Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ЧитГУ)
Д.М. Шестернев
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОКРИОЛОГИЯ
Учебное пособие для магистрантов и бакалавров вузов,
обучающихся по специальности 130302.65 - «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания»
по направлению 130 000
Чита 2010
УДК [531.340: 624.139]
ББК [26.3] Я 7
ISBN______________
Ш
Шестернев Д.М. Инженерная геокриология: учебное пособие / Д.М. Шестернев – Чита: ЧитГУ, 2010 – 160 с.
В учебном пособии рассмотрены объект, предмет и история развития науки. Даны научно-методические основы инженерно-геокриологических исследований, оценки и прогноза теплового и механического взаимодействия оснований и сооружений. Рассмотрены теоретические и практические основы обеспечения эффективности проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений в криолитозоне.
Учебное пособие предназначено для магистрантов и бакалавров вузов, обучающихся по специальности 130302.65 - «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» по направлению 130 000 «Геология и разведка полезных ископаемых»
Рецензенты:
1) Р.В. Чжан, д-р техн. наук, заведующий лабораторией инженерной геокриологии, директор ИМЗ им. П.И. Мельникова СО РАН;
2) В.П. Мязин, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки России, заведующий кафедрой обогащения полезных ископаемых и вторичного сырья, геологического ин-та ЧитГУ.
Утверждено и рекомендовано к изданию решение редакционно-издательского совета ЧитГУ.
Ответственный за выпуск С.В. Смолич, канд. техн. наук, доцент, декан геологического ф-та, горного института ЧитГУ.
ISBN
© Читинский государственный университет, 2010
Шестернев Д.М. 2010
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс «Инженерная геокриология» изучается студентами кафедры гидрогеологии и инженерной геологии горного института ЧитГУ по специальности 13002.65 – «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» начиная с 1979 года. Он включен в типовой учебный план подготовки горных инженеров в соответствии с ГОС ВПО по направлению 130 000 от 02.03.2000, (№ гос.рег. 686) и стандартом предприятия СТП ЧитГУ 01-04. Учебное пособие будет полезным бакалаврам, магистрантам, а также аспирантам по направлению 130 000 «Геология и разведка полезных ископаемых» В соответствии с учебным планом подготовки горных инженеров, курс «Инженерная геокриология» изучается в 9 семестре, по завершению и параллельно с другими курсами геокриологических дисциплин. Учебное пособие составлено автором на основе многолетнего чтения лекций и проведения практических занятий по курсу «Инженерная геокриология» в ЧитГУ.
Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории общей криологии ИПРЭК СО РАН, кафедр ГГ и ИГ, ОПИ и ВС ЧитГУ, результаты работ которых были использованы в пособии. Автор искренне благодарен сотрудникам Института мерзлотоведения СО РАН, чьи замечания позволили усовершенствовать структуру учебного пособия и его содержание.
Автор искренне признателен рецензентам учебного пособия д-рам техн. наук, директору ИМЗ СО РАН Р.В. Чжану и зав. кафедрой ОПИ и ВС горного института ЧитГУ В.П. Мязину, замечания и пожелания которых способствовали успешному его завершению.
Критические замечания, пожелания и отзывы на учебное пособие мы просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ЧитГУ, ул. Александро-Заводская, 30.
ВВЕДЕНИЕ
История развития инженерного освоения нашей планеты – история развития всего человечества. Она прошла путь от создания примитивных орудий труда, охоты и быта, до строительства крупных мегаполисов, занимающих тысячи квадратных километров, со сложной инфраструктурой обеспечения жизнедеятельности. Не исключением является территория криолитозоны, где сосредоточены огромные природные ресурсы, без освоения которых трудно рассчитывать на создания комфортных условий проживания и обеспечения государственной безопасности.
Инженерная геокриология – наука, разрабатывающая фундаментальные и прикладные основы эффективных методов строительства и производства работ в условиях криолитозоны для обеспечения комфортной и безопасной жизнедеятельности человека.
Решения задач Инженерной геокриологии невозможно без глубоких теоретических и экспериментальных исследований теплового и механического взаимодействия массивов криолитозоны с инженерными сооружениями. Комплексность геокриологических исследований, использование для их проведения системного подхода позволяют эффективно решать проблему обеспечения качества проектирования, строительства и эксплуатации инженерных объектов с учетом масштабов их воздействия на криолитозону.
Структура учебного пособия содержит семь разделов (глав) в которых отражены:
- общетеоретические проблемы инженерной геокриологии, посвященные истории ее формирования и характеристике объекта исследований – криолитозоны, как среды жизнедеятельности (глава 1-2);
- специальные проблемы инженерной геокриологии, где даны методические и теоретические основы региональных и лабораторных экспериментальных исследований состава, строения и свойств горных пород, используемых в качестве оснований инженерных сооружений криолитозоны. Предложены теоретические и практические основы обоснований принципов строительства в пределах криолитозоны (глава 3-4);
- проблемы оценки и прогноза теплофизического и механического взаимодействия грунтов оснований и инженерных сооружений в условиях строительства на многолетнемерзлых грунтах криолитозоны, обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации инженерных сооружений различного назначения (главы 5-6-7);
- В пособии сформулированы проблемы дальнейшего развития инженерной геокриологии с учетом увеличения масштабов освоения криолитозоны (Заключение).
Инженерная геокриология, является частью цикла геокриологических наук и находится с каждой из них в тесном контакте. Наряду с этим ей характерна тесная взаимосвязь с математикой, физикой, химией, геологией, географией, горным делом, строительством и другими науками.
Решая проблему оптимизации принимаемых управленческих решений для создания комфортной и безопасной жизнедеятельности населения в суровых климатических условиях, инженерная геокриология изучает природно-техническую систему, во взаимодействии элементов - «атмосферы»-«криолитозоны»-«инженерных объектов».
Системный подход в инженерной геокриологии, является основной методологической базой, позволяющий учитывать, пространственно-временные аспекты динамики развития природно-технических систем и обеспечивать, эффективность их использования при хозяйственном освоении криолитозоны. Это основное положение инженерной геокриологии автор стремился сохранить во всех разделах учебного пособия.
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ
ГЕОКРИОЛОГИИ
Подчеркивая важность изучения истории развития науки, в свое время Н.Г. Чернышевский говорил, что без истории предмета нет теории предмета, а без теории предмета не даже мысли о самом предмете, потому что отсутствует само понятие о предмете, его значении и границах.
Инженерная геокриология, исторически сложилась на основе исследований криолитозоны – территории в пределах которой сосредоточены несметные ресурсы, освоению которых в Росси начиная со средины ХVII века и по настоящее время уделялось и уделяется огромное внимание.