В Ы С Ш ЕЕ О Б Р А З О В А Н И Е  -  БАКАЛАВРИАТ 

серия основана в 1 9 9 6  г.

В.п. Ана ньев 

а .д . по та по в 
н.А. филькин

специальная
инженерная

геология

учебник

Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением 
вузов РФ в области строительства 
в качестве учебника для студентов, 
обучающ ихся по направлению 08.03.01 «Строительство»

Э л е к т р о н н о -

znanium.com

Москва

ИНФРА-М

2017

УДК 624.1(075.8)
ББК 38.58я73 

А64

Р е ц е н з е н т ы :

кафедра «Инженерная геология и геотехника» МАДИ (ГТУ) (зав. 
кафедрой, проф., д-р техн. наук Э.М. Добров);

Ю.А. Мальцев — д-р воен. наук, проф., засл. работник высшей шко­
лы (Военно-технический университет при Спецстрое РФ)

Ананьев В .П .

А64 
Специальная инженерная геология : учебник /  В.П. Ананьев, 
А.Д. Потапов, Н.А. Филькин. — М. : И НФ РА-М , 2017. — 263 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-010407-2 (print)
ISBN 978-5-16-102382-2 (online)

В учебнике приведены наиболее важные характеристики грунтов, особен­
ности влияния геологических процессов на принятие проектных решений 
по возведению линейных сооружений, технологиям их возведения в различных 
геологических условиях, предотвращению воздействия негативных процессов 
на эксплуатацию дорог и аэродромов. Рассмотрены принципы организации 
и проведения инженерно-геологических изысканий для дорожного строитель­
ства, описаны методы изыскания для различных стадий жизненного цикла про­
ектов дорог и аэродромов. Учебник дает необходимую основу для последую­
щего освоения специальных дорожных дисциплин и работы на производстве.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строитель­
ство». Рекомендован также для использования инженерами-дорожниками 
в практической работе.

УДК 624.1(075.8) 
ББК  38.58я73

ФЗ

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ISBN 978-5-16-010407-2 (print)
ISBN 978-5-16-102382-2 (online) 
© Ананьев В.П., Потапов А.Д., Филькин Н.А., 2015

Подписано в печать 25.11.2016.

Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton.

Печать цифровая. Усл. печ. л. 16,44. Доп. тираж 100 экз. Заказ № 00000

TK 318200-774090-251114

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 
E-mail: books@infra-m.ru
http://www.infra-m.ru

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник «Специальная инженерная геология» предназначен для 
студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломи­
рованных специалистов 270100 «Строительство» по специальностям 
270102 «Промышленное и гражданское строительство» и 272020 
«Транспортное строительство» и специализирующихся на проекти­
ровании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, город­
ских путей сообщений и аэродромов. Это означает, что по своему со­
держанию учебник отвечает изложению проблематики инженерной 
геологии в дорожном строительстве.

В настоящее время прослеживается явная тенденция к нараста­
нию урбанизации, росту числа населенных пунктов, промышленных 
зон, которые неизбежно должны быть связаны современной транс­
портной сетью в виде высококачественных автомобильных дорог с 
различными транспортными сооружениями: виадуками, мостами, 
«развязками» и т. д. Собственно и внутри городов транспортные ма­
гистрали, улицы, переулки претерпевают значительную реконструк­
цию. Все это происходит либо на новых протяженных трассах между 
населенными пунктами с меняющейся геологической, гидрогеологи­
ческой и геоэкологической обстановкой, либо в сложных стесненных 
городских условиях, в техногенно-загрязненных грунтах и т. д. Это в 
целом относится и к аэродромному строительству. В связи с этим спе­
циалисты, осуществляющие проектирование, строительство и ре­
конструкцию дорог и аэродромов, должны иметь определенные зна­
ния в области инженерной геологии, гидрогеологии, геоэкологии.

Курс инженерной геологии относится к общепрофессиональным 
дисциплинам и предшествует изучению основных специальных «до­
рожных» дисциплин, что позволяет студентам в дальнейшем целена­
правленно их осваивать, способствуя их специализации в области 
строительства автомобильных дорог и аэродромов.

