Специальная инженерная геология

СПЕЦИАЛЬНАЯ 
ИНЖЕНЕРНАЯ 
ГЕОЛОГИЯ

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНИК

В.П. АНАНЬЕВ
А.Д. ПОТАПОВ
Н.А. ФИЛЬКИН

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением
вузов РФ в области строительства
в качестве учебника для студентов,
обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство»

Подписано в печать 25.05.2021.
Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 16,44. ППТ40. 

TK 318200-1683005-251114

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

УДК 624.1(075.8)
ББК 38.58я73
 
А64

© Ананьев В.П., Потапов А.Д., Филькин Н.А., 2015

Рецензенты: 
кафедра «Инженерная геология и геотехника» МАДИ (ГТУ) (зав. 
кафедрой проф., д-р техн. наук Э.М. Добров); 
Ю.А. Мальцев – д-р воен. наук, проф., засл. работник высшей школы (Военно-технический университет при Спецстрое РФ)

УДК 624.1(075.8) 
ББК 38.58я73

Ананьев В.П.
Специальная инженерная геология : учебник / В.П. Ананьев, 
А.Д. Потапов, Н.А. Филькин. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 
263 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

В учебнике приведены наиболее важные характеристики грунтов, особенности влияния геологических процессов на принятие проектных решений 
по возведению линейных сооружений, технологиям их возведения в различных 
геологических условиях, предотвращению воздействия негативных процессов 
на эксплуатацию дорог и аэродромов. Рассмотрены принципы организации 
и проведения инженерно-геологических изысканий для дорожного строительства, описаны методы изыскания для различных стадий жизненного цикла проектов дорог и аэродромов. Учебник дает необходимую основу для последующего освоения специальных дорожных дисциплин и работы на производстве.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство». Рекомендован также для использования инженерами-дорожниками 
в практической работе.

А64

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ISBN 978-5-16-010407-2 (print)
ISBN 978-5-16-102382-2 (online)

ISBN 978-5-16-010407-2 (print)
ISBN 978-5-16-102382-2 (online)

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник «Специальная инженерная геология» предназначен для 
студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 270100 «Строительство» по специальностям 
270102 «Промышленное и гражданское строительство» и 272020 
«Транспортное строительство» и специализирующихся на проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, городских путей сообщений и аэродромов. Это означает, что по своему содержанию учебник отвечает изложению проблематики инженерной 
геологии в дорожном строительстве.
В настоящее время прослеживается явная тенденция к нарастанию урбанизации, росту числа населенных пунктов, промышленных 
зон, которые неизбежно должны быть связаны современной транспортной сетью в виде высококачественных автомобильных дорог с 
различными транспортными сооружениями: виадуками, мостами, 
«развязками» и т. д. Собственно и внутри городов транспортные магистрали, улицы, переулки претерпевают значительную реконструкцию. Все это происходит либо на новых протяженных трассах между 
населенными пунктами с меняющейся геологической, гидрогеологической и геоэкологической обстановкой, либо в сложных стесненных 
городских условиях, в техногенно-загрязненных грунтах и т. д. Это в 
целом относится и к аэродромному строительству. В связи с этим специалисты, осуществляющие проектирование, строительство и реконструкцию дорог и аэродромов, должны иметь определенные знания в области инженерной геологии, гидрогеологии, геоэкологии.
Курс инженерной геологии относится к общепрофессиональным 
дисциплинам и предшествует изучению основных специальных «дорожных» дисциплин, что позволяет студентам в дальнейшем целенаправленно их осваивать, способствуя их специализации в области 
строительства автомобильных дорог и аэродромов.
Учебник знакомит студентов с общими положениями геологической науки, со строением Земли и прежде всего наружной оболочки 
планеты (земной коры); дает необходимый материал по общей геологии, подземным водам, геодинамическим процессам на земной по
3

