Инженерная геодинамика

В инженерной геодинамике изучаются все современные геологиче­ские процессы, имеющие значение при оценке отдельных регионов в целях их народнохозяйственного освоения при строительстве инже­нерных сооружений (гидротехнических и мелиоративных, дорог и тру­бопроводов, промышленных объектов и населенных пунктов, шахт и глубоких карьеров, подземных нефте-, газо- и водохранилищ и др.), а также древние геологические процессы, оказавшие определенное влияние на геологическое строение территории. Сведения о геологических про­цессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможность их появления в результате изменений, происходящих в природе под влиянием естественных причин и многообразной деятельности челове­ка, а также для того, чтобы оценить возможное их воздействие па ок­ружающую среду.

При оценке какого-либо региона в связи с его народнохозяйствен­ным освоением геолог, работающий (в области инженерной геологии, должен заранее с какими геологическими процессами столкнутся на его территории строители и другие специалисты и какие изменения в характере геологических процессов будут происходить при освоении данного региона в намеченном направлении.

При разработке проектов отдельных, как правило, крупных инже­нерных сооружении возникают более конкретные задачи, которые па своей сложности не уступают первой: надо дать прогноз неблагоприят­ного воздействия на проектируемый объект геологических процессов, развитых в районе. При этом прогноз должен даваться во времени и в пространстве и предусматривать возможную интенсивность сущест­вующих и вновь возникших геологических процессов.

Лишь при наличии такого прогноза и уче­та инженерно-геологических особенностей грунтов возможны правиль­ное рациональное проектирование сооружений, их сохранность и нор­мальная эксплуатация, безопасность людей.

Далеко не всегда при решении вопроса о возможности строитель­ства или освоения месторождения полезных ископаемых руководству­ются инженерно-геологической обстановкой. Часто превалируют эко­номические и другие соображения, и в этих случаях приходится особен­но тщательно приспосабливать сооружение к природным условиям и заранее разрабатывать мероприятия, ограждающие его от вредного воздействия геологических процессов. При этом особого внимания за­служивают геологические процессы катастрофического характера, воз­никающие неожиданно, быстро развивающиеся и вызывающие значи­тельные разрушения. В качестве примера таких геологических процес­сов можно назвать землетрясения, оползни и обвалы, сели и др. Однако было бы ошибкой считать, что геологические процессы мед­ленно развивающиеся во времени, не имеют практического значения что ими можно пренебречь. Например, современные тектонические дви­жения земной коры при разной их интенсивности по поперечному про­филю долины реки могут явиться труднопреодолимым препятствием при строительстве арочных плотин. Выветривание, более активное в свежеобнаженных горных породах, сократит срок длительной устой­чивости их в откосах каналов и карьеров, в выемках железных шос­сейных дорог, в стенках подземных горных выработок.

Это обстоятельство обязывает при инженерно-геологических изыс­каниях изучать все геологические процессы, происходящие на иссле­дуемой территории, независимо от того, катастрофический или нека­тастрофический характер развития они имеют.

Идеальным является случай, когда возводимое инженерное сооружение так вписывается в природную обстановку, что не нарушает сложившееся в ней равновесие. Такие случаи бывают сравнительно редко. Чаще строительство здания, канала, карьера, тоннеля и других сооружений или хозяйственное освоение территории (вырубка лесов, распахивание целинных земель, орошение в аридных областях и т.п.) порождает возникновение геологических процессов, которые раньше отсутствовали на данном участке. Процессы, возникшие в результате деятельности человека, получили название инженерно-геологических (антропогенных) процессов.

Совокупность геологических и инженерно-геологических процессов и порождаемых ими явлений характеризует геодинамическую обстановку. Этот термин может быть применен в любой территории независимо от се размеров: к целому региону, имеющему народнохозяйственное значение, к району строительства крупного сооружения или непосредственно к самой строительной площадке.

Известно, что все геологические процессы изучаются одним из разделов геологической науки — динамической геологией. Геологической процессов изучаются инженерной геологией, точнее, одним из ее разделов – инженерной геодинамикой. Это ни в какой мере не противопоставляет инженерную геодинамику динамической геологии. Каждая из этих дисциплин изучает геологические процессы в своем аспекте. Динамическая геология изучает геологические процессы, протекающие в природе независи­мо от человека, и делает это для решения главным образом проблем общегеологического характера. Инженерная геология изучает геологические процессы в связи с деятельностью человека, в связи с изменением природных условий под влиянием этой деятельности с тем, чтобы не допустить возникновение нежелательных для человека геологических процессов, изменить ход существующих геологических процессов в необходимом направлении, получить дан­ные, нужные для проектирования различных инженерных мероприя­тий. Так как изучение геологических процессов проводится в инженер­ной геологии в связи с деятельностью человека, то само понятие «геодинамическая обстановка» в инженерной геологии приобретает несколь­ко иной смысл, чем в динамической геологии.

Аспекты изучения геологических процессов в динами­ческой геологии и в инженерной геодинамике различны, но их объеди­няет общий объект изучения — геологические процессы. Поэтому меж­ду этими двумя разделами геологической науки нет и не должно быть противоречий. Динамическая геология обогащает своими исследовани­ями инженерную геодинамику и, наоборот, заимствует от нее новые ин­тересные для себя данные и установленные инженерной геодинамикой закономерности.