Учебник знакомит студентов с общими положениями геологиче­
ской науки, со строением Земли и прежде всего наружной оболочки 
планеты (земной коры); дает необходимый материал по общей геоло­
гии, подземным водам, геодинамическим процессам на земной по-

3

верхности, инженерно-геологическим изысканиям и охране природ­
ной среды при строительстве и эксплуатации автодорог и аэродро­
мов. Этот материал вооружает студентов знаниями для получения 
квалификации, необходимой для последующей работы на производ­
стве — при проектировании, строительстве и эксплуатации автомо­
бильных дорог и аэродромов.

Особую остроту проблеме качественного строительства автомо­
бильных дорог, аэродромов, транспортных сооружений при нарас­
тающей урбанизации, росте численности населения, увеличиваю­
щейся интенсивности эксплуатации транспортных сооружений при­
дает ситуация развивающегося глобального экологического кризиса. 
Значительную и весомую роль в негативных процессах, протекающих 
в биотических и абиотических компонентах экосистем, играют воз­
действия транспортной сети. Наиболее негативно и непосредственно 
последствия этих воздействий отражаются на геоэкологической со­
ставляющей, т. е. на биотопе, хотя опосредованно и биота переживает 
стрессовое состояние, зачастую деградирует и разрушается. Это опре­
деляет особое внимание, которое уделено в учебнике геоэкологиче­
ским проблемам.

Учебник также может быть использован студентами средних 
учебных заведений, которые обучаются по специальностям в области 
дорожного строительства, а также представляет определенный инте­
рес для инженеров-дорожников.

Авторы учебника профессора В.П. Ананьев (РГСУ), А.Д. Потапов 
(МГСУ), Н.А. Филькин (МИКХиС) глубоко признательны рецензен­
там д-ру геол-минерал. наук проф. Э.М. Доброву и д-ру воен. наук, 
проф. Ю.А. Мальцеву за труд по критическому рассмотрению учеб­
ника и ценные замечания и предложения по содержанию, позволив­
шие существенно его улучшить.

Авторы приносят благодарность проф. кафедры экологии ГСХ 
МГСУ д-ру техн. наук Е.В. Щербине за любезно предоставленные ма­
териалы и старшему преподавателю кафедры инженерной геологии и 
геоэкологии МГСУ Т.Г. Богомоловой за труд по подготовке таблиц и 
рисунков учебника.

Авторы благодарят сотрудников МГСУ инж. М.Г. Логачеву и 
И.О. Богомолову за труд по подготовке рукописи к изданию.

ВВЕДЕНИЕ

Геология на современном этапе развития естественных наук 
представляет собой широчайшее научное направление, объединяю­
щее систему наук о строении, составе и истории развития планеты 
Земля и, в частности, ее коры.

Самостоятельной наукой геология стала в конце XVIII — начале 
XIX в. В России у истоков геологии стоял М.В. Ломоносов, а за рубе­
жом — Д. Геттон и Ч. Ляйель.

Комплекс наук современной геологии состоит из многих разно­
образных дисциплин, в частности, в России в развитие таких геологи­
ческих наук, как минералогия и петрография, свой вклад внесли 
В.М. Севергин, А.Н. Заварицкий, А.Е. Ферсман. Создание историче­
ской и динамической геологии связано с трудами В.А. Обручева, 
И.В. Мушкетова, А.П. Павлова, А.Д. Архангельского, Н.М. Страхова.

В конце XIX — первой половине XX в. формируются новые от­
расли геологии, такие как гидрогеология и инженерная геология. Это 
связано с ростом строительного производства, освоением новых тер­
риторий и увеличением добычи полезных ископаемых из земной 
коры. В России эти новые отрасли возглавили Ф.П. Саваренский, 
М.М. Филатов, В.В. Охотин, И.В. Попов, а за рубежом — К. Терцаги.

К XXI в. геология как естественная наука заняла ведущее положе­
ние в жизни человечества и на сегодня в своем составе имеет более 
30 научных дисциплин — стратиграфию, тектонику, минералогию, 
петрографию, литологию, сейсмологию, палеонтологию, геокриоло­
гию, геофизику, гидрогеологию, инженерную геологию и т. д.