верхности, инженерно-геологическим изысканиям и охране природной среды при строительстве и эксплуатации автодорог и аэродромов. Этот материал вооружает студентов знаниями для получения 
квалификации, необходимой для последующей работы на производстве — при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог и аэродромов.
Особую остроту проблеме качественного строительства автомобильных дорог, аэродромов, транспортных сооружений при нарастающей урбанизации, росте численности населения, увеличивающейся интенсивности эксплуатации транспортных сооружений придает ситуация развивающегося глобального экологического кризиса. 
Значительную и весомую роль в негативных процессах, протекающих 
в биотических и абиотических компонентах экосистем, играют воздействия транспортной сети. Наиболее негативно и непосредственно 
последствия этих воздействий отражаются на геоэкологической составляющей, т. е. на биотопе, хотя опосредованно и биота переживает 
стрессовое состояние, зачастую деградирует и разрушается. Это определяет особое внимание, которое уделено в учебнике геоэкологическим проблемам.
Учебник также может быть использован студентами средних 
учебных заведений, которые обучаются по специальностям в области 
дорожного строительства, а также представляет определенный интерес для инженеров-дорожников.
Авторы учебника профессора В.П. Ананьев (РГСУ), А.Д. Потапов 
(МГСУ), Н.А. Филькин (МИКХиС) глубоко признательны рецензентам д-ру геол-минерал. наук проф. Э.М. Доброву и д-ру воен. наук, 
проф. Ю.А. Мальцеву за труд по критическому рассмотрению учебника и ценные замечания и предложения по содержанию, позволившие существенно его улучшить.
Авторы приносят благодарность проф. кафедры экологии ГСХ 
МГСУ д-ру техн. наук Е.В. Щербине за любезно предоставленные материалы и старшему преподавателю кафедры инженерной геологии и 
геоэкологии МГСУ Т.Г. Богомоловой за труд по подготовке таблиц и 
рисунков учебника.
Авторы благодарят сотрудников МГСУ инж. М.Г. Логачеву и 
И.О. Богомолову за труд по подготовке рукописи к изданию.

ВВЕДЕНИЕ

Геология на современном этапе развития естественных наук 
представляет собой широчайшее научное направление, объединяющее систему наук о строении, составе и истории развития планеты 
Земля и, в частности, ее коры.
Самостоятельной наукой геология стала в конце XVIII — начале 
XIX в. В России у истоков геологии стоял М.В. Ломоносов, а за рубежом — Д. Геттон и Ч. Ляйель.
Комплекс наук современной геологии состоит из многих разнообразных дисциплин, в частности, в России в развитие таких геологических наук, как минералогия и петрография, свой вклад внесли 
В.М. Севергин, А.Н. Заварицкий, А.Е. Ферсман. Создание исторической и динамической геологии связано с трудами В.А. Обручева, 
И.В. Мушкетова, А.П. Павлова, А.Д. Архангельского, Н.М. Страхова.
В конце XIX — первой половине XX в. формируются новые отрасли геологии, такие как гидрогеология и инженерная геология. Это 
связано с ростом строительного производства, освоением новых территорий и увеличением добычи полезных ископаемых из земной 
коры. В России эти новые отрасли возглавили Ф.П. Саваренский, 
М.М. Филатов, В.В. Охотин, И.В. Попов, а за рубежом — К. Терцаги.
К XXI в. геология как естественная наука заняла ведущее положение в жизни человечества и на сегодня в своем составе имеет более 
30 научных дисциплин — стратиграфию, тектонику, минералогию, 
петрографию, литологию, сейсмологию, палеонтологию, геокриологию, геофизику, гидрогеологию, инженерную геологию и т. д.
Инженерная геология как научная дисциплина особенно активно 
начала развиваться в России с 20—30-х гг. прошлого века. Это было 
обусловлено высокими темпами развития наземного, подземного, 
гидротехнического, мелиоративного и других видов хозяйственной 
деятельности, в том числе в связи со строительством линейных сооружений (железных и автомобильных дорог). В это время в развитие инженерной геологии внесли свой вклад российские ученые И.В. Попов, В.А. Приклонский, Н.В. Коломенский и др.

5

Во второй половине XX в. инженерная геология получила большое развитие. Ее научная значимость возросла в результате работы 
академика Е.М. Сергеева, который в Советском Союзе при Академии 
наук создал Национальную ассоциацию инженеров-геологов. Она 
вошла в организованную в это же время Международную ассоциацию 
инженеров-геологов. В стране широкое развитие получили государственные и ведомственные инженерно-геологические изыскательские организации, хорошо укомплектованные кадрами инженеров-геологов и обеспеченные необходимой нормативной литературой.
Инженерная геология изучает верхние горизонты земной коры в 
связи с многогранной строительной деятельностью человека, тесно 
взаимодействует с фундаментальными и прикладными науками, такими как физика, химия, математика, механика и другие, в частности, с активно развивающейся геоэкологией — наукой о биотопе — 
об абиотических факторах среды.
Развитие инженерной геологии и геоэкологии осуществляется 
коэволюционно, они взаимно дополняют друг друга, но одновременно происходит постепенное разделение предметов изучения. Инженерная геология все большее внимание уделяет свойствам грунтов и 
их изменениям со временем, а также поведению при использовании в 
качестве основания, среды и материала при возведении сооружений; 
особое внимание уделяется изучению поведения сооружений при 
проявлении опасных природных геологических процессов и явлений. Россия в отличие от многих стран мира обладает колоссальным 
разнообразием геологических условий, что в целом определяет необходимость изучения региональных геологических условий для целей 
строительства.
В XX в. в инженерной геологии сформировались три основных 
научных направления: 1) грунтоведение — учение о грунтах; 2) инженерная геодинамика — учение о геологических процессах; 3) региональная инженерная геология, изучающая инженерно-геологические условия различных территорий. К этим направлениям на сегодня следует добавить еще одно — геоэкологию, теоретической основой которой является экология — наука об отношениях живых 
организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. 
Роль дисциплины «Геоэкология» в последние десятилетия стремительно возрастает как в жизни общества, так в образовательном процессе. Это новое направление в России возглавил академик Российской академии наук В.И. Осипов, который руководит академическим 
Институтом геоэкологии. Этот институт в России является, по суще
6

