Инженерная геология — «отрасль геологии, которая трактует вопросы приложения геологии к инженерному делу». Такое определе­ние было дано одним из крупнейших ученых в области инженерной геологии академиком Ф. П. Саваренским в 1937 г. Основными зада­чами инженерной геологии он считал «изучение геологических про­цессов и физико-технических свойств горных пород, определяющих условия возведения сооружений и направлений инженерно-геологи­ческих мероприятий по обеспечению устойчивости земляных масс».

Развивая идеи Ф. П. Саваренского, профессор И. В. Попов (1951) определил инженерную геологию в теоретическом отношении как «отрасль геологии, изучающую динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека».

В современных условиях в период все возрастающего антропогенного воз­действия на природную среду и резко­го обострения экологической ситуации инженерная геология, согласно опре­делению академика Е. М. Сергеева (1979), становится наукой о геологи­ческой среде, ее рациональном исполь­зовании и охране.

Грунтоведение

Грунтоведение — один из основных разделов инженерной гео­логии, который изучает состав, строение и свойства грунтов, зако­номерности их формирования и изменения в процессе инженерно­-строительной деятельности человека.

По Е.М. Сергееву (1988), под грунтами следует понимать лю­бые горные породы, почвы и техногенные образования, которые за­легают в верхней части земной коры, представляют собой много­компонентную динамичную систему и используются в качестве ос­нования зданий и инженерных сооружений, материала для соору­жений (насыпей, плотин и др.) или среды для размещения подзем­ных сооружений (тоннелей, трубопроводов и др.).

Грунты — это горные породы, почвы и техногенные образова­ния, вовлеченные в строительство. Изучение их как объектов инже­нерно-строительной деятельности человека и составляет предмет грунтоведения. Важнейшее значение при этом имеет изучение со­става и свойств грунтов, так как именно данные о них в первую оче­редь необходимы для расчетов, связанных с проектированием лю­бых сооружений и разработкой систем инженерной защиты террито­рии и строительных объектов.

Грунтоведение в нашей стране всегда считалось наукой геологи­ческого цикла, так как изначально базировалось на генетическом подходе к грунтам, который учитывает их происхождение (генезис) и условия формирования. Основной тезис генетического грунтове­дения гласит, что свойства грунтов определяются их составом и структурой, формируются в процессе генезиса и изменяются под влиянием постгенетических процессов.

Подразделение грунтов (горных пород) на три основных генети­ческих типа: магматические, осадочные и метаморфические, явля­ется первым шагом к созданию их классификаций на генетической основе. Более дробное подразделение грунтов, необходимое как с инженерно-геологических, так и со строительных позиций, осуще­ствлено в виде классификации грунтов по ГОСТу 25100—95, содер­жание которой будет рассмотрено ниже.

Наиболее полные и достоверные данные при изучении грунтов могут быть получены лишь при сочетании лабораторных и полевых методов исследования. В лабораториях на отдельных образцах мож­но изучать «микромир» грунтов, т. е. взаимосвязь между его отдель­ными микрокомпонентами, в полевых условиях — свойства уже самих массивов грунта.

По современным представлениям, основной задачей грунтове­дения является изучение горных пород, почв и техногенных образо­ваний как грунтов от микроуровня до массива с целью рациональ­ного освоения геологической среды и решения разнообразных ин­женерно-строительных задач.

Состав и строение грунтов

Грунт как многокомпонентная динамичная система

В общепринятом определении понятия «грунт» заложено пони­мание его как многокомпонентной динамичной системы. В соответ­ствии с этим определением в грунтах можно выделить четыре ком­поненты (фазы):

твердую — минеральная часть грунта, твердое органическое ве­щество;

жидкую — вода, заполняющая промежутки между твердыми ми­неральными частицами;

газовую — газы в пустотах грунта;

биотическую (живую) — микроорганизмы и другие живые орга­низмы.

Суммарный объем многокомпонентной системы грунта (V_tot) скла­дывается из объемов: твердой минеральной части (V_sk), жидкого ком­понента (V_w), газовой фазы (V_a) и биотической (живой) составляю­щей (V_b):

V_tot = V_sk + V_w + V_a + V_b:

В зависимости от соотношения в грунтах различных компонент различают четырех-, трех-, двух- и однокомпонентные системы (рис. 5.1, по Е.Г. Чаповскому).

Рис. 5.1. Схема составных частей грунта: а — абсолютно сухая порода (однокомпонентная система); б и в — трехкомпонентные системы; г — двухкомпонентная система; 1 — зерна породы (скелет); 2 — воздух; 3 — пленка связанной воды; 4 — защемленные пузырьки воздуха; 5 — вода

Почва, например, представляет собой четырехкомпонентную си­стему (минеральные частицы + вода + газы + гумус), глинистый грунт — трехкомпонентную (минеральные частицы + вода + газы), полностью водонасыщенный грунт — двухкомпонентную (минераль­ные частицы + вода). В природных условиях однокомпонентные системы практически отсутствуют, так как даже в таких грунтах, как гранит, песчаник и др., благодаря наличию микропор и волосных трещин, может содержаться воздух либо вода.

Соотношение твердой, жидкой, газовой и биотической компонент имеет важнейшее значение, так как во многом определяет состав, со­стояние и свойства грунтов. Следует учитывать, что на эти параметры влияет не только относительное содержание отдельных компонент грунта, но и характер взаимодействия между ними. Он может иметь как химическую природу (окисление, растворение и др.), так и физи­ко-химическую (ионный обмен, образование двойного электрическо­го слоя и др.).

Важно подчеркнуть также, что грунт не только многокомпонент­ная система со сложным взаимодействием между отдельными его составляющими элементами, но и весьма динамичная система. Грунт - это не застывшая система. Под влиянием природных и техноген­ных факторов его состав, строение и свойства могут существенно из­меняться во времени. Это важнейшее положение необходимо учиты­вать при оценке поведения грунтов как при строительстве, так и в период эксплуатации объектов.