Основы инженерной геологии

ОСНОВЫ
ИНЖЕНЕРНОЙ
ГЕОЛОГИИ

УЧЕБНИК

для средних специальных учебных заведений

3-е издание, переработанное, дополненное и исправленное

Москва
ИНФРА-М
2014

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Н.А. ПЛАТОВ

Допущено Государственным комитетом Российской Федерации
по строительству и жилищно-коммунальному комплексу
в качестве учебника для студентов среднего профессионального
образования, обучающихся по специальности
2902  «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Платов Н.А.
Основы инженерной геологии: Учебник. — 3-е изд., перераб., доп. и иcпр. – М.: ИНФРА-М, 2014. – 192 с. — (Среднее профессиональное образование).
ISBN 978-5-16-004554-2
Изложены теоретические и практические основы инженерной геологии, геологическое строение и происхождение Земли, рассмотрены
минералы горных пород и сами горные породы магматического, осадочного и метаморфического происхождения.
Значительное внимание уделено геоморфологическим, геодинамическим, а также гидрогеологическим условиям территории строительства с выделением трех типов подземных вод: верховодки, грунтовых
вод и межпластовых. Дана динамика развития различных форм рельефа, обусловленных эндогенными и экзогенными процессами. Приведены зональные элементы инженерно-геологических условий любой
территории строительства.
ББК 26.3я73

Рецензенты:
доктор геолого-минералогических наук,
профессор кафедры инженерной геологии
и геоэкологии МГСУ А.Д. Потапов,

доктор геолого-минералогических наук,
главный геолог ПНИИИС Госстроя РФ В.П. Хоменко

УДК 624.131.1(07)
ББК 26.3я73
   П37

ISBN 978-5-16-004554-2
© Платов Н.А., 2003, 2007, 2011

П37

Корректор Л.С. Куликова
Компьютерная верстка А.В. Морозовой

Подписано в печать 25.10.2010.
Формат 60×90/16. Бумага типографская № 2. Гарнитура Newton.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 12,0. Уч.-изд. л. 12,67.
Тираж 1000 экз. Заказ № 
Цена свободная.
ТК 46640-3805.
Издательский Дом «ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в
Тел.: (495) 380-05-40, 380-05-43. Факс: (495) 363-92-12.
E-mail: books@infra-m.ru; http://www.infra-m.ru
Отдел «Книга – почтой»
(495) 363-42-60 (доб. 246, 247)

ÎÁ ÀÂÒÎÐÅ

Платов Николай Александрович – профессор, кандидат геолого-минералогических наук, окончил Московский государственный
университет (геологический факультет, кафедра инженерной геологии). В 1978 г. защитил кандидатскую диссертацию в Производственном и научно-исследовательском институте инженерных
изысканий в строительстве Госстроя СССР, где работал старшим
научным сотрудником.
В настоящее время преподает в Московском государственном
строительном университете (кафедра инженерной геологии и геоэкологии). Н.А. Платов постоянно участвует в международных совещаниях и симпозиумах с различной тематикой.
Автор более 135 научных и учебных трудов. Дипломант международного экологического форума  «Инвестиции в экологию –
шаг в будущее». Имеет заслуги в строительном образовании и науке. Н.А. Платов — почетный работник высшего профессионального образования РФ, победитель конкурсов научно-технических
статей журнала «Технологии XXI века».

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Инженерная геология — это наука геологического цикла, изучающая горные породы (грунты) как геологическую среду, строительный материал и основание инженерных сооружений; геологические
и инженерно-геологические процессы и явления, отрицательно влияющие на здания и сооружения, а также геологические особенности территории строительства с целью рационального использования
литосферы и разработки мероприятий ее сохранения.
Инженерная геология изучает природную геологическую обстановку территории строительства, а также изменения, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в горных породах (грунтах), в процессе строительства и при эксплуатации инженерного сооружения.
Комплексность и системность изучения геологической среды должны реализовываться в ходе инженерно-геологических изысканий
для обоснования разностадийного проектирования сооружений городов и городских агломераций, для разработки схем и проектов детальной планировки и застройки, для составления схем инженерной подготовки и инженерной защиты территорий, территориальных комплексных схем охраны окружающей среды городов и областей.
Каждое отдельное здание, сооружение, а особенно крупные промышленные, энергетические и комплексы городских сооружений
должны оптимальным образом вписываться в природную среду и
прежде всего увязываться с особенностями геологической среды,
являющейся их основанием или средой размещения (в случае подземных сооружений).
В рамках данной дисциплины определяется изучение геологической среды как наиболее чувствительной к строительному воздействию и одновременно с этим определяющей во многом строительные решения. Длительное время геологическая среда рассматривалась как весьма консервативная, весьма инертная и мало изменяющаяся в масштабе времени человеческой деятельности, однако сейчас антропогенная деятельность, в том числе и строительная,
соизмерима с главнейшими геологическими процессами на Земле.
Строительство сейчас — это не только природопреобразующий, но
скорее природоформирующий фактор. Инженерная геология уже утвердилась как экологическая наука о рациональном использовании
и охране геологической среды от вредных для человека и природы
процессов и явлений.
Целью дисциплины «Инженерная геология» является также приобретение студентами навыков по профессиональному восприятию
инженерно-геологической информации в нормативных документах
(СНиП, ГОСТ, СП, СН, ВСН и т.д.), в справочных руководствах,
в тестах по инженерно-геологическим изысканиям, которая является необходимой для каждого строителя, как проектировщика, так и
производителя работ, а также специалиста по эксплуатации возведенных сооружений.

Ã Ë À  À  1

 ÏÐÅÄÌÅÒ È ÇÀÄÀ×È

ÈÍÆÅÍÅÐÍÎÉ ÃÅÎËÎÃÈÈ

Инженерная геология возникла как наука геологического цикла, обеспечивающая запросы строительства. В известной степени
об этом говорит и само ее название — «инженерная». Известно,
что за французским словом «инженер» в русском языке первоначально укрепилось понятие ученого строителя.
Инженерную геологию следует определять как науку, изучающую условия инженерного освоения и преобразования геологической среды, — среды производства строительных работ и эксплуатации сооружений.
Она, как и любая наука, имеет предмет, свои задачи и методы
исследования. Инженерная геология разрабатывает широкий круг
научных геологических проблем и решает практические задачи,
возникающие при проектировании и строительстве всевозможных
сооружений (плотины, тоннели, мосты, дороги, промышленные и
гражданские здания, портовые и аэродромные сооружения и др.),
при проведении инженерных работ по улучшению территорий
(осушение, орошение, борьба с оползнями и другими геологическими явлениями), а также при выполнении горных работ для разработки месторождений полезных ископаемых.
Большую роль в  развитии инженерной геологии как науки
сыграли труды Ф.П. Саваренского, М.М. Филатова, В.В. Охотина, И.В. Попова, В.А. Приклонского, И.М. Горьковой, Е.М. Сергеева, Н.В. Коломенского, В.П. Ананьева, А.К. Ларионова и других [1, 2, 9].
Деятельность людей, связанная со строительными, горными,
мелиоративными и другими работами, приводит к перемещению
горных пород в объемах, сопоставимых с денудационной работой
рек. Гидротехническое и ирригационное строительство захватывает территории в десятки и даже сотни тысяч квадратных километров. Общая протяженность берегов водохранилищ, созданных человеком главным образом за последнее время, приближается к величине земного экватора. При добыче нефти для поддержания
пластового давления в продуктивных слоях требуется закачка воды

в глубины земли, которую по масштабам можно сравнить с расходами рек. Сооружаются подземные хранилища для нефти и газов емкостью в десятки миллионов кубических метров. При разработке рудных полезных ископаемых создаются котлованы площадью в несколько квадратных километров и глубиной в
несколько сот метров, из которых ежедневно откачиваются сотни тысяч кубометров воды, мешающей нормально эксплуатировать эти котлованы.
Инженерно-хозяйственная деятельность людей тесно между
собой связана, и в такой же тесной связи оказывается воздействие
человека на земную кору. Но удельный вес различных видов этого
воздействия изменяется во времени в зависимости от развития
производственных сил, науки и техники. В прошлом наиболее активное воздействие на земную кору человек оказывал через горнодобывающую промышленность. И сейчас роль горного дела в изменении земной коры остается большой. Но в наше время на первое место по интенсивности воздействия человека на земную кору
надо поставить строительство инженерных сооружений, которые
возводятся повсеместно и отличаются большим разнообразием
(промышленные, гражданские и гидротехнические сооружения,
дороги и аэродромы, линии электропередачи и трубопроводы, тоннели и другие сооружения) как по глубине своего залегания, так и
по характеру воздействия на земную кору.
Основной задачей инженерной геологии всегда был прогноз изменения природных условий в связи со строительством, т.е., по существу, преобразования природы под влиянием сооружений. Поэтому при строительстве больше, чем когда-либо, изменяется
поверхностная часть земной коры. Инженерной геологии легче,
чем любой другой геологической науке, взять на себя ответственность за разработку геологических основ преобразования природы.
Главное направление в развитии инженерной геологии — она
должна быть наукой о ноосфере. Это значит, что первоочередной
задачей инженерной геологии является изучение динамики земной
коры под влиянием инженерной деятельности человека.
Под влиянием инженерной деятельности человека изменяются
минеральный состав, структура и текстура горных пород, содержание в них различных категорий воды и газов и вследствие этого —
инженерно-геологические свойства пород. Эту группу вопросов
изучает один из основных разделов инженерной геологии — грунтоведение. Грунтоведение слишком давно существует в нашей
стране, оно принято также и в ряде других стран. Содержание
грунтоведения строго определено, и оно не только отвечает понятию «инженерная петрография», но и стало даже несколько шире
этого названия [4, 5].

