Инженерная геодинамика (точнее, экзогеодинамика) входит в число научных направлений инженерной геологии. Под инженерной геодинамикой понимают научное направление, изучающее приповерхностные, взаимодействующие с внешними оболочками литосистемы и литотехнические системы различных уровней, а также процессы их функционирования в физическом времени (экзогенные геологические процессы). Это «сложнейшее и интереснейшее» (по выражению В. Д. Ломтадзе) направление, без которого не было бы инженерной науки.
Многие научные и практически все производственные инженерно-геологические исследования связаны с изучением функционирования литосистем и литотехнических систем. В ходе исследований получают сведения о геологических и инженерно-геологических процессах. Эти сведения обеспечивают надежное прогнозирование и оптимизацию управления функционированием существующих и проектируемых ПТС — компонентов техносферы.
Крупнейшие ученые, специалисты в области инженерной геологии большое внимание уделяли изучению экзогенных геологических процессов, которые должны учитываться при осуществлении хозяйственной деятельности.
Здесь нельзя не вспомнить В. А. Приклонского, Е. П. Емельянову, Д. С. Соколова, М. В. Чуринова, Н. В. Родионова, Л. А. Молокова, А. Г. Лыкошина, В. В. Кюнтцеля, А. И. Шеко и многих других, внесших огромный вклад в развитие инженерной геодинамики. Результаты их научных разработок реализованы в обширной научной литературе, освещающей теоретические и методические основы изучения различных геологических процессов, методы оценки их влияния на различные виды хозяйственной деятельности и методы их прогнозирования.
Вопросы инженерной геодинамики получили отражение и в учебной литературе. Корифеи инженерной геологии, авторы соответствующих учебников, большое внимание уделяли геологическим процессам. В первой части учебника Ф. П. Саваренского (1937) помещена классификация экзогенных геологических процессов (ЭГП), и в соответствии с ней в отдельных главах описаны главнейшие процессы, действие которых следует учитывать при проектировании и эксплуатации сооружений. Более половины объема учебника И. В. Попова (1951) посвящено экзогенным геологическим процессам. В учебниках Н. В. Коломенского и И. С. Комарова (1964) рассмотрение экзогенных геологических процессов занимает большую часть текста (более 80 %).
В учебнике П. Н. Панюкова (1971) рассмотрены задачи инженерной геодинамики в обеспечении рационального использования недр и охраны окружающей среды и помещена классификация ЭГП.
В 1977 г. опубликован учебник В. Д. Ломтадзе «Инженерная геодинамика». В нем обсуждены содержание, задачи и методы этого научного направления инженерной геологии, проведено систематическое описание прогнозов, включая геокриологические и проявления сейсмических процессов.
В учебнике Г. С. Золотарева «Инженерная геодинамика» (1983) приводится разработанная автором оригинальная общая классификация геологических и инженерно-геологических процессов и явлений; показатели их интенсивности и развития. В них рассмотрены группы эндо- и экзогенных процессов и их техногенных аналогов. Вторая часть учебника содержит описание групп процессов.
Последний учебник по инженерной геодинамике опубликован в 2002 г. Его авторы — И. П. Иванов и Ю. Б. Тржинский. Содержание учебника отражает современный этап развития инженерной геодинамики. Первый раздел посвящен теоретическим основам инженерной геодинамики. В нем рассмотрены взаимодействия, результатом которых являются процессы; элементы теории техногенных процессов; проблемы прогнозирования и управления, мониторинг. В последующих разделах дается систематическое описание процессов и явлений.
Хозяйственная деятельность человечества в современных условиях предполагает ее всестороннее научное обоснование и надежное прогнозирование последствий, в том числе возможного влияния на окружающую среду. Деятельность людей должна базироваться на концепции устойчивого развития. Это положение в полной мере относится к планированию, проектированию, строительству и эксплуатации различных объектов. Оптимизация данных процессов может быть достигнута только при условии их обеспечения качественной информацией различного характера, в том числе и инженерно-геологической.
Задачу получения инженерно-геологической информации заданного качества в требуемые сроки можно решить лишь в том случае, если соответствующие исследования будут проводиться по научно обоснованной методике, базирующейся на достижениях современной инженерной геологии.
Инженерно-геологические работы — производственный или научный процесс, занимающий определенное место в системе хозяйственной деятельности людей. В ходе инженерно-геологических работ производится информация научного или производственного характера. Ее используют при планировании, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений, а также при проведении мероприятий, обеспечивающих рациональное использование и охрану окружающей среды, в том числе геологической. Инженерно-геологические работы производственного характера, выполняемые при проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений, в отличие от научных исследований принято называть инженерно-геологическими изысканиями. Таким образом, инженерно-геологическая информация — конечный продукт труда инженера-геолога, потребляемый проектировщиками, специалистами, эксплуатирующими сооружение, а также самими инженерами-геологами на последующих стадиях инженерно-геологических работ. Для проектировщиков, строителей и эксплуатационников инженерно-геологическая информация является средством труда, обеспечивающим соответственно процессы планирования, проектирования, строительства и эксплуатации сооружений.
Как и любой производственный процесс, инженерно-геологические работы проводятся по определенным правилам, изложенным в методических и нормативных документах. Исследованием и разработкой правил, приемов и технологии проведения инженерно-геологических работ занимается научное направление инженерной геологии, называемое методикой инженерно-геологических исследований.
В отличие от других научных направлений инженерной геологии, изучающих геологическую среду, ее свойства (компоненты инженерно-геологических условий) и происходящие в ней геологические процессы, объектом методики является процесс производства инженерно-геологической информации.