ству, инженерно-геологическим и геоэкологическим научным центром.
Главная цель инженерной геологии — изучение природной геологической обстановки местности, где намечается какое-либо строительство, а также прогноз тех изменений, которые могут произойти в 
геологической (природной) среде в процессе строительства и эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно сооружение (здание) не может быть спроектировано, построено и надежно 
эксплуатироваться без достоверных инженерно-геологических материалов по территории строительства.
В вузах, где осуществляется подготовка специалистов по дорожному строительству, студенты изучают дисциплину «Инженерная 
геология». Перед ними стоят четыре конкретные задачи:
1) освоить основные положения инженерной геологии;
2) научиться понимать и использовать инженерно-геологические 
документы (инженерно-геологический отчет, СНиПы, ТСН, ГОСТы, руководства, указания и т. д.);
3) уметь самостоятельно или при участии инженера-геолога решать инженерно-геологические задачи при проектировании, строительстве и эксплуатации дорожных сооружений;
4) знать законы и требования по охране природной среды и уметь 
использовать их в своей работе.
Значение инженерной геологии при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, аэродромов и городских 
транспортных магистралей в последующие годы будет существенно 
возрастать. Это обусловлено тем, что в экономически развитых районах России имеется необходимость в сооружении более высококлассных дорог, а на сибирских просторах автомобильных дорог еще 
очень мало и сооружение автодорог в зоне многолетней («вечной») 
мерзлоты представляет собой большие технические трудности, требует усилий и существенных материальных затрат.
В учебнике приведены сведения из ряда геологических дисциплин, которые имеют прямое либо косвенное отношение к проектированию и строительству автодорог и аэродромов и без которых трудно 
понять и освоить основные положения инженерной геологии, являющейся одной из важнейших прикладных составляющих геологии.

Р А З Д Е Л  I

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ

Г л а в а  1

ЗЕМНАЯ КОРА -  ГЕОСФЕРА ЗЕМНОГО ШАРА

1.1. Общие сведения

Земля — это космическое тело в составе Солнечной системы, в 
которую входят планеты, спутники планет, астероиды и кометы.
Планет в Солнечной системе девять. К планетам земного типа относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс, к внешним планетам — 
Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Расстояние от Земли до 
Солнца составляет примерно 150 млн км. Планеты земного типа относительно плотные, но обладают сравнительно небольшими размерами и массой. Меркурий лишен атмосферы, на остальных планетах 
этого типа она имеется, причем на Марсе атмосфера близка земной. 
Внешние планеты имеют большие размеры и массу, но отличаются 
сравнительно небольшой плотностью. Атмосфера этих планет состоит главным образом из метана и аммиака.
Главные особенности Земли как планеты заключаются в наличии 
жизни, обилии воды (более 71 % поверхности), небольших размерах 
(радиус всего 6370—6380 км), большой плотности (5,5 г/см3), большом возрасте (4600 млн — 200 млн лет).
О происхождении Земли. Этот вопрос является важным в естествознании. Земля образовалась около 4 млрд 600 млн лет назад. Во всяком случае, так думают ученые. Было немало споров (да и сейчас они 
продолжаются) по поводу того, как это произошло. Большинство 
ученых сегодня склонны думать, что Земля образовалась из пыли, 
точнее — из газопылевого облака. Это облако за счет близкой вспышки сверхновой звезды приобрело достаточную плотность и продолжало сжиматься под действием сил гравитации. В результате появилось тело, состоящее из газов и взвеси твердых частиц, в нем началось перераспределение вещества, легкие элементы — водород, ге8

