Геология. Ч. IV. Инженерная геология

ФИНАНСОВАЯ ПОДДЕРЖКА 

ИЗДАНИЯ: 

Moc1W6C1CUlllocyдapcmвeнныu 

lорныu университет • 
Издательство «Горная 'ICHиla» • 
Инвестиционныu фонд поддер.жхи 

юрноlо 1СНиlоиздания • 
Государственная проlра.м.ма 

«Культура России» 

РЕДАКЦИОННЫМ 

СОВЕТ 

Председатель 

Л.А.ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

Л.ХГИТИС 

Члены редсовета 

А.П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

А.В. КОРЧАК 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

В.Л. ПЕТРОВ 

Э.М. СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. ЧАНТУРИЯ 

президент МГГУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

А.М. Гальперин 

В.С. Заицев 

ИНЖЕНЕРНАЯ 

ГЕОЛОГИЯ 

Допущено Учебио-методическши объединением 

вузов Российской Федерации по образованию 

в области горного дела в качестве учебника 

для студентов вузов, обучающихся 

по направлению «Горное делт> 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА» • 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 

МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2009 

ГЕОЛОГИЯ 

IV 

УДК 624.131(075.8) 

ББК 26.3 

г 17 

Кпига соответствует «Гигиепическиw требовапия." к издапиям ю1и.ж·пы.w дли 

взрослых. СапГ/иН 1.2. 1253---{)3», утвер.ждепны.w Гqавпы.w государствепньш L'OHII· 

тарпьш врачо.w 
Росси11 30 
марта 2003 
г. 
(ОСТ 29.124-94). 
Сапитарпо:тиде.~/Uологическое заключепие Федералыюй службы по надзору в сфере защиты 

прао потребителей .Ni! 77.99.60.953.Д.О/2634. 11.08 

Экспертиза проведепа Учебно-методическим объедипепие.м вузов РосL·ийской Федерации по образовопию в области гориого дела (писмш .Ni! 51-6316 от 09.06.2009 г.) 

Рецешеum61: 
• кафедра геологии и гидрогеологии Московского государственного открытого уtшверситета (зав. кафедрой д-р геол.-минер. наук, проф. С. С. Бопдарепко); 
• проф., д-р техн. наук В. И. Стрельцов (ФГУП «ВИОГЕМ>>) 

Гальперин А. М., Зайцев В. С. 

Г 17 
Геология: Часть IV. Инженерная геология: Учебник для вузов.
М.: Издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного университета, 2009.-559 с.: ил. 

ISBN 978-5-98672-158-3 (в пер.) 
ISBN 978-5-7418-0604-3 

Изложены основные сведения из инженерной nетрографии (грунтоведения): характеристики состава, строения, состояния и свойств горных nород и грунтов. Рассмотрены современные nредставления об особенностях 

массива горных nород и методах его исследования. Приведена методика 

изучения инженерно-геологических условий территорий освоения, а также 

технические характеристики современного оборудования, исnользуемого 

для данных целей. Проанализированы характерные этаnы составления 

nрогнозных оценок условий разработки месторождений nолезных искоnаемых и строительства nодземных сооружений. 

А.М ГWiьnepuu д-р техн. наук, nрофессор; В.С. Зайцев канд. 

техн. наук, nрофессор (кафедра геологии Московского государственного 

горного университета). 

Для студентов вузов, обучающихся no наnравлению nодготовки <<Горное дело>>. 

ISBN 978-5-98672-158-3 
ISBN 978-5-7418-0604-3 

JIIIJIIIJIJI~II~~~Ill~ llll 

УДК 624.131(075.8) 

ББК 26.3 

© А.М. Гальперин, В.С. Зайцев, 2009 

©Издательство <<Горная книга», 2009 
© Издательство МГГУ, 2009 
© Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2009 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Памяти учителя, профессора 

Пантелеймона Николаевича Панюкова 

посвящается 

Инженерная геология входит в состав научных дисциплин, 

направленных на изучение геологических условий производства 

разнообразных инженерных работ, связанных в первую очередь 

с разработкой месторождений полезных ископаемых и строительством подземных сооружений. Богатый опыт горно-строительных и горно-эксплуатационных работ убедительно свидетельствует, что недостаточное знание гидрогеологической и 

инженерно-геологической обстановки и неумение оценивать ее 

с технологических позиций приводят к неритмичности в работе 

горных предприятий, а порой и к аварийным ситуациям. Вместе 

с тем всесторонний учет гидрогеологических и инженерногеологических факторов, формирующих геологическую среду, 

позволяет не только выявить возможность улучшения техникоэкономических показателей работы горно-технических объектов, но и способствует разработке эффективных инженерных 

мероприятий 
по 
поддержанию 
их 
в 
сложных 
горногеологических условиях. 

Подготовка инженеров по горно-технологическим специальностям предусматривает изучение цикла геологических дисциплин, включающего в себя «Основы геологии», «Месторождения полезных ископаемых», «Гидрогеология», «Инженерная 

геология» и «Горно-промышленная геологию>. 

В предлагаемом учебнике «Инженерная геология» выделены четыре раздела, дающие представления о характерных инженерно-геологических свойствах горных пород, структурных 

особенностях толщ (массивов) горных пород, геодинамическом 

состоянии осваиваемых территорий, принципах прогнозирова
5 

ния поведения геологической среды в ходе ведения горных работ и эксплуатации горно-технических объектов. 

Такой многосторонний обзор состояния геологической среды способствует принятию обоснованных технологических, а 

при необходимости и специальных мероприятий, обеспечивающих безопасность ведения работ, их экономическую эффективность и отвечающую современным нормативным показателям 

экологическую ситуацию. 

При подготовке рукописи к печати были приняты во внимание замечания и пожелания, полученные на изданный в 1989 г. 

учебник «Гидрогеология и инженерная геология>> (авт. А.М. 

Гальперин, В.С. Зайцев, Ю.А. Норватов). 

Авторы выражают также благодарность В.П. Зервандовой, 

И.А. Честной, А.В. Яшиной и С.А. Пуневскому за помощь в 

подготовке рукописи к изданию. 

Авторы признательны А.Е. Королькову, Т.В. Дубровской, 

Ю.И. Кутепову, Е.С. Оксенкругу, М.Н. Тавостину и М.М. Хайрутдинову за предоставленные цветные фотографии. 

Отзывы просим направлять по адресу: Москва, Ленинский 

проспект, 6, МГГУ, кафедра геологии. 

ВВЕДЕНИЕ 

Мы хотим не только знать, как устроена природа u как проuсходят природные явления, 110 и ... 

узнать, почеwу природа является такой, а не 

другой. 

А. Эйнштейн 

Инженерная геология изучает геологические условия строительства и эксплуатации сооружений различного назначения и 

типа. Эти условия, называемые инженерно-геологическими, определяются геологическим строением и геодинамическим состоянием территории. Соответственно, основными объектами 

исследований являются горные породы, толщи (массивы горных 

пород), современные геологические процессы и явления и инженерно-геологические процессы и явления, определяемые техногенными факторами. В горно-строительной и горно-эксплуатационной практике подобные процессы и явления известны 

под названием горно-геологических, что подчеркивает специфические особенности инженерной геологии в горном деле, для 

которого в качестве первоочередных рассматриваются задачи по 

оценке состояния горных пород и слагаемых ими массивов 
среды производства горных работ. Горные породы служат конструкционными элементами подземных или открытых горных 

выработок и их устойчивость во многом зависит от геологоструктурных характеристик массива пород. 

Становление инженерной геологии приходится на конец 

XIX начало ХХ в. и связано с практикой геологических работ 

для различных видов наземного и тоннельного строительства. 

Инженеры-строители решали задачи по оценке прочности и устойчивости горных пород в основаниях сооружений; степени 

опасности для сооружений геологических процессов, вызываемых главным образом разрушительной работой вод поверхностного и подземного стока и землетрясений; устойчивости естественных склонов; условий осушения болотных массивов и т.п. 

Перечисленные и подобные им задачи решались геологами в 

7 

основном на базе общегеологических исследований с привлечением опыта эксплуатации сооружений в различных геологических условиях. 

Результаты геологических исследований освещались в многочисленных разрозненных публикациях, причем многие из них 

не потеряли своего значения и до сих пор. Таковы, например, 

работы проф. Ф.Ю. Левинсон-Лессинга, акад. АЛ. Павлова, 

проф. И.В. Мушкетава и других выдающихся геологов. 

Следует отметить, что рекомендации геологов носили описательный, качественный характер, что затрудняло их непосредственное использование в проектных решениях. И.В. Мушкетов 
(1879 г.) отмечал: «В последнее время практическое применение 

геологии все более и более расширяется. Не говоря уже о горном деле, из которого возродилась сама геология. Поэтому тем 

более странно, что в деле проведения и особенно при изыскании 

направлений железных дорог ... ограничивались только изучением орографии местности и не обращали внимания на ее геологические особенности». По мнению Ф.Ю. Левинсон-Лессинга 
(1912 г.), между геологической наукой и инженерным искусством не должно быть разобщенности и конкуренции, между ними 

должно быть содружество. 

Накопленный опыт обобщался в руководствах по технической геологии, содержавших краткое и доступное для строителей изложение основ геологии и примеры использования геологических знаний для решения отдельных задач строительства. 

Среди руководств по технической геологии следует выделить 

книги С. Вагнера (1887 г.), И.В. Мушкетава (1887 г.), Р. Кейлака 
(1923 г.). 

На низком уровне в то время находилась теория фундаментостроения и теория производства земляных, в том числе горных работ. Аварии сооружений, особенно участившиеся с ростом масштабов и темпов строительства, вызвали необходимость 

разработки научных основ строительного дела, связанных с 

грунтами·. Теоретической базой послужили работы К. Кулона 

' Грунтами в механике грунтов называют несцементированные (глинистые и 

раздельнозернистые) горные nороды, nрочность которых во много раз ниже 

nрочности минеральных составляющих (Н.А. Цытович). 

8 

по статике сыпучих тел (1773 г.) и Ж. Буссинеска о распределении напряжений в упругой среде от сосредоточенной нагрузки 
(1885 г.). За сравнительно короткий срок были заложены основы 

нового раздела прикладной механики механики грунтов. В 

частности, получены решения задач по оценке несущей способности естественных оснований сооружений, условий устойчивости откосов земляных масс, давлению горных пород на подпорные стенки и крепь горных выработок; разработан и использован при инженерно-геологических изысканиях ряд экспериментальных методов оценки строительных свойств грунтов. 

Однако, как показала практика строительства, степень различия между идеализированными телами, изучаемыми в механике грунтов, и геологическими телами, исследуемыми геологическими науками, настолько велика, что в ряде случаев геологическое строение и геологические процессы полностью противоречили выводам механики грунтов. Это обстоятельство повысило интерес к исследованию поведения горных пород в 

натурных условиях (in situ); начали распространяться методы 

моделирования явлений взаимодействия сооружений с геологической средой. 

Было установлено, что поведение горных пород определяется результатом совместной работы системы «геологическая 

среда (массив горных пород) сооружение». Появление работ 

К. Терцаги (1925, 1929 гг.) подтвердило необходимость объединения научно-технических средств геологии и механики грунтов 

и способствовало формированию геотехнического направления 

в строительной механике, повысившего степень взаимодействия 

между геологами и инженерами-строителями. 

Термин инженерная геология, по-видимому, впервые появился в работе Г. Рейса и Т. Ватсона, изданной под таким наименованием в 1915 г. Инженерная геология рассматривается 

авторами как геология для инженеров, т.е. как техническая геология. Основоположником инженерной геологии в нашей стране 

является академик Федор Петрович Саваренский (1881-1946 

гг.), сумевший доказать необходимость учета геологических 

знаний при решении задач проектирования и строительства различных инженерных объектов. В работе «Значение гидрогеоло
9 

гии в деле землеустройства)) (1924 г.) Ф.П. Саваренский подчеркнул внутреннюю взаимосвязь между гидрогеологией и инженерной геологией: «За последние десятилетия понятие гидрогеологии значительно расширилось, и ... представляет собой 

обширную научно-практическую дисциплину, обнимающую собой не только подземные воды ... , но и все явления геологического и физико-географического характера, связанные с деятельностью как подземных вод (оползневые, карстовые явления, 

заболачивание и т.п.), так и поверхностных вод (размыв, образование оврагов, смыв и заиление и т.п.). Лишь спустя некоторое 

время гидрогеология выделилась в самостоятельную отрасль 

знаний. В 1937 г. Ф.П. Саваренский издал учебник «Инженерная 

геологию), где впервые была обозначена структура этой отрасли 

знаний и выделены научные направления, отвечающие структуре современной инженерной геологии. 

Инженерная геология разветвленная область знаний, 

объединяющая учение о свойствах горных пород (грунтов) и их 

толщ (массивов), рассматриваемых как основания сооружений, 

среда производства инженерных работ и размещения сооружений, а также учение о геодинамических условиях их возведения. 

Отметим, что под грунтами в современном представлении следует понимать любые горные породы, почвы, осадки и антропогенные геологические образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамические системы, исследуемые в связи с 

планируемой, осуществляемой или осуществленной инженерной деятельностью человека (В. Т. Трофимов, 2000). 

Выделяют следующие основные разделы инженерной геологии. 

1. Инженерная петрография (грунтоведение) исследует свойства грунтов, определяющие их поведение в сфере воздействия 

инженерных работ и сооружений. В теоретическом плане главная проблема изучение природы свойств грунтов, знание которой составляет научную базу для их прогнозирования и 

управления этими свойствами. 

Возникновение грунтоведения акад. Е.М. Сергеев относит к 
1923 г., когда в Петрограде Н.И. Прохоров, П.А. Замятченский и 

Н.Н. Иванов приступили к изучению грунтов в связи со строи
10