В настоящее время имеются определенные достижения в инженерно-геологическом изучении геологических объектов. В рамках грунтоведения достигнуты значительные успехи в изучении физико-механических свойств горных пород и разработке методов преобразования (мелиорации) горных пород как грунтов. Основное
внимание в данной отрасли инженерной геологии обращалось на
изучение связных (глинистых) и песчаных грунтов как оснований
сооружений и материала для их постройки. При этом изучение
инженерно-геологических свойств твердых пород оставалось в тени,
что не могло не сказаться отрицательно на познании этих свойств.
Грунтоведению предписывается изучение любых по генезису,
возрасту и петрографическому составу горных пород и почв, использующихся в качестве оснований, естественных материалов и
среды возведения сооружений. Иными словами, грунтоведение в
силу необходимости перерастает в инженерную петрографию —
важнейшую отрасль инженерно-геологических зданий, исследующую инженерно-геологические свойства горных пород, их физическую природу и геолого-петрографическую обусловленность.
Сделаны первые шаги в инженерно-геологическом изучении
массивов горных пород. Необходимость данного направления инженерно-геологических исследований следует из того простого
факта, что в практике освоения и преобразования геологической
среды имеют дело с горными породами в массиве и массивами горных пород. Свойства последних, как правило, существенно отличны от свойств пород в образце. Горные породы как основные
объемные структурные элементы массивов пород в известной мере
теряют свои индивидуальные качества в массиве.
Различные изменения, происходящие в горных породах, могут
привести к возникновению экзогенных процессов, таких, как
оползни и обвалы, просадка и суффозия и т.п., которые называются инженерно-геологическими, если они вызваны деятельностью
человека.
Инженерно-геологические процессы являются объектом изучения второго основного раздела инженерной геологии — инженерной геодинамики.
Жизнь постоянно выдвигает перед инженерной геологией
множество практических задач, связанных с необходимостью давать достоверные количественные прогнозы развития различных
геодинамических процессов (оползней, селей, переработки берегов водохранилищ и морей, просадок и др.), приносящих ежегодно большой ущерб народному хозяйству. Вместе с тем мы не располагаем в настоящее время надежными расчетно-теоретическими методами прогноза развития большинства этих процессов.
Поэтому такой прогноз в настоящее время ведется, как правило,
умозрительно, на основе логического анализа имеющихся геоло

гических и гидрологических материалов, с помощью аналогий и на
основе анализа результатов наблюдений за развитием фактических
деформаций.
В области развития геодинамики как одной из важных составных частей инженерной геологии обнаруживается  еще больший
разрыв между практикой инженерно-геологического изучения
процессов и разработкой теоретических основ прогноза их развития. Если разработкой теории прогноза деформаций пород, являющихся основанием сооружений, занимаются систематически и
целеустремленно многие строители и механики, то развитием расчетно-теоретических методов прогноза геодинамических процессов занимаются лишь отдельные ученые [6, 7, 8].
Геологические и в том числе инженерно-геологические, процессы приводят к изменению «инженерно-геологических условий территории», т.е. объекта, который изучается третьим основным разделом
инженерной геологии — региональной инженерной геологией.
Инженерно-геологическая изученность территории России является необходимым условием правильного планирования размещения объектов и освоения новых площадей в связи с развитием
промышленного, сельскохозяйственного, дорожного и других
видов строительства. В этом отношении по сравнению с началом 1960-х гг. уже достигнуты известные успехи в связи с окончанием составления инженерно-геологической карты масштаба
1:2 500 000, характеристикой отдельных регионов по региональной
инженерной геологии И.В. Попова.
Теперь мы уже не имеем белых пятен и можем получить информацию об общих инженерно-геологических условиях любого
региона нашей страны. Но вместе с тем, опираясь на уже достигнутое, необходима и более детальная характеристика инженерногеологических условий территории России, которая в еще более
значительной степени будет способствовать экономии средств,
ежегодно вкладываемых из государственного бюджета в изыскательские работы инженерно-геологического направления, выполняемые многочисленными министерствами и ведомствами для
обоснования проектирования и строительства объектов народного хозяйства.
Необходимость инженерно-геологического изучения нашей
страны с целью обоснования регионального размещения объектов
народного хозяйства и правильного освоения новых территорий
дополняется также не только требованиями изучения инженерногеологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов
развития современных геологических процессов и явлений в целях
предотвращения стихийных бедствий.
Все три основных раздела инженерной геологии, возникшие в
процессе ее развития как результат дифференциации науки, имеют

один и тот же, уже названный нами объект изучения — динамику
земной коры под влиянием инженерной деятельности человека.
От движения ионов и молекул, происходящих в процессах гидратации и дегидратации, при адсорбции и десорбции ионов, при
возникновении и разрушении минералов и до перемещения, уничтожения и возникновения целых массивов горных пород, мы имеем единую форму движения материи, которая может быть названа
«геологической формой движения материи». Человек, став крупнейшей геологической силой, оказывает свое особое влияние на
это движение, в ряде случаев сознательно изменяя его в нужных
для него направлениях. В других случаях влияние человека на геологическую форму движения материи происходит стихийно и может привести к отрицательным или случайно к положительным результатам.
Если мы хотим познать влияние всей многообразной деятельности человека на геологические формы движения материи, то в первую очередь мы должны изучить объективно существующие формы
движения материи в природе независимо от самой деятельности человека. Только познав закономерности природных процессов на
различных уровнях, возможно сознательное регулирование этих
процессов человеком. В нашем случае это значит, что для познания
динамики земной коры под влиянием инженерной деятельности человека необходимо знать динамику земной коры, протекающую в
природе независимо от человека. Нельзя изучать инженерно-геологические свойства горных пород и разрабатывать искусственные
методы их улучшения, не познав их состав, структуру и текстуру.
Нельзя изучать инженерно-геологические процессы, не зная, под
влиянием каких факторов протекают природные экзогенные и эндогенные процессы. Нельзя изучать инженерно-геологические
условия данной территории без познания истории ее геологического развития и анализа современной физико-географической обстановки. Таким образом, инженерная геология, имея свой собственный объект исследования — влияние инженерной деятельности человека на геологическую обстановку, обязана изучить природные
закономерности в широком аспекте.
Инженерная геология решает сложные практические вопросы,
а это как раз и является доказательством того, что она имеет свои
теоретические основы, проверенные практикой, проверенные жизнью. Всей своей деятельностью инженерная геология завоевала себе
полноправное положение в ряду других геологических наук.
Инженерная геология развивается на основе единой философской концепции — на принципах анализа естественно-исторического и генетического формирования инженерно-геологических
условий территории, а также состава, состояния и свойств горных
пород, изменяющихся в ходе истории геологического развития
данного участка земной коры за все время его существования.

Ã Ë À  À  2

ÃÅÎËÎÃÈ×ÅÑÊÎÅ ÑÒÐÎÅÍÈÅ
È ÂÎÇÐÀÑÒ ÃÎÐÍÛÕ ÏÎÐÎÄ

2.1. ÏÐÎÈÑÕÎÆÄÅÍÈÅ È ÑÒÐÎÅÍÈÅ ÇÅÌËÈ

Наша Земля — одна из девяти планет солнечной системы
(Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон). Земля чуть больше Венеры и обладает большей массой, несколько бо´льшим периодом обращения вокруг Солнца, но зато намного более быстрым осевым вращением. Благодаря этому и существованию расплавленного ядра она имеет сильное магнитное
поле, защищающее органический мир на ее поверхности от мощного влияния космических лучей. Отличия Земли от других планет
земной группы и от Луны состоят в том, что ее кора сложена не
только базальтами, но в пределах континентов и гранитами, что на
ее поверхности присутствует большой объем жидкой воды, заполняющей океаны и моря (на Венере вода, вероятно, испарилась, а ее
пары ушли в космическое пространство; на Марсе вода застыла в
виде льда). На Земле активно проявляются магматические и тектонические (вулканизм, движения и деформации земной коры), а также различные экзогенные (деятельность ветра, рек и т.п.) процессы;
рано зародился и пышно расцвел органический мир.
Первоначально довольно единодушно принималось, что внутренние планеты, в том числе Земля, первично состояли из смеси
железосиликатного вещества, а затем произошло разделение на
железное ядро и силикатную оболочку — мантию. Намагниченность древних пород показывает, что расплавленное внешнее ядро
должно было существовать уже 3,5 млрд  лет назад. В последнее десятилетие у специалистов стала популярна другая точка зрения —
о том, что сначала аккумулировалось тугоплавкое, в основном железное, вещество, составившее ядра планет земной группы, а затем уже на него налипли более легкоплавкие силикатные частицы.
Представляется промежуточная концепция, выдвинутая Н.И. Хитаровым и О.В. Кусковым, об аккумуляции сначала внутреннего
ядра и выделении внешнего ядра уже в процессе дифференциации
мантии.