лий — ушли на периферию тела, а тяжелые, например железо, — 
внутрь.
В середине XX в. российский академик О.Ю. Шмидт выдвинул 
гипотезу происхождения планет Солнечной системы, в том числе и 
Земли, согласно которой Солнце на своем пути пересекло и захватило 
одно из пылевых скоплений Галактики, поэтому планеты образовались не из раскаленных газов, а из пылевидных частиц, вращающихся 
вокруг Солнца. В этом скоплении со временем возникли уплотненные сгустки материи, давшие начало планетам.
Заслуживает внимания гипотеза В.Г. Фесенкова, который считает, что в недрах звезд, в том числе и Солнца, протекают ядерные процессы. В один из периодов времени это привело к быстрому сжатию и 
увеличению скорости вращения Солнца. При этом образовался 
длинный выступ, который потом оторвался и распался на отдельные 
планеты.
Гипотез о происхождении Земли, как и всей Солнечной системы, 
существует достаточно много. Все эти гипотезы детально рассмотрены в книге профессора Ростовского государственного университета 
И.И. Потапова «Геология и экология сегодня» (1999 г.).
В заключение следует отметить, что на сегодня обоснованной теории происхождения Земли нет, отдельные гипотезы рассматривают 
только часть вопросов этой сложнейшей проблемы современного естествознания. Решение этой проблемы — в будущем.
Установлено, что масса Земли равна 5,98 • 1027г, объем 1,083 • 1027см3. 
Средний радиус равен 6371 км, средняя плотность 5,52 г/см3, среднее 
ускорение свободного падения 981 Гал.
Форма Земли близка к трехосному эллипсоиду вращения с полярным сжатием, у современной Земли полярный радиус равен 6356,78, а 
экваториальный — 6378,16 км. Длина земного меридиана составляет 
40008,548 км, длина экватора 40075,704 км. «Сплюснутость» Земли 
обусловлена ее вращением. Иногда форму нашей планеты именуют 
сфероидом, но для Земли чаще используют термин «геоид».
Строение земного шара. Бблыпая часть знаний о том, что же находится в недрах Земли, этого огромного шара, в целом, пока не выходит из области научных предположений.
Внутреннее строение изучают путем: 1) прямых непосредственных наблюдений и 2) геофизических методов. К числу прямых наблюдений относят изучение глубин Земли с помощью буровых скважин, шахт, тоннелей. Глубина скважин редко превышает 5 км. Исключение составляют только несколько сверхглубоких скважин, но и 
их глубина пока не достигла 15 км, что объясняется пределом современных технических возможностей. Такая глубина позволяет судить

9

только о геологии земной коры, но не всей Земли. В России такую 
сверхглубокую скважину (12,262 км) пробурили на Кольском полуострове, в США это сделали через дно океана, но на значительно 
меньшую глубину, в Германии глубина такой скважины превысила 
9 км.
Сверхглубокие буровые скважины открыли много нового в строе- 
йии и составе земной коры. Так, например, Кольская скважина на 
глубине 1600—1800 м вскрыла рудное тело с промышленным содержанием меди и никеля, в то время как раньше полагали, что никель 
глубже 700 м встречаться не должен. Пока вполне очевидно, что по 
результатам проведения малого числа сверхглубоких выработок сделать окончательные выводы о строении земных недр нельзя.
Определенные сведения о том, что находится внутри Земли, получают, изучая лаву, которая извергается из вулканов, но и в этом случае 
сведения ограничены, так как очаги вулканов не превышают глубину 
100 км.
Геофизические методы познания глубин Земли также являются 
косвенными, но они все же приносят определенные сведения о том, 
что происходит внутри Земли. Наиболее интересные результаты дает 
раздел геофизики, который посвящен волнам — это сейсмология. 
Важнейшим научным открытием начала XX в. стал основанный на 
данных сейсмологии вывод о наличии в Земле концентрических оболочек различной плотности — земной коры, мантии и ядра. Такие 
оболочки получили название геосфер. Это внутренние геосферы, а к 
внешним относятся гидросфера, атмосфера и биосфера, которая занимает гидросферу и пограничный слой земли с атмосферой. Геосферы показаны на рис. 1.
Фазовое состояние геосфер различно: атмосфера — газ, гидросфера — жидкость, земная кора — твердое вещество, верхняя мантия 
сложена веществом с относительно малой вязкостью. Вообще же 
мантия состоит из аморфного вещества, в той или иной степени насыщенного газами и достаточно подвижного. Ядро, по всей видимости, состоит из двух частей: внешнее, возможно,— жидкое, внутреннее — твердое. Предполагают, что ядро железоникелевое. Имеется 
мнение, что оно находится не в кристаллическом, а в аморфном состоянии и похоже на загустевший мед или стекло.
Внешние геосферы. Атмосфера располагается до высоты 1300 км 
от поверхности Земли, но уже выше 100 км ее следы ничтожны. Главными составляющими атмосферы являются азот, кислород, диоксид 
углерода и пары воды; другие газы присутствуют постоянно, но в малых количествах, хотя некоторые из них имеют большое значение для 
биосферы. Озон концентрируется на высоте 10—15 км и образует

10