Инженерная геология как научная дисциплина особенно активно 
начала развиваться в России с 20—30-х гг. прошлого века. Это было 
обусловлено высокими темпами развития наземного, подземного, 
гидротехнического, мелиоративного и других видов хозяйственной 
деятельности, в том числе в связи со строительством линейных соору­
жений (железных и автомобильных дорог). В это время в развитие ин­
женерной геологии внесли свой вклад российские ученые И.В. По­
пов, В.А. Приклонский, Н.В. Коломенский и др.

5

Во второй половине XX в. инженерная геология получила боль­
шое развитие. Ее научная значимость возросла в результате работы 
академика Е.М. Сергеева, который в Советском Союзе при Академии 
наук создал Национальную ассоциацию инженеров-геологов. Она 
вошла в организованную в это же время Международную ассоциацию 
инженеров-геологов. В стране широкое развитие получили государ­
ственные и ведомственные инженерно-геологические изыскатель­
ские организации, хорошо укомплектованные кадрами инжене­
ров-геологов и обеспеченные необходимой нормативной литерату­
рой.

Инженерная геология изучает верхние горизонты земной коры в 
связи с многогранной строительной деятельностью человека, тесно 
взаимодействует с фундаментальными и прикладными науками, та­
кими как физика, химия, математика, механика и другие, в частно­
сти, с активно развивающейся геоэкологией — наукой о биотопе — 
об абиотических факторах среды.

Развитие инженерной геологии и геоэкологии осуществляется 
коэволюционно, они взаимно дополняют друг друга, но одновремен­
но происходит постепенное разделение предметов изучения. Инже­
нерная геология все большее внимание уделяет свойствам грунтов и 
их изменениям со временем, а также поведению при использовании в 
качестве основания, среды и материала при возведении сооружений; 
особое внимание уделяется изучению поведения сооружений при 
проявлении опасных природных геологических процессов и явле­
ний. Россия в отличие от многих стран мира обладает колоссальным 
разнообразием геологических условий, что в целом определяет необ­
ходимость изучения региональных геологических условий для целей 
строительства.

В XX в. в инженерной геологии сформировались три основных 
научных направления: 1) грунтоведение — учение о грунтах; 2) инже­
нерная геодинамика — учение о геологических процессах; 3) регио­
нальная инженерная геология, изучающая инженерно-геологиче­
ские условия различных территорий. К этим направлениям на сего­
дня следует добавить еще одно — геоэкологию, теоретической осно­
вой которой является экология — наука об отношениях живых 
организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. 
Роль дисциплины «Геоэкология» в последние десятилетия стреми­
тельно возрастает как в жизни общества, так в образовательном про­
цессе. Это новое направление в России возглавил академик Россий­
ской академии наук В.И. Осипов, который руководит академическим 
Институтом геоэкологии. Этот институт в России является, по суще-

6

ству, инженерно-геологическим и геоэкологическим научным цент­
ром.

Главная цель инженерной геологии — изучение природной гео­
логической обстановки местности, где намечается какое-либо строи­
тельство, а также прогноз тех изменений, которые могут произойти в 
геологической (природной) среде в процессе строительства и экс­
плуатации сооружений. В современных условиях ни одно сооруже­
ние (здание) не может быть спроектировано, построено и надежно 
эксплуатироваться без достоверных инженерно-геологических мате­
риалов по территории строительства.

В вузах, где осуществляется подготовка специалистов по дорож­
ному строительству, студенты изучают дисциплину «Инженерная 
геология». Перед ними стоят четыре конкретные задачи:

1) освоить основные положения инженерной геологии;
2) научиться понимать и использовать инженерно-геологические 
документы (инженерно-геологический отчет, СНиПы, ТСН, ГОС­
Ты, руководства, указания и т. д.);

3) уметь самостоятельно или при участии инженера-геолога ре­
шать инженерно-геологические задачи при проектировании, строи­
тельстве и эксплуатации дорожных сооружений;

4) знать законы и требования по охране природной среды и уметь 
использовать их в своей работе.

