Инженерно-геологические условия - совокупность характеристик компонентов геологической среды исследуемой территории (рельефа, состава и состояния горных пород, условий их залегания и свойств, включая подземные воды, геологических и инженерно-геологических процессов и явлений) и факторов, ее изменяющих, важных для решения поставленных проблем строительства и эксплуатации сооружений и рационального использования территорий.

Геологические условия в данном случае называются инженерно-геологическими, потому что их изучают и оценивают в инженерном аспекте, так как прогноз изменений геологических условий производится в связи со строительством сооружений и проведением инженерных мероприятий.

Геологическая среда - верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную дискретную динамическую систему (горные породы, подземные воды, газы, физические поля - тепловые, гравитационные, электромагнитные и др.), в пределах которой осуществляется инженерно-хозяйственная (в т. ч. инженерно-строительная) деятельность. Геологическая среда состоит из системы геологических тел различных уровней, различного состава, тектонической нарушенности, выветренности, обводненности и т.п., которые разделяются на формации, субформации, стратиграфо-литологические комплексы, петрографические типы и монопородные элементы.

Инженерно-геологические условия можно подразделить на главные, всегда оцениваемые, и второстепенные, изучение которых, в зависимости от их роли в конкретном случае, может быть недетальным или вообще не проводиться.

К компонентам инженерно-геологических условий относятся:

горные породы и их свойства - комплексы, массивы, пачки, слои, линзы, ослабленные зоны и контакты; их генезис, состав, возраст, текстура, залегание, фациальная изменчивость; степень литификации и метаморфизма; физико-механические свойства (прочность, деформируемость, вязкость), размываемость, водопроницаемость и др.;

тектонические структуры - складчатые и разрывные, древние и новейшие, их развитие; характер и залегание тектонитов и заполнителя зон разломов;

трещиноватость пород массива, слоя и в образцах; генетические типы трещин, их распространение, интенсивность и инженерно-геологические характеристики; выветрелость, разуплотненность, выщелаченность, закарстованность и суффозионная пустотность, образованные ими зоны экзогенного разрушения, их характер, мощность и распространение;

естественное напряженное состояние массивов пород во взаимовлиянии с физико-механическими свойствами, с другими компонентами геологической среды и действующими факторами;

подземные воды как инженерно-геологический фактор; напорные и грунтовые, их распространение, режим и химизм, сезонное обводнение пород и территории;

геоморфологический облик территории - генезис, возраст, тип и формирование рельефа как отражение геологического строения, новейших движений и климато-гидрологических факторов и как признак инженерно-геологического районирования;

геологические процессы и явления, в совокупности характеризующие современную геологическую жизнь верхней части земной коры, имеющие важное значение для прогноза изменения инженерно-геологических условий и оценки территории.

Горные породы, участвующие в геологическом строении, предопределяющие рельеф территории, развитие геологических процессов, распространение подземных вод и месторождений полезных ископаемых, являются важнейшим объектом изучения. Они служат естественным основанием для различных сооружений, средой для них и строительным материалом. Физическо-механические и другие свойства, в первую очередь плотность, прочность, деформируемость, размываемость, растворимость и водопроницаемость, влияют на развитие геологических и инженерно-геологических процессов, на выбор места и конструкции сооружения, производство строительных работ и на характер защитных мероприятий.

В основе инженерно-геологической оценки пород находятся петрографические характеристики - генезис, состав, структура, фациальная изменчивость и др., изучаемые в натурных и лабораторных условиях. Основное внимание при этом уделяется тем особенностям строения и состава пород, которые определяют их механические свойства.

Породы с жесткими и полужесткими кристаллическими структурными связями, "полускальные" и "скальные", в зависимости от характера основных зерен, цементирующего вещества и его распределения и других петрографических особенностей обладают резко различными свойствами (песчаники, опоки и др.).

Структурные связи в глинистых породах формируются и изменяются в течение длительного времени процессами лито - и катогенеза, они обусловливают их плотность, прочность и деформируемость.

