона, с течением времени прочность грунтов в откосах и склонах понижается в 2-2,5 раза.
Что интересует инженера в грунтах?
Оценка окружающей обстановки и история образования грунтов показывают, что можно ожидать на различных площадках. В грунтах инженера интересуют строительные свойства.
Со свойствами грунтов и с инженерно-геологической обстановкой строителям приходится встречаться в разных отношениях.
Так, для фундаментов сооружений и их оснований решающее значение имеют прочность и сжимаемость.
Для железных дорог большое значение оказывают процессы промерзания ,оттаивания грунтов и атмосферные воды.
Для мостов добавляется сопротивление грунтов размыву речным потоком.
Для тоннелей - определение давления грунта на обделку.
Для подпорных стен – удержание грунтов от оползания.
Для корректировки решений механики грунтов приходится прибегать к качественной оценке геотехнических условий, исходя из знания того, как различные геологические процессы и явления отражаются на свойствах грунтов.
Внешняя и внутренняя динамика Земли.
1. Внутренняя динамика: дислокации (землетрясения). Платформы, геосинклинали.
Формирование технически важных свойств грунтов происходит в результате и на фоне борьбы двух мощных стихий: внешней и внутренней динамики Земли. Под внутренней динамикой понимают процессы и силы, которые проявляются в виде движения и деформаций земной коры. Их называют тектоническими. Они приводят к изменению условий залегания пород, сминают их в складки, разрывают, образуют горы и крупные местные понижения поверхности. Деформации и перемещения, вызванные тектоническими силами, называют дислокацией. Проявление дислокаций в настоящее время – это землетрясения. Вначале проводились сейсмические наблюдения, потом появилась геофизика. Геофизические методы разведки основаны на изменениях скорости прохождения волн в различных средах. Исследования позволили выделить на поверхности Земли отдельные относительно устойчивые и малоподвижные участки, которые назвали платформами, и другие участки, в которых интенсивно проявлялись в недавнем прошлом (и сейчас) тектонические процессы – геосинклинали. Примеры: Скандинавия поднимается приблизительно на 2-2,5 см в год, Голландия и Франция опускаются, южнее Волгограда идёт линия непрерывного опускания Русской платформы, Кавказские горы, наоборот, поднимаются (4-5 км за четвертичный период).
2. Внешняя динамика: денудационные процессы.
В основе процессов внешней динамики Земли лежит энергия Солнца. Они проявляются в виде действия осадков, ветра, рек, морей, ледников и т.п. Все эти агенты ведут к выветриванию, разрушению горных пород и к переносу их на низкие места, к сглаживанию земной поверхности. Соответствующее явление изменения земной коры называется денудационным процессом или ,другими словами, происходит заполнение опустошенных морфоструктур
Происхождение пород.
Выделяют 3 типа: изверженные, осадочные и метаморфические.
1. Изверженные породы относятся к категории скальных. Их отличает высокая прочность (100 и 1000 кгс/см2). Они практически несжимаемы. Однако из-за температурных процессов (оболочка растрескивалась), тектонических процессов все изверженные породы получают трещины, т.е. представляют собой кладку из сухих блоков. В трещинах может быть вода, они могут быть заполнены рыхлыми породами, продуктами выветривания. В местах имеющихся трещин при насыщении водой могут возникать огромные гидростатические напоры. В результате сопротивление сдвигу по трещинам резко падает и происходят скальные оползни.
2. Осадочные породы образуются из продуктов разрушения других пород, жизнедеятельности организмов и растений, в результате химических реакций, а также строительной деятельности (техногенные породы). Всегда их образование происходит при температуре и давлении, имеющих место вблизи поверхности Земли. Они представляют собой материалы любого происхождения, выпадающие из водной или воздушной среды, имеют свою структуру и текстуру, и цемент, скрепляющий вместе отдельные крупные зёрна. Большое практическое значение имеет пористость. Различают обломочные, органогенные, химические и техногенные породы. Обломочные – крупные (валуны, галька, гравий, щебень и дресва), средние (пески и песчаники), мелкие (лёсс и лессовидные суглинки), тонкие (глины с размерами частиц меньше 0,005 мм). Органогенные и химические породы – карбонатные (известняк, мергель, доломит), кремнистые (диатомит, трепел, опока), сернокислые и галоидные (гипс, ангидрит, каменная соль).
3. Метаморфические породы образуются в глубоких зонах земной коры, перекристаллизацией магматических и осадочных пород. Влияют высокая температура, давление и раскалённые газы. Типы метаморфизма зависят от того, какая причина играет главную роль. При региональном метаморфизме наблюдается высокая температура и гидростатическое давление, захватывающее крупные массы пород. Контактовый метаморфизм имеет местное значение, развивается вдоль контакта каналов раскалённой магмы и не меняет химический состав пород. Динамометаморфизм имеет причиной тектоническое давление, повышающее температуру. Возникающая при этом трещиноватость облегчает проникновение в породу воды, происходит перекристаллизация и рост кристаллов в определённом направлении, образуется сланцевая текстура. Гидротермальный метаморфизм характеризуется внедрением в породу нового вещества водными растворами и газовыми эманациями.
Региональная геология, формации и фации.
1. Формациями называют естественный комплекс пород, формирование которого управлялось общим для них ходом тектонических процессов. Каждая формация характеризуется определёнными специфическими связями между составом и структурой пород, с одной стороны, и, с другой стороны, тектоническим режимом и климатическими условиями местности.
Регионом называется территорию с определённым типом формации. Изучением геологических условий отдельных регионов занимается региональная геология. Комплекс самих пород, образовавшихся в близких физико-географических условиях, называют генетическим комплексом, а совокупность условий, которые характеризуют природную обстановку образования пород, называют фацией. Например: старичная фация, русловая фация. Понятие фации обычно применяют в пределах одного и того же возрастного горизонта, в то время как генетический комплекс не связан с возрастом породы.
Неотектоника – зона тектонических воздействий в настоящее время – движение материков (дрифт): Индия вдавливается в Азию после отделения от Австралии. В инженерно-геологических регионах выделяют инженерно-геологические районы. Например, районы морских, речных, ледниковых отложений и т.п., а в пределах районов выделяют инженерно- геологические участки, т.е. территории с совершенно одинаковыми геологическими условиями.
2. Диагенез – стадия формирования свойств пород (грунтов), сводится физически к двум процессам: уплотнению и цементации.
Отчего происходит уплотнение? (1) От вышележащей толщи пород и, (2) от обжатия, если грунт вышел на поверхность и потом оказался под ледником.