Взаємозв'язок інженерної геології з іншими науками

На сьогодні інженерна геологія займає цілком визначене положення в науці про Землю і є однією з двох її головних складових. Дійсно, де б у нашій країні або за її межами не виконувалися геологічні дослідження — на суші чи на морі, вони завжди спрямовані на розв’язок одного з двох основних завдань: 1) виявлення, розвідку та промислову оцінку родовищ корисних копалин і 2) вивчення й оцінку геологічних умов будівництва різноманітних споруд. Інженерна геологія розвивається на базі інших фундаментальних наук про речовину земної кори, про її історію та будову. Історична геологія, палеонтологія, стратиграфія, кристалографія, мінералогія, петрологія магматичних, метаморфічних і осадочних порід, а також геотектоніка, геоморфологія, гідрологія і гідрогеологія, мерзлотознавство, геофізика, фізична і колоїдна хімія, вчення про водні розчини, фізика і механіка пружних, пластичних і в`язких, суцільних і дискретних тіл — ось далеко неповний перелік наук про Землю та інших природничих наук, здобутками яких користується інженерна геологія.

У наш час гірнича інженерно-будівельна та господарська діяльність людини є найважливішим геологічним чинником, що змінює стан верхньої частини літосфери та хід сучасних геологічних процесів. Свідченням цього є штучні землетруси, видобуток з надр гігантських мас порід (лише у вугільній промисловості більше 3 млрд. м³/рік), підземних вод, нафти, активізація зсувів об`ємами до сотень мільйонів кубічних метрів, переробка берегів водосховищ та ін.

У 1944 р. В.І.Вернадський ввів поняття про «ноосферу» — сферу розуму, де людина стає найбільшою геологічною силою". Справедливість його слів стає все більш очевидною з розвитком науково-технічного прогресу.

Наскільки великим і різноманітним є вплив людини на верхню частину земної кори, стає зрозумілим, якщо пригадати лише деякі факти і цифри, пов`язані з цим впливом. Наприклад, у районі всесвітньо відомої Курської магнітної аномалії свого часу були створені найбільші кар`єри для видобутку залізних руд відкритим способом. При підготовці цих кар`єрів (Михайлівського і Лебединського) до експлуатації було знято більше, ніж 170 млрд. м³ порід, які перекривали руди. Із величезних котлованів площею в декілька км² і глибиною більше 100 м, відбувалося щоденне відкачування 120 тис. м³ води. Це призвело до зміни рівня підземних вод у всьому прилеглому районі.

Гідротехнічне та іригаційне будівництво також охопило території в десятки і навіть сотні тисяч км². На початок ХХІ століття площі зрошуваних земель у всьому світі досягають 200 млн. га. На жаль, зрошення і створення водосховищ у багатьох випадках призводить до засолення ґрунтів, заболочування значних територій, до інтенсивного розвитку зсувів, обвалів та інших негативних явищ .

Діяльність людей, пов`язана з гірничими і будівельними роботами, призводить до переміщення порід об`ємом не менше 1 км³ на рік, що прирівнюється до денудаційної роботи річок.

Вся інженерно-господарська діяльність людей тісно пов`язана між собою, і в такому ж тісному зв`язку опиняються різні види впливу людини на земну кору. Такий інтенсивний вплив на верхню частину земної кори вимагає вивчення інженерно-геологічних умов для великих територій та прогнозу їх зміни під впливом людської діяльності на тривалий час. При цьому під інженерно-геологічними умовами розуміють існуючі в даний час особливості геологічної будови території, складу і властивостей гірських порід, геологічних процесів, рельєфу та підземних вод.

Наприклад, можливе виникнення зсувів у результаті порушення природних схилів, виникнення сельових потоків при вирубці лісу, зміна мерзлотних умов при будівництві і т.д. Процеси і явища, викликані діяльністю людей, дістали назву інженерно-геологічних. Вони відрізняються від подібних, які розвиваються природним шляхом, тим, що для їх проявлення потрібно, як правило, менше часу. Інколи інженерно-геологічні процеси виявляються більш інтенсивними, ніж відповідні процеси у природних умовах.

Інженерна геологія вивчає і оцінює геологічні фактори, що впливають на інженерні споруди: на вибір місця їх розташування, на кострукцію, на способи виконання робіт і т.п. Інженерна споруда, в свою чергу, може змінити існуючі природні геологічні умови і процеси.

Є.М. Сергєєв (1978) визначає інженерну геологію як «науку, що вивчає земну кору як середовище життя і діяльності людини» (згадаймо «ноосферу» В.І.Вернадського).

При цьому, об`єктом її вивчення є сучасний стан і динаміка зміни верхньої частини земної кори в зв`язку з інженерною діяльністю людини. Це поняття дуже широке: воно включає в себе всі зміни, що відбуваються у складі, структурі і текстурі гірських порід, зміни їх властивостей і, як наслідок цього, виникнення і розвиток або, навпаки, зникнення різних геологічних процесів, що, в свою чергу, призводить до зміни інженерно-геологічних умов окремих територій.

Відповідно до цього в інженерній геології і виділяють три основні інженерно-геологічні дисципліни:

ґрунтознавство (вивчає гірські породи як ґрунти);

інженерну геодинаміку (вивчає як природні геологічні так і інженерно-геологічні процеси і явища);

регіональну інженерну геологію (вивчає закономірності просторово-часової мінливості інженерно-геологічних умов в залежності від історії розвитку земної кори і сучасних фізико-географічних умов).

Виникнення інженерної геології (ІГ) і розвиток її на перших етапах були пов`язані з будівництвом. Передісторія ІГ складається з двох етапів.