В морских осадочных слоистых породах важное значение для оценки механических свойств пачки или толщи имеют тонкие прослои менее прочных разностей - глин, алевритов или гипса, их количество и распределение по разрезу, характер контактов между слоями.

В континентальных четвертичных и плиоценовых отложениях слоистость, тонкие и частые прослои песков или линзы глин среди мощной аллювиальной толщи, переслаивание ленточного типа, распределение и количество обломочных включений определяют сопротивление размыву, их механические и фильтрационные свойства.

При инженерно-геологическом изучении пород необходимо применять системный подход, последовательную детализацию и завершать их классификацией, основанной на генетических, возрастных и литологических признаках, с учетом их поведения и состояния в натурных условиях.

Например, по характеру выветриваемости, размываемости и осыпанию; по предельной крутизне обнаженных устойчивых откосов определенной высоты и т.п.

Инженерно-геологические свойства горных пород зависят от особенностей их состава и строения и отражаются в классификациях. Инженерно-геологические классификации пород (грунтов) проводят с целью:

1) правильного выбора методики полевых и лабораторных исследований пород для инженерно-геологических целей;

2) выделения на инженерно-геологических картах и разрезах типичных разновидностей грунтов, имеющих сходные физико-технические свойства;

3) правильной инженерно-геологической оценки поведения горных пород во взаимодействии с проектируемым сооружением.

Классификации грунтов - подразделение грунтов на классы, группы и другие таксономические единицы, в каждой из которых будут горные породы, близкие по своим инженерно-геологическим свойствам. Различают общие, частные, региональные и отраслевые К. г., построенные, исходя из основного положения грунтоведения: свойства грунтов определяются их происхождением и процессами последующего преобразования.

Общая К. г. - основа для составления остальных классификаций, приведена в ГОСТ 25 100-95 и включает в себя следующие таксономические подразделения: класс (скальные, нескальные) - по характеру структурных связей; группа (магматические, осадочные, метаморфические, искусственные) - по происхождению (генетическое подразделение первого порядка); подгруппа - по условиям образования (генетическое, подразделение второго порядка); тип - по составу и степени неоднородности; вид - по структуре, текстуре, составу цемента; разновидность - по состоянию, свойствам, химсоставу.

Частные классификации подразделяют и детально расчленяют грунты на отдельные группы по одному или нескольким признакам. К таким классификациям относятся классификации осадочных, обломочных, песчано-глинистых грунтов по гранулометрическому составу, глинистых пород - по числу пластичности, лессовых пород - по степени просадочности и т.п. Эти классификации могут быть развитием или составной частью общих классификаций.

Региональные классификации рассматривают грунты определенной территории на основе их возраста и генезиса. Разделение групп грунтов проводят, базируясь на формационно-фациальном учении о горных породах.

Отраслевые классификации грунтов составляются применительно к запросам определенного вида строительства.

Классификационные характеристики грунтов - показатели состава и свойств, используемые для определения наименования грунта по ГОСТ 25 100-95 или по другим классификациям.

Грунт - горная порода, рассматриваемая как основание инженерных сооружений или материал для их возведения. Различают грунты:

1) скальные, имеющие высокую механическую прочность и являющиеся упругими твердыми телами;

2) полускальные, с пониженными по сравнению с первой группой механическими свойствами;

3) мягкие глинистые - с пластичными свойствами (связанные грунты);

4) рыхлые сыпучие (несвязанные грунты - песок);

5) слабые, легко деформирующиеся (ил, торф и др.).

При оценке свойств грунтов, входящих в расчеты оснований фундаментов, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики.

Характеристики физических свойств выражают физическое состояние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара); они оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

Прочность грунта оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности R, МПа, или временным сопротивлением сжатию.

На прочность грунтов влияют: минеральный состав, характер структурных связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости в воде и др. Для нескальных грунтов важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необходимо для расчета устойчивости оснований, т.е. несущей способности, а также для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т.д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига (трения) , град., и сцепления с, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторыми - сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

Деформационные свойства грунтов оцениваются модулем деформации Е, МПа и характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящими к разрушению. Деформируемость грунтов зависит от сопротивляемости и податливости структурных связей, пористости и способности деформироваться слагающих их минералов.

