Введение
Курс инженерная геология, гидрогеология и геокриология читается на первом курсе магистратуры для магистров по направлению 511100 «Экология и природопользование», проблемное поле направления подготовки 511101 «Геоэкология» в объеме 72 часа (36 часов лекций и 36 часов практических занятий) и включает курсовую работу. Базовой основой курса служат дисциплины: геоэкология, гидрология, география, климатология.
Содержание курса
Введение. Предмет, содержание история становления и задачи, решаемые в инженерной геологии, гидрогеологии и экологической геологии.
Инженерно-геологическая характеристика массивов горных пород Понятие о массиве горных пород. Факторы, влияющие на поведение массива.
Инженерно-геологическая классификация грунтов. Инженерно-геологические особенности и формирование свойств различных горных пород: скальных (магматических, метаморфических, осадочных сцементированных); дисперсных (несвязных и связных грунтов, почв и торфов). Искусственные грунты их виды и свойства. Процессы новообразования минералов – индикатор техногенного воздействия.
Инженерная геодинамика. Изучение геологических процессов в инженерной геологии. Классификация процессов.
Инженерно-геологические исследования. Задачи исследований. Виды работ и их особенности. Полевые и лабораторные исследования. Мониторинг в инженерной геологии. Инженерно-геологические карты и разрезы.
Роль инженерной геологии в геоэкологии.
Экологическая геология. Предмет, содержание, задачи, связь с другими науками. Экологические функции литосферы. Литотехнические системы. Методы эколого-геологических исследований.
Роль и место экологической геологии в геоэкологии.
Криолитозона. Механизм и причины возникновения криолитозон. Криогенные и посткриогенные геологические процессы и явления. Основные характеристики многолетнемерзлых пород.
Водные свойства горных пород – Водопроницаемость, влагоемкость, водоотдача и др.
Подземные воды, их классификация. Физические свойства и химический состав подземных вод. Основные процессы формирования подземных вод. Нормы оценки качества воды для питья и технических целей. Гидрогеохимические методы поисков и изучения природных и техногенных аномалий.
Грунтовые воды и верховодка. Основные типы, зональность грунтовых вод. Режим грунтовых вод. Карты гидроизогипс.
Артезианские воды, их характеристика. Основные артезианские бассейны России.
Подземные воды в трещиноватых и закарстованных породах.
Подземные воды зоны развития многолетнемерзлых пород (криолитозоны).
Естественные выходы подземных вод.
Подземные минеральные воды и воды нефтяных и газовых месторождений. Лечебные минеральные воды. Промышленные воды. Термальные воды.
Основные законы движения подземных вод. Виды передвижения воды в породах. Коэффициент фильтрации и методы его определения. Движение подземных вод к водозаборным сооружениям, взаимодействие водозаборов. Методы моделирования при гидрогеологических расчетах.
Гидрогеологические исследования, задачи и виды исследований. Гидрогеологическая съемка. Поиски и разведка подземных вод для водоснабжения, подсчет запасов. Гидрогеологические исследования и наблюдения в скважинах и горных выработках. Уменьшение запасов подземных вод и их загрязнение. Гидрогеологический мониторинг и охрана подземных вод. Роль гидрогеологии в геоэкологии.
Общие положения геокриологии. Мерзлые горные породы как основания инженерных сооружений
Теплопередача и температурное поле в горных породах. Промерзание и протаивание мерзлых пород. Методы решения задач о промерзании и протаивании пород.
Формирование сезонного промерзания и протаивания пород. Типы сезонного промерзания и протаивания. Влияние природных факторов и условий на формирование температурного режима и глубину сезонного промерзания и протаивания пород. Динамика процессов сезонного промерзания и протаивания горных пород.
Закономерности формирования и развития многолетнемерзлых пород. Термодинамические условия развития мерзлых толщ. Влияние граничных условий на формирование мощности и температурного режима мерзлых толщ. Зависимость мощности и температурного режима многолетнемерзлых пород от геологических факторов и процессов.
Криогенные процессы и явления. Проявление процессов морозного пучения дисперсных пород. Морозобойное растрескивание, полигональные поверхностные и подземные образования. Термокарст. Склоновые процессы и явления.
Подземные воды в криолитозоне. Мерзлые толщи как криогенные водоупоры, типизация подземных вод в криолитозоне. Особенности питания, стока и разгрузки подземных вод в криолитозоне. Взаимодействие подземных вод и мерзлых толщ.
Геокриологический прогноз и принципы управления мерзлотным процессом при хозяйственном освоении территории. Цель и задачи прогноза.