Перший етап, коли будівельники та гірничі інженери самостійно вивчали гірські породи, що є основою, середовищем і матеріалом для різних споруд. Навряд чи можна хоча б приблизно з певністю вказати, коли почали вивчатися гірські породи в зв`язку з будівництвом. Траплялися і казуси. Про один з них свідчить давньоримський історик Корнелій Тацит (55−120 рр.): «Якийсь Отілій, вільновідпущеник, зважившись побудувати в Фіденах амфітеатр для гладіаторських вистав, з одного боку, не поклав фундамент на міцному ґрунті, з іншого, не скріпив міцними скріпами дерев`яних крокв… Переповнена будівля здригнулася і, обвалюючись всередині та розсипаючись зовні, стрімголов захопила з собою й накрила велику масу смертних, котрі як споглядали видовище зсередини, так і стояли навкруги амфітеатру…» .

Початком же перших наукових досліджень і узагальнення накопиченого матеріалу можна вважати перші десятиліття ХІХ ст. З розвитком промислового капіталізму в Європі, і зокрема в Росії, з`явилися і перші наукові праці: Д. Лачинова «Рассуждение об устроении и укреплении плотин» (1816), М. Герсеванова «Лекции о морских сооружениях» (1861), В. Карловича «Основания и фундаменты» (1869) та ін. В цих працях гірські породи вже звалися «грунтами». Але на цьому етапі такими питаннями займалися лише будівельники.

Другий етап передісторії ІГ пов`язаний із залученням геологів до вишукувань під будівництво (з середини ХІХ по 20-і роки ХХ ст.). Для будівництва залізниць, каналів та ін. Серед геологів, які консультували будівельників, було чимало відомих вчених: Сміт (Англія), Берклі (США), І.В. Мушкетов, В. О. Обручев, О. П. Павлов та ін. О. П. Павлов розробив класифікацію грунтів, побудовану на розгляді сил зчеплення в грунтах, від яких залежать такі їх властивості як стисливість і розмивність.

Початком формування ґрунтознавства слід вважати створення в Петрограді у 1923 р. Дорожньо-дослідницького бюро. Виникло дорожнє грунтознавство, яке з часом при використанні для інших видів будівництва втратило прикметник «дорожнє» і стало зватися більш широко — «грунтознавство». У 1930 р. була відкрита кафедра грунтознавства в Ленінградському університеті, а у 1938 р. — така ж у Московському. Велике значення для його розвитку (гунтознавства) мали праці П. А. Земятченського, М.М. Філатова, В.В. Охотіна, В. О. Приклонського, І.В. Попова, С. С. Морозова та ін.

У 1925 р. вийшла монографія Карла Терцагі «Будівельна механіка грунтів», яка поклала початок нової науки «Механіка грунтів». Це, як відомо, поєднання фізико-математичних, будівельних і геологічних наук.

Власне назва «інженерна геологія» з`явилася невідомо коли. За спогадами І.В.Попова, «вона носилася в повітрі і застосовувалася російськими геологами вже в 20-х роках». Вперше під назвою «інженерна геологія» у 1929 р. вийшла книга Редліха, Кампе і Терцагі німецькою мовою, але в ній обгрунтування назви і методологічних основ інженерної геології не було. На думку академіка Є.М. Сергєєва, інженерна геологія як наука сформувалася вперше в Радянському Союзі. Великий внесок в її становлення й подальший розвиток мали праці Ф. П. Саваренського, Г. М. Каменського, Н. Ф. Погребова, І.В. Попова, М. М. Маслова, М. П. Семенова, В. О. Приклонського та ін. вчених, що брали участь у вишукуваннях під будівництво гідроелектростанцій на Волзі, Дніпрі, по трасі каналу Волга-Москва та ін.

В 1929 р. була відкрита кафедра інженерної геології в Ленінградському гірничому інституті, а в у 1931 р. — у Московському геологорозвідувальному інституті.

У 1937 р. вийшли в світ книги: «Інженерна геологія» Ф. П. Саваренського та «Методика інженерно-геологічних досліджень для гідротехнічного будівництва» (М.П. Семенов, М.І. Біндерман, М.М. Гришин). В 1951 р. вийшов підручник «Інженерна геологія «І.В. Попова.

В ті ж роки за кордоном виникла «геотехніка», в якій на перше місце висувалися механіко-математичні методи аналізу геологічних та інженерно-геологічних явищ, що впливають на стійкість споруд, а загальноприйнятим дослідженням відводилася другорядна роль. Сьогодні не можна сказати, що розвиток інженерної геології завершився. Коло її завдань постійно розширюється.

Як і вся геологія, інженерна геологія використовує досягнення математики, механіки, фізики і хімії. Серед геологічних наук вона найтісніше пов`язана з гідрогеологією та геокріологією: структура і текстура мерзлих порід, їх властивості значно відрізняються від подібних властивостей порід, не охоплених мерзлотою; геологічні процеси в мерзлих породах протікають своєрідно. В інженерній геодинаміці природні води розглядаються як один із основних чинників, що зумовлюють розвиток геологічних процесів.

Сполучною ланкою між інженерною геодинамікою та грунтознавством виступає механіка грунтів, а між грунтознавством і регіональною інженерною геологією — регіональне грунтознавство (вивчає основні закономірності формування і просторового розташування гірських порід як грунтів).

Запитання для самоконтролю.

• 1. Дайте означення інженерної геології як науки.
• 2. З яких основних частин складається інженерна геологія?
• 3. Назвіть теоретичні і практичні завдання інженерної геології.
• 4. З якими науковими дисциплінами пов`язана інженерна геологія?
• 5. Вкажіть головні етапи становлення інженерної геології.