Для решения задач проектирования зданий и сооружений все физико-механические характеристики грунтовых оснований разделяют на две группы:

1) показатели физико-механических свойств, которые используются непосредственно в расчетах оснований и 2) вспомогательные показатели, с помощью которых осуществляют классификацию грунтов, прогнозируются механические характеристики первой группы, выделяются инженерно-геологические элементы в толще грунтов.

Реологические свойства грунтов. Свойства грунтов могут изменяться во времени в силу воздействия процессов выветривания и многолетних больших нагрузок. Все это приводит к "усталости" грунтов, их структура "расслабляется". В грунтах возникают деформации в виде ползучести и даже текучести. Этот процесс называют реологическим. В результате грунт разрушается, и здание деформируется.

Рельеф оказывает большое влияние на размещение, характер и устойчивость сооружений, трассирование дорог, прокладку оросительных и судоходных каналов, строительство плотин, гидростанций и т.п. Он имеет серьезное значение для перераспределения тепла и влаги, поверхностных и грунтовых вод, отложений рыхлых наносов, для передвижения воздушных масс; играет значительную геологическую роль, например, в проявлении выветривания, плоскостного смыва, эрозии и т.д. Чтобы правильно оценить влияние рельефа на строительные объекты, необходимо знать геоморфологию. Инженерно-геологическая специфика изучения состоит в наиболее детальном его расчленении на элементы по признакам: генетическому, возрастному, морфометрическому и современного состояния. Каждый геоморфологический элемент (водораздельные поверхности, террасы, склоны, речные долины, низменности, впадины и др.) или их части характеризуются различиями в геологическом строении, обводненности, морфометрии и другими особенностями и поэтому могут рассматриваться как признак для общего или специализированного инженерно-геологического районирования.

Подземные воды в значительной мере определяют развитие геологических процессов - третьего главного компонента геологической среды.

В инженерной геологии подземные воды в большинстве случаев усложняют условия строительства и эксплуатации сооружений и использование территории. В задачу инженерно-геологических исследований входит обоснование защитных мероприятий и борьбы с отрицательным воздействием подземных вод на устойчивость сооружений и на возникновение неблагоприятных, нередко опасных геологических процессов.

Подземные воды, являясь компонентом геологической среды, одновременно оказывают существенное силовое воздействие; не менее важно их влияние как химического и физического фактора, изменяющего состояние горных пород. При обводнении массива пород изменяется среда, снижается их прочность и возрастает деформируемость, увеличивается скорость прохождения сейсмических волн и вес массива, возможно возникновение гидродинамического и гидростатического давления, т.е. подземные воды, выступают уже как силовой фактор.

В инженерной геологии подземные воды изучаются и оцениваются:

по влиянию степени и режима (сезонного и многолетнего) обводнения массивов пород на их состояние, мехсвойства и размываемость;

по влиянию на развитие карстовых, просадочных, оползневых, суффозионных и др. процессов;

по гидромеханическому воздействию на породы, проявляющемуся:

1) во взвешивающем давлении напорных вод на перекрывающую менее водопроницаемую пачку пород;

2) в виде гидродинамического давления, возникающего при быстрых и значительных снижениях уровней рек после паводков, на водохранилищах, при откачках вод из котлованов, карьеров, шахт и подземных выемок, в результате интенсивного искусственного обводнения;

3) в виде гидростатического давления, например в случае фильтрационной анизотропии массива пород, когда водопроницаемость в вертикальном направлении по крупным трещинам, разломам или карстовым каналам (сезонно обводняемых) превышает в горизонтальном и не обеспечивается быстрый отток и дренирование инфильтрационных вод;

агрессивность по отношению к различным породам, бетонным сооружениям и металлическим конструкциям;

- водный баланс массивов пород, в которых происходят карстовые, оползневые, просадочные и суффозионные процессы, необходим для прогноза их интенсивности во времени и обоснования эффективности дренажных и других защитных мероприятий;

динамика и режим подземных вод в естественных и в измененных техногенными факторами условиях.

Схематизация и типизация геологических условий