Инженерной геологией изучаются как эндогенные, так и экзо­генные процессы. На начальном этапе развития инженерной геология больше внимания уделялось экзогенным процессам и значительно меньше — эндогенным. Эндогенные процессы привлекают к се­бе все большее внимание, так как стали ясны три обстоятельства.

Во-первых, эндогенные процессы в значительной степени могут обусловливать инженерно-геологические условия. О масштабах и интенсивно­сти, например, современных эпейрогенических движений можно судить по многим районам мира. В стадии опускания находятся территория Голландии; на протяжении нескольких веков борется голландский на­род с наступающим морем. Опускание суши в районе Севастополя привело к затоплению древнегреческого города Херсонеса и к образо­ванию Севастопольской бухты. Наоборот, подъем суши в районе Баку составил за последние столетия 16 м.

В сейсмически активных областях оценка сейсмичности территории
является важнейшей задачей при определении их инженерно-геологических условий. То же можно сказать и в отношении вулканической деятельности применимо к районам действующих вулканов.

Во-вторых, эндогенные процессы могут способствовать развитию экзогенных процессов. Например, землетрясения в горных областях часто вызывают обвалы, а эпейрогенические движения, приводящие к поднятию отдельных областей платформ, способствует интенсивному развитию процессов эрозии, образованию оползней, переуглублению речных долин. Именно этим можно объяснить развитие оползней в до­лине Волги от Ульяновска до Волгограда. Указанная территория испы­тывала преимущественное поднятие на протяжении всего четвертично­го периода. Это обстоятельство усугублялось еще там, что правый бе­рег Волги, сложенный мощными толщами глин со слабоводоносными горизонтами, постоянно испытывал боковую эрозию, что привело к развитию здесь крупных оползней.

В-третьих, эндогенные процессы могут быть вызваны деятельностью
человека, т. е. среди инженерно-геологических процессов (могут быть процессы не только экзогенного характера {хотя они и преобладают), но и процессы эндогенные. В качестве примера инженерно-геологиче­ских процессов эндогенного характера можно указать на землетрясения, вызванные созданием искусственных водохранилищ в сейсмоактивных областях, на смещение массивов горных пород при больших взрывах и т.п.

При оценке геодинамической обстановки отдельных регионов необ­ходимо учитывать климатические условия, широтную и высотную зональность района, где протекают геологические процессы.

Для оценки инженерно-геологических условий большое значение имеет изучение не только современных геологических процессов, но и древних геологических процессов, создававших палеогеодинамическую обстановку, основные черты которой воплощены в гео­логическом строении и рельефе той или иной территории.

Поясним это следующими примерами. Орогенические движения земной коры приводят к образованию складок, к нарушению первона­чального залегания слоев горных пород. При ненарушенном залегании пород основание тоннеля будет неоднородным, что, конечно, осложнит производство работ по проходке и креплению. Для того чтобы принять правильное решение в этих условиях, необходимо знать характер как прошлых, так и современных тектонических движений.

В течение всего кайнозоя в южной части Русской платформы существовала тенденция постепенного отступания морей. С этим связано явление переуглубления речных долин вследствие изменения базиса эрозии. Переуглубленные речные долины имеют разнообразно построенное коренное ложе, заполнены сложным комплексом древнеаллювиальных, ледниковых, ледниково-речных, озерных, эстуариевых и морских отложений, которые представляют собой толщу, неблагоприятную для использования в инженерно-геологическом отношении. Понять особенности геологического строения переуглубленных долин нельзя без изучения древних процессов эрозии.

Без изучения древних геологических процессов оказывается невозможным принять рациональные решения при строительстве тоннелей в горных областях, гидротехнических и других сооружений на территориях древних долин, при застройке речных террас, сложенных просадочными лёссами. Изу­чение древних геологических процессов и палеогеодинамической обста­новки является важной задачей инженерной геодинамики. Без этого нельзя понять закономерности геологического строения земной коры при ее оценке в инженерных целях.

Исследования в области инженерной геодинамики имеют большое практическое значение, так как позволяют уменьшить ущерб, который наносят геологические процессы народному хозяйству. Однако нельзя думать, что все геологические процессы. Всегда оказываются отрица­тельно при формировании и освоении человеком геологической среды.

Многие геологические процессы противоположны друг другу, на­пример денудационные и аккумулятивные процессы. Первые, как пра­вило, нарушают целостность массива горных пород, облегчают его разрушение при выветривании, ведут к снижению прочностных и де­формационных свойств пород. Вторые, наоборот, способствуют повы­шению устойчивости массивов горных пород, а в результате «залечива­ния» трещин и процесса литификации горных пород происходит улуч­шение их прочностных и деформационных свойств.

В настоящее время производственная деятельность человека ста­ла крупнейшей геологической силой и может приводить к возникнове­нию геологических процессов различного характера. При этом важно, чтобы вновь возникшие инженерно-геологические процессы не препят­ствовали рациональному использованию геологической среды.