Объем курса 72 часа (36 лекций, 36 – лабораторных работ). Курс заканчивается оценкой по курсовой работе, зачетом по практическим занятиям и экзаменом по теоретической части.
Краткий конспект лекций
Инженерная геология, гидрогеология, геокриология – общее содержание, цели и задачи научных дисциплин. Соотношение инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии с экологической геологией. Методологический подход при изучении инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических условий территорий.
1. Инженерная геология. Соотношение СНиП 11-02-96 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» и СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания». Инженерно-геологические условия территорий.
Понятие грунт. Состав грунтов. Характер структурных связей. Свойства грунтов. Общая классификация грунтов.
Характеристика основных типов грунтов. Состав и свойства.
Скальные грунты - породы с жесткими структурными связями. Интрузивные, эффузивные, метаморфические и осадочные сцементированные разности. Примеры.
Полускальные грунты - породы с жесткими структурными связями. Осадочные, химические и биохимические породы. Примеры.
Таблица 1. 7
Показатели физико-механических свойств метаморфических пород терригенной формации юры (Кавказ)
Таблица 1. 8
Основные показатели физико-механических свойств флишевой формации (осадочные сцементированные)
Таблица 1. 9
Показатели физико-механических свойств осадочных химических пород
Таблица 1. 10
Общая систематика и инженерно-геологические особенности кремнистых пород
Инженерно-геологическая характеристика пород без жестких связей.
Глинистые грунты. Общие закономерности состава и свойств. Элювиальные, делювиальные, аллювиальные глины, моренные образования, ленточные глины, современные озерные накопления, морские отложения.
Лессы и лессовидные грунты. Условия формирования и генезис просадочности.
Несвязные грунты. Крупнообломочные и песчаные разности.
Понятие инженерно- геологической формации. Платформенные, геосинклинальные и орогенные формации. Литогенетические формации и фации и комплексы (таблица 1.11). Примеры.
Таблица 1. 11
Основные типы литологических формаций и комплексов
Массивы горных пород. Инженерно-геологический массив. Факторы, определяющие поведение массива. Вещественный состав. Трещиноватость. Обводненность. Напряженное состояние массива. Классификация массивов. Массивы литолого-структурные и массивы дизъюнктивов. Примеры (таблицы 1.12,1.13).
Геодинамические и инженерно-геологические процессы. Классификация процессов (таблица 1.14). Характеристика процессов. Эндогенные процессы. Эпейрогенические движения земной коры. Вулканизм. Сейсмические явления. Микросейсмическое районирование (таблицы 1.15, 116). Эндогенные процессы, вызванные деятельностью человека.
Экзогенные процессы климатического характера: выветривание, криогенные и посткриогенные процессы. Процессы водного характера: растворение, размывание, заболачивание. Гравитационные процессы.
Таблица 1. 16
Приращение сейсмической бальности грунтов
Экзогенные процессы климатического характера: выветривание, криогенные и посткриогенные процессы. Процессы водного характера: растворение, размывание, заболачивание. Гравитационные процессы.
Инженерно-геологическое районирование территорий – основа инженерно-геологического картографирования. Инженерно-геологические регионы, области, районы, подрайоны, участки. Признаки выделения таксонов. Инженерно-геологический элемент.
Инженерно-геологические условия. Рельеф, породы, воды и процессы – основные составляющие инженерно-геологических условий Классификация инженерно-геологических условий по степени сложности (таблица 1.17).
Инженерно-геологические карты и легенды к ним. Примеры.
Стадийность инженерно-геологических изысканий. Стадия инвестиций. Стадия проекта. Стадия рабочих чертежей. Масштабы и содержание работ на каждой стадии.
2. Гидрогеология. Происхождение и классификация подземных вод. Инфильтрационные воды – формируются за счет процесса просачивания атмосферных или поверхностных вод через поры и узкие трещины. Конденсационные воды – процесс образования воды связан с изменением упругости водяных паров атмосферного и почвенного воздуха. Седиментационные воды – погребенные воды, образовавшиеся в процессе литогенеза. Ювенильные воды – воды, образующиеся из магмы при остывании за счет взаимодействия водорода и кислорода. Кристаллизационная и гидратационная вода входит в кристаллическую решетку минералов (таблица 2.1)
Таблица 2.1
Содержание воды в составе некоторых минералов
Классификация подземных вод (таблица 2.2). Воды зоны аэрации, грунтовые воды, артезианские воды – признак деления: характер напора. По условиям залегания: воды поверхностных поровых отложений, пластовые воды, карстовые воды, воды тектонических трещин и трещин выветривания, воды в мерзлых породах. Классификации по температуре, общей минерализации, величине рН, степени жесткости приведены в разделе «Практические занятия».