Значение инженерной геологии при проектировании, строитель­
стве и эксплуатации автомобильных дорог, аэродромов и городских 
транспортных магистралей в последующие годы будет существенно 
возрастать. Это обусловлено тем, что в экономически развитых рай­
онах России имеется необходимость в сооружении более высоко­
классных дорог, а на сибирских просторах автомобильных дорог еще 
очень мало и сооружение автодорог в зоне многолетней («вечной») 
мерзлоты представляет собой большие технические трудности, тре­
бует усилий и существенных материальных затрат.

В учебнике приведены сведения из ряда геологических дисцип­
лин, которые имеют прямое либо косвенное отношение к проектиро­
ванию и строительству автодорог и аэродромов и без которых трудно 
понять и освоить основные положения инженерной геологии, яв­
ляющейся одной из важнейших прикладных составляющих геологии.

Р А З Д Е Л  I

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ

Г л а в а  1

ЗЕМНАЯ КОРА -  ГЕОСФЕРА ЗЕМНОГО ШАРА

1.1. Общие сведения

Земля — это космическое тело в составе Солнечной системы, в 
которую входят планеты, спутники планет, астероиды и кометы.

Планет в Солнечной системе девять. К планетам земного типа от­
носятся Меркурий, Венера, Земля и Марс, к внешним планетам — 
Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Расстояние от Земли до 
Солнца составляет примерно 150 млн км. Планеты земного типа от­
носительно плотные, но обладают сравнительно небольшими разме­
рами и массой. Меркурий лишен атмосферы, на остальных планетах 
этого типа она имеется, причем на Марсе атмосфера близка земной. 
Внешние планеты имеют большие размеры и массу, но отличаются 
сравнительно небольшой плотностью. Атмосфера этих планет состо­
ит главным образом из метана и аммиака.

Главные особенности Земли как планеты заключаются в наличии 
жизни, обилии воды (более 71 % поверхности), небольших размерах 
(радиус всего 6370—6380 км), большой плотности (5,5 г/см3), боль­
шом возрасте (4600 млн — 200 млн лет).

О происхождении Земли. Этот вопрос является важным в естество­
знании. Земля образовалась около 4 млрд 600 млн лет назад. Во вся­
ком случае, так думают ученые. Было немало споров (да и сейчас они 
продолжаются) по поводу того, как это произошло. Большинство 
ученых сегодня склонны думать, что Земля образовалась из пыли, 
точнее — из газопылевого облака. Это облако за счет близкой вспыш­
ки сверхновой звезды приобрело достаточную плотность и продол­
жало сжиматься под действием сил гравитации. В результате появи­
лось тело, состоящее из газов и взвеси твердых частиц, в нем нача­
лось перераспределение вещества, легкие элементы — водород, ге­

8

лий — ушли на периферию тела, а тяжелые, например железо, — 
внутрь.

В середине XX в. российский академик О.Ю. Шмидт выдвинул 
гипотезу происхождения планет Солнечной системы, в том числе и 
Земли, согласно которой Солнце на своем пути пересекло и захватило 
одно из пылевых скоплений Галактики, поэтому планеты образова­
лись не из раскаленных газов, а из пылевидных частиц, вращающихся 
вокруг Солнца. В этом скоплении со временем возникли уплотнен­
ные сгустки материи, давшие начало планетам.

Заслуживает внимания гипотеза В.Г. Фесенкова, который счита­
ет, что в недрах звезд, в том числе и Солнца, протекают ядерные про­
цессы. В один из периодов времени это привело к быстрому сжатию и 
увеличению скорости вращения Солнца. При этом образовался 
длинный выступ, который потом оторвался и распался на отдельные 
планеты.

Гипотез о происхождении Земли, как и всей Солнечной системы, 
существует достаточно много. Все эти гипотезы детально рассмотре­
ны в книге профессора Ростовского государственного университета 
И.И. Потапова «Геология и экология сегодня» (1999 г.).

В заключение следует отметить, что на сегодня обоснованной тео­
рии происхождения Земли нет, отдельные гипотезы рассматривают 
только часть вопросов этой сложнейшей проблемы современного ес­
тествознания. Решение этой проблемы — в будущем.