Предмет методики составляют знания о способах изучения структуры и свойств геологической среды — компонентов инженерно-геологических условий — и процессах ее эволюции или движения. Эти знания учитываются при инженерно-геологической оценке. Исходя из предмета, методику инженерно-геологических исследований можно определить как логическую систему знаний: о приемах и способах производства, накопления и обработки инженерно-геологической информации; о технологии процесса инженерно-геологических изысканий. Технология включает знания о комплексировании методов инженерно-геологических работ, об организации и рациональной последовательности их проведения, о способах обоснования их объемов и пространственного размещения (режима проведения работ во времени).
Как система знания методика обладает логической структурой. Структура методики определяется не только свойствами объекта инженерно-геологических работ — геологической среды, — но и целевым назначением работ. Цель инженерно-геологических работ регламентирует объем, качество и сроки получения требуемой инженерно-геологической информации. Например, при региональных инженерно-геологических исследованиях изучаются квазистатические геологические системы, охватывающие крупные территории. Для получения данных о структуре и свойствах геологической среды в статике, без учета ее изменений во времени, применяются разовые (сингулярные) исследования. Последние осуществляют методами среднемасштабной инженерно-геологической съемки, аэро- и космометодами, геофизическими методами и др., что позволяет в сравнительно короткие сроки получить характеристику свойств геологической среды — компонентов инженерно-геологических условий, может быть, не очень точную, но достаточную для сравнительной инженерно-геологической оценки различных участков и выбора перспективных вариантов размещения проектируемых объектов на территории. При проведении работ на выбранном варианте требуется информация о сравнительно небольшой квазистатической литосистеме, локализованной в пределах варианта, но уже более точная и более надежная. Эту информацию используют для предварительных расчетов и выбора оптимальной компоновки сооружений. Ясно, что методы инженерно-геологических работ будут существенно отличаться от методов, используемых на ранних этапах. Для изучения экзогенных геологических процессов требуется информация о движении литосистемы, об изменении ее состояния во времени. Информацию такого характера получают, проводя режимные инженерно-геологические работы.
В структурном отношении методика инженерно-геологических исследований делится на общую и специальную.
Общая методика инженерно-геологических исследований включает в себя теоретические положения, лежащие в основе методов и технологий инженерно-геологических работ, а также совокупность методов и приемов производства и обработки инженерно-геологической информации и технологию процесса инженерно-геологических работ безотносительно к конкретному виду строительства. Она содержит три раздела знаний: теоретические основы методики (ее объективная сторона); учение о методах производства, накопления и обработки инженерно-геологической информации; учение о технологии процесса изысканий. Каждый из названных разделов также имеет свою структуру.
Специальная методика рассматривает методы и технологию инженерно-геологических исследований для конкретных видов строительства (гражданского и промышленного, гидротехнического, дорожного и др.), а также методы и приемы ведения эколого-инженерно-геологических работ.
Методика инженерно-геологических исследований связана с другими научными направлениями инженерной геологии. В рамках региональной инженерной геологии она разрабатывает приемы и правила изучения инженерно-геологических условий различных по площади территорий, начиная от крупных регионов и кончая местом размещения отдельного сооружения; методы инженерно-геологической съемки и разведки. К ней также относятся методы изучения экзогенных геологических процессов, в том числе инженерно-геологических (преимущественно методы режимных наблюдений). Наконец, в рамках грунтоведения методика располагает обширным арсеналом общегеологических и специальных методов изучения минерального и гранулометрического состава, структуры и текстуры горных пород, свойств грунтов. Структуру общей методики и соотношение методики и других научных направлений инженерной геологии иллюстрирует рис. I.
Рис. I. Положение методики инженерно-геологических исследований (заштриховано)
относительно других научных направлений инженерной геологии.
РИГ — региональная инженерная геология, ЭГД — экзогеодинамика, Гр — грунтоведение;
1 — методика изучения размещения в пространстве компонентов
инженерно-геологических условий и закономерностей их пространственной изменчивости,
в том числе состава и свойств грунтов (1–2) и проявлений экзогенных геологических процессов (1–3),
2 — методика изучения минерального и гранулометрического состава, структуры
и текстуры горных пород и свойств грунтов, в том числе методы исследования изменения
свойств грунтов в физическом времени (2–3);
3 — методы изучения экзогенных геологических процессов
Как научное направление инженерной геологии методика начала формироваться сравнительно недавно. В учебнике Ф. П. Саваренского «Инженерная геология» (1937) впервые дано систематическое описание методов инженерно-геологических исследований для разных видов строительства и сделана попытка обосновать целесообразность двух стадий инженерно-геологических изысканий. В отличие от чисто прагматического геотехнического подхода (исследования свойств грунтов в основании сооружений), свойственного иностранным специалистам, отечественная школа инженерной геологии всегда считала важнейшей задачей разработку научно обоснованной методики инженерно-геологических исследований.
Это отразилось в ряде классических работ методического характера. В 1937 г. вышла в свет работа М. П. Семенова, Н. Н. Биндемана, М. М. Гришина «Методика инженерно-геологических исследований для гидротехнического строительства». Первый справочник по инженерной геологии под редакцией Ф. П. Саваренского, подготовленный кафедрой инженерной геологии МГРИ, появился в 1939 г. Он содержал данные в основном методического характера. В 1950 г. издан двухтомник «Инженерно-геологические исследования для гидротехнического строительства». За эту работу коллектив авторов был удостоен Государственной премии СССР. Методике инженерно-геологических исследований для гидротехнического строительства большое значение уделял Л. Д. Белый. Методические разработки были продолжены И. В. Поповым. Им разработана методика составления инженерно-геологических карт и классификация горных пород на картах. В учебнике «Инженерная геология» (1949 г.) И. В. Попов рассматривает вопросы общей методики и методику инженерно-геологических исