Основы инженерной геологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
В.С. Чувакин 
 
 
 
ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
3-е издание, переработанное 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательский Дом Томского государственного университета 
2017 

УДК 624.131.1 (075.8)  
ББК 26.3 
         Ч82 
 
 
 
Чувакин В.С.
Ч82 
Основы инженерной геологии : учеб. пособие. 3-е изд.,
перераб. – Томск : Издательский Дом Томского государственного университета, 2017. – 136 с. 
 
 
В пособии изложены главные положения основных разделов инженерной геологии – грунтоведения, инженерной геодинамики, региональной и специальной инженерной геологии. Введены новые разделы, связанные с техногенным воздействием на геологическую среду, ее рациональным использованием, охраной и мониторингом. В приложениях представлены данные по технической мелиорации грунтов и инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. 
Для бакалавров (направление подготовки 05.04.01 – «Геология», 
05.03.02 «География») и специалистов (направление подготовки 21.05.02 – 
«Прикладная геология») геолого-географического факультета Томского 
государственного университета. 
 
УДК 624.131.1. (075.8) 
ББК 26.3 
 
Рецензенты: 
доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры гидрологии,  
инженерной геологии и гидрогеоэкологии С.Л. Шварцев; 
начальник отдела инженерной геологии  
ОАО «Томский проектно-изыскательский институт  
транспортного строительства» («Томгипротранс») Д.Ю. Щанов 
 
 
 
 
 
© Чувакин В.С., 2017 
© Томский государственный университет, 2017 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Содержание курса «Инженерная геология», его задачи,  
значение и связь с другими науками, основные понятия и термины 
 
Инженерная геология – это геологическая наука, изучающая состав, 
состояние, строение и свойства верхней части земной коры (литосферы), 
ее динамику, закономерности формирования и изменения под влиянием 
природных и антропогенных факторов. Другие определения: 1) инженерная геология – это наука о геологической среде, ее рациональном использовании и охране в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека (Сергеев, 2011); 2) инженерная геология – это наука геологического цикла, исследующая состав, состояние, строение и инженерногеологические свойства верхних горизонтов земной коры, их современную динамику, закономерности формирования и пространственновременного изменения под воздействием современных и прогнозируемых 
геологических процессов (Трофимов, 2005).  
Содержание инженерной геологии заключается в комплексном изучении, оценке и прогнозировании геологических условий строительства и 
эксплуатации различных инженерных сооружений.  
В инженерной геологии выделяются три главных тесно связанных 
научных направления: 
1. Грунтоведение – изучает состав, состояние, строение и свойства 
грунтов и грунтовых массивов, закономерности их формирования и изменения под влиянием природных факторов и инженерно-хозяйственной 
деятельности человека. 
2. Инженерная геодинамика – рассматривает механизм, динамику и 
закономерности формирования природных и антропогенных геологических процессов, влияющих на изменения верхней части земной коры. 
3. Региональная инженерная геология – изучает закономерности формирования, пространственного распределения, динамику изменения (под 
влиянием природных и антропогенных геологических процессов) и районирование инженерно-геологических условий структурных зон земной 
коры. 
К научному направлению инженерной геологии относится специальная инженерная геология, которая изучает условия строительства инженерных сооружений в разных геологических условиях с использованием 
методов инженерно-геологических исследований (в том числе инженер

ного геологического картирования) на разных стадиях проектирования 
сооружений и хозяйственного освоения территорий. 
Прикладные разделы инженерной геологии: 
1. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых изучает инженерно-геологические и горно-геологические условия разработки 
месторождений полезных ископаемых; горно-геологические условия – 
совокупность природных свойств полезного ископаемого и вмещающих 
его горных пород, влияющих на безопасную отработку месторождения 
(прил. 2). 
2. Экологическая инженерная геология наряду с экологической геологией решает общие проблемы – сохранение экологических функций литосферы без отрицательного воздействия на биоту и человека.  
 
Главные задачи, решаемые инженерной геологией 
 
1. Изучение состава, состояния, строения и свойств горных пород как 
грунтов основания и строительных материалов для возведения различных 
сооружений. 
2. Выяснение геологических условий строительства, выбор для строительства сооружений оптимальных участков с рекомендацией методов 
производства строительных работ.  
3. Разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости сооружений и их нормальной эксплуатации.  
4. Типизация и районирование инженерно-геологических условий 
горных массивов и территорий для целей их хозяйственного освоения.  
5. Прогнозирование состояния геологической среды. 
6. Прогнозирование и управление природными геологическими процессами, влияющими на инженерные сооружения, и новыми геологическими процессами, которые могут возникать под воздействием сооружений.  
7. Инженерная защита территорий и сооружений от опасных геологических процессов. 
8. Рациональное использование и охрана геологической среды и разработка мер по ее улучшению.  
9. Разработка методов, программ прогнозирования и решения экологических задач в ходе хозяйственного освоения территорий. 
Значение инженерной геологии вытекает из тех задач, которые она 
решает, и, прежде всего, инженерная геология имеет значение для сохранения геологической среды обитания человека, с разрушением которой 
невозможна нормальная его жизнедеятельность.  

Инженерная геология тесно связана с фундаментальными геологическими науками, а также со многими естественными, техническими и социально-экономическими науками – физикой, химией, математикой, почвоведением, мерзлотоведением, гидрологией, океанологией, климатологией, горным и строительным делом и др.  
 
Основные понятия и термины 
 
Биота – совокупность видов растений, животных и микроорганизмов 
территории. 
Геологическая среда – это взаимосвязанная многокомпонентная открытая система, состоящая из верхней части литосферы и взаимодействующих с ней атмосферы, биосферы, поверхностной и подземной гидросферы, которые формируют геологические условия обитания и жизнедеятельности человека. 
Грунты – это любые природные и техногенные горные породы и почвы, рассматриваемые как многокомпонентные и многофазные системы, 
которые являются объектами изучения инженерной геологии. 
Техногенез – изменение природных комплексов под воздействием 
производственной деятельности человека. 
Техносфера – искусственная оболочка земли, созданная человеком и 
занимающая часть биосферы. 
Почва – поверхностный слой дисперсного грунта, состоящий из неорганического и органического веществ и обладающий плодородием.  
 
 
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  
ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ 
 
Инженерная геология использует методы исследования геологических 
наук, а также тех наук, с которыми она тесно связана (т.е. физики, химии 
и др.). 
Ее основными методами являются: 
1. Инженерно-геологическая съемка различных масштабов с составлением инженерно-геологических карт и разрезов.  
2. Инженерно-геологическая разведка с применением горных выработок (шурфов и скважин) и методов геофизики.  
3. Опытные полевые работы для оценки различных свойств и устойчивости грунтов в естественном залегании.  
4. Режимные стационарные наблюдения за геологическими процессами, подземными водами и т.д.  

5. Лабораторно-экспериментальные исследования свойств горных пород в образцах.  
6. Методы аналогий, расчетные методы и методы инженерногеологического моделирования для оценки и прогноза инженерногеологических условий.  
7. Механико-математические методы при выполнении инженерногеологических расчетов, решении задач в грунтоведении, инженерной 
геодинамике, анализе геолого-структурных и геомеханических моделей.  
 
 
2. ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ  
ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ 
 
Инженерная геология и, прежде всего, ее раздел грунтоведение сформировались на основе многовекового опыта строительных работ и изучения горных пород как оснований фундаментов. Из архивных данных известно, что русские строители в ХV в.е закладывали фундаменты с учетом свойств горных пород, в гидротехнических сооружениях ХVII в. учитывалась водопроницаемость грунтов.  
В XIX веке во многих развитых странах ведущие геологи стали привлекаться в качестве консультантов при строительстве железных дорог и 
крупных сооружений. В России это были А.П. Карпинский, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, И.В. Мушкетов, В.А. Обручев, А.П. Павлов и др. 
В СССР инженерная геология как наука оформилась в двадцатые годы. Ее основоположником был академик Ф.П. Саваренский (1881–1946). 
В тридцатые годы были открыты первые кафедры грунтоведения и инженерной геологии в ведущих вузах Москвы и Ленинграда. Начались 
подготовка специалистов по инженерной геологии, издание учебников, 
монографической литературы.  
Для решения научных и практических задач инженерной геологии 
были созданы отраслевые научно-исследовательские институты, многочисленные проектно-изыскательские и геологические организации. 
В историографии развития и становления инженерной геологии можно выделить три этапа – ранний, средний и поздний. Вклад в развитие 
инженерной геологии на раннем этапе внесли – Н.В. Бобков, П.А. Замятченский, Г.Н. Каменский, Н.В. Коломенский, Н.Н. Маслов, С.С. Морозов, В.В. Охотин, А.П. Павлов, Н.Ф. Погребов, И.В. Попов, В.А. Приклонский, М.М. Филатов и др.; на среднем этапе – Л.Г. Балаев, В.М. Безрук, Л.Д. Белый, Г.К. Бондарик, Г.А. Голодковская, И.М. Горькова, 
Н.Я. Денисов, Р.С. Зиангиров, Н.В. Коломенский, А.К. Ларионов, В.Д. 

Ломтадзе, Г.А. Мавлянов, В.И. Осипов, П.Н. Панюков, И.В. Попов, 
В.А. Приклонский, М.П. Семенов, акад. Е.М. Сергеев, В.Н. Соколов, 
В.Т. Трофимов, Е.Г. Чаповский и др.; на позднем этапе – В.П. Ананьев, 
Г.К. Бондарик, А.С. Герасимов, Г.А. Голодковская, Э.Д. Ершов, Р.С. Зиангиров, Г.С. Золотарев, И.П. Иванов, И.С. Комаров, В.А. Королев, 
Ф.В. Котлов, В.И. Осипов, акад. Е.М. Сергеев, В.Т. Трофимов и др. 
Из зарубежных ученых в области инженерной геологии необходимо 
отметить: в США – К. Терцаги (один из основоположников механики 
грунтов), Р. Пек, Дж. Тейлор и др., в Великобритании – А. Скемптон, во 
Франции – Ж. Талобр, в Австрии – Л. Мюллер, в Чехословакии – К. Заруба и М. Матула и др. 
Во второй половине XX в. в инженерной геологии активно развивалось 
экологическое направление. В конце XX в. и начале XXI в. сформировалась отечественная научная школа инженерной и экологической геологии, 
возглавляемая В.Т. Трофимовым. В.Т. Трофимовым сформулирован основной 
закон 
инженерной 
геологии: 
«Современные 
инженерногеологические особенности любого объекта верхних горизонтов литосферы и их изменение определяются историей его геологического развития, 
структурно-тектоническим положением и климатическими условиями, а на 
освоенных территориях – и характером техногенных воздействий. 
 
 
3. ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ 
 
3.1. Общие положения 
 
Основы грунтоведения детально изложены в учебнике В.Т. Трофимова «Грунтоведение» (2005 г.), поэтому в данном разделе опирается в основном на результаты этого фундаментального исследования. 
Выделяются общее, региональное и геодинамическое грунтоведение, 
которые тесно взаимосвязаны объектом изучения и методами его исследования. 
Общее грунтоведение изучает общие особенности состава, состояния, строения и свойств грунтов и грунтовых массивов, закономерности 
их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием природных и антропогенных современных и прогнозируемых 
геологических процессов. 
Региональное грунтоведение изучает особенности пространственного распределения грунтовых массивов (как элементов инженерногеологических структур), пространственно-временные закономерности 

формирования их состава, состояния и свойств и изменение под воздействием современных и прогнозируемых природных и антропогенных 
геологических процессов. Региональное грунтоведение является частью 
региональной инженерной геологии. 
Геодинамическое грунтоведение изучает закономерности пространственно-временного изменения состава, состояния и свойств грунтов под 
влиянием природных и антропогенных современных и прогнозируемых 
геологических процессов. Геодинамическое грунтоведение является частью инженерной геодинамики. 
Факторы, определяющие инженерно-геологические свойства горных 
пород в естественном залегании и влияющие на эти свойства, весьма 
многообразны. Важнейшими из них являются: возраст и генетический 
тип горных пород, форма геологических тел, их условия залегания (т.е. 
структурно-тектонические признаки), общие гидрогеологические условия, количественный минеральный состав и структурно-текстурные особенности горных пород, трещиноватость, пористость, размер минеральных зерен и гранулометрический состав, степень и тип цементации горных пород, физические свойства породообразующих минералов, структура минерального скелета и порового пространства, природа структурных межминеральных и межатомных связей, параметры кристаллической 
решетки, вторичные изменения горных пород, выветривание, наличие 
минеральных примесей, газов, воды и т.д. (включая климат). 
Основной закон грунтоведения, названный законом ПриклонскогоСергеева-Ломтадзе, заключается в том, что «состав, строение, состояние 
и свойства грунтов определяются их генезисом, характером постгенетических процессов и современным пространственным положением» (Трофимов, 2005, с. 54).  
Выделяются свойства грунтов – химические, физико-химические, физические, биотические и физико-механические. 
 
3.2. Химические свойства грунтов 
 
Химические свойства грунтов обусловлены взаимодействием компонентов грунта между собой в результате процессов окисления, восстановления, гидролиза, гидратации и другие или в реакциях с другими веществами. Другие химические свойства грунтов связаны с их растворимостью, химической поглотительной способностью, проявлением кислотно-основных свойств и их химической агрессивностью. 
1. Растворимость грунтов зависит от их химико-минерального состава, структурно-текстурных особенностей, типа растворителя, участия 

биоты, термодинамических параметров (давление и температура) и характеризуется величиной – произведением растворимости (ПР) – это 
произведение молярных концентраций (активностей) катионов и анионов 
минерала или вещества в его насыщенном растворе. 
К растворимым грунтам относятся галоидные грунты, содержащие 
галит, сильвин и другие, карбонатные грунты (известняки, доломиты, 
мел, мергель), сульватные грунты, содержащие гипс, ангидрит и др. 
2. Химическая поглотительная способность грунтов проявляется в 
образовании в них труднорастворимых соединений в результате химического взаимодействия между твердой, жидкой и газовой фазами грунта 
(например, в результате адсорбции или других реакций). 
3. Кислотно-основные свойства грунтов определяют их агрессивность и характеризуются универсальным показателем – величиной pH , 
которая изменяется в широких пределах и зависит от химикоминерального состава грунта, состава обменных катионов и водорастворимых солей и других факторов. Если величина pH меньше 7 – грунт является кислотным, если pH больше 7 – это отражает щелочность грунта. 
4. Химическая агрессивность грунтов проявляется в негативном 
влиянии их на инженерные сооружения (фундаменты и др.). Это свойство 
реализуется через воздействие влаги, находящейся в грунтах, или через 
подземные воды, контактируемые с грунтами. Агрессивность подземных 
вод по отношению к бетонным сооружениям регламентируется нормативными документами, в том числе СНиП 2.03.11-85 («Защита строительных конструкций от коррозии»). Интенсивность воздействия на конструкции зависит от химического состава влаги в грунте или подземных 
вод – водородного показателя pH, наличия ионов HCO3
–
, Mg 2+, SO4
2–, 
хлоридов Cl–  и, в конечном итоге, приводит к коррозии строительных 
конструкций. 
 
3.3. Физико-химические свойства грунтов 
 
Физико-химические 
свойства 
грунтов 
обусловлены 
физикохимическим взаимодействием и процессами, происходящими на границе 
раздела фаз в объеме грунта. 
1. Адсорбционные свойства грунтов отражают процессы концентрации вещества из объема фаз (твердая–жидкая; твердая–пар или газ) на 
поверхности их раздела и активно проявляются в грунтах с большой 
удельной поверхностью – дисперсные и высокопористые скальные грунты. Это свойство имеет значение в инженерной и экологической геологии 
и в развитии новых технологий очистки веществ, так как грунты способ

ны адсорбировать органические и неорганические вещества из растворов. 
Например, глинистые грунты используются в качестве адсорбентов для 
очистки жидкостей от различных (вредных) примесей. 
2. Ионно-обменные свойства грунтов являются разновидностью адсорбции и представляют процесс поглощения поверхностным слоем 
грунта ионов из порового раствора, который сопровождается изменением 
микроструктуры грунтов. Это свойство используется для целенаправленного изменения структуры и свойств грунтов и регулирования их физикохимических свойств (например, очистка грунтов от загрязнений, уменьшение их водопроницаемости, повышение плодородия почв и др.). 
3. Адгезионные свойства и липкость грунтов. Адгезией называется 
прилипание жидкости или твердых частиц к твердым поверхностям. Адгезия грунта имеет существенное значение в природных процессах, 
например, в ветровой эрозии почв, суффозии, водной эрозии грунтов, их 
водопрочности и т.д. Липкость – способность грунта при определенной 
влажности прилипать к рабочим поверхностям инструментов и механизмов. Оказывает влияние на производительность работ дорожных и почвообрабатывающих машин, землеройной техники, горнодобывающих 
механизмов, транспортеров и др., при добыче и транспортировке полезных ископаемых и т.д. Это свойство характерно для влажных высокодисперсных грунтов: глинистых, лессовых, торфяных и др. 
Выделяются: 1) когезия – взаимодействие молекул внутри одного тела 
(жидкости или минерала); 2) аутогезия – слипание друг с другом твердых частиц одинакового состава в воздушной или жидкой среде; 3) кольматация грунта –процесс заполнения его пустот более мелкими частицами, проходящими сквозь грунт с фильтрующимся раствором (суспензией). Процесс широко распространен в природе и используется в технической мелиорации грунтов.  
4. Диффузионные свойства грунтов. Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентраций одного вещества в 
объеме другого под влиянием теплового движения атомов, молекул или 
коллоидных частиц. В грунтах процесс диффузии происходит за счет 
выравнивания концентраций твердых, жидких и газовых компонентов в 
его объеме и наиболее активно протекает в глинистых грунтах. 
5. Осмотические свойства грунтов. Осмос – это процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворенного вещества, характерен для глинистых грунтов и играет важную роль в экологии водоемов. 
6. Капиллярные свойства грунтов обусловлены капиллярным явлением – физическим явлением, связанным с поверхностным натяжением