Установлено, что масса Земли равна 5,98 • 1027г, объем 1,083 • 1027см3. 
Средний радиус равен 6371 км, средняя плотность 5,52 г/см3, среднее 
ускорение свободного падения 981 Гал.

Форма Земли близка к трехосному эллипсоиду вращения с поляр­
ным сжатием, у современной Земли полярный радиус равен 6356,78, а 
экваториальный — 6378,16 км. Длина земного меридиана составляет 
40008,548 км, длина экватора 40075,704 км. «Сплюснутость» Земли 
обусловлена ее вращением. Иногда форму нашей планеты именуют 
сфероидом, но для Земли чаще используют термин «геоид».

Строение земного шара. Бблыпая часть знаний о том, что же нахо­
дится в недрах Земли, этого огромного шара, в целом, пока не выхо­
дит из области научных предположений.

Внутреннее строение изучают путем: 1) прямых непосредствен­
ных наблюдений и 2) геофизических методов. К числу прямых на­
блюдений относят изучение глубин Земли с помощью буровых сква­
жин, шахт, тоннелей. Глубина скважин редко превышает 5 км. Ис­
ключение составляют только несколько сверхглубоких скважин, но и 
их глубина пока не достигла 15 км, что объясняется пределом совре­
менных технических возможностей. Такая глубина позволяет судить

9

только о геологии земной коры, но не всей Земли. В России такую 
сверхглубокую скважину (12,262 км) пробурили на Кольском полу­
острове, в США это сделали через дно океана, но на значительно 
меньшую глубину, в Германии глубина такой скважины превысила 
9 км.

Сверхглубокие буровые скважины открыли много нового в строе- 
йии и составе земной коры. Так, например, Кольская скважина на 
глубине 1600—1800 м вскрыла рудное тело с промышленным содер­
жанием меди и никеля, в то время как раньше полагали, что никель 
глубже 700 м встречаться не должен. Пока вполне очевидно, что по 
результатам проведения малого числа сверхглубоких выработок сде­
лать окончательные выводы о строении земных недр нельзя.

Определенные сведения о том, что находится внутри Земли, полу­
чают, изучая лаву, которая извергается из вулканов, но и в этом случае 
сведения ограничены, так как очаги вулканов не превышают глубину 
100 км.

Геофизические методы познания глубин Земли также являются 
косвенными, но они все же приносят определенные сведения о том, 
что происходит внутри Земли. Наиболее интересные результаты дает 
раздел геофизики, который посвящен волнам — это сейсмология. 
Важнейшим научным открытием начала XX в. стал основанный на 
данных сейсмологии вывод о наличии в Земле концентрических обо­
лочек различной плотности — земной коры, мантии и ядра. Такие 
оболочки получили название геосфер. Это внутренние геосферы, а к 
внешним относятся гидросфера, атмосфера и биосфера, которая за­
нимает гидросферу и пограничный слой земли с атмосферой. Геосфе­
ры показаны на рис. 1.

Фазовое состояние геосфер различно: атмосфера — газ, гидро­
сфера — жидкость, земная кора — твердое вещество, верхняя мантия 
сложена веществом с относительно малой вязкостью. Вообще же 
мантия состоит из аморфного вещества, в той или иной степени на­
сыщенного газами и достаточно подвижного. Ядро, по всей видимо­
сти, состоит из двух частей: внешнее, возможно,— жидкое, внутрен­
нее — твердое. Предполагают, что ядро железоникелевое. Имеется 
мнение, что оно находится не в кристаллическом, а в аморфном со­
стоянии и похоже на загустевший мед или стекло.

Внешние геосферы. Атмосфера располагается до высоты 1300 км 
от поверхности Земли, но уже выше 100 км ее следы ничтожны. Глав­
ными составляющими атмосферы являются азот, кислород, диоксид 
углерода и пары воды; другие газы присутствуют постоянно, но в ма­
лых количествах, хотя некоторые из них имеют большое значение для 
биосферы. Озон концентрируется на высоте 10—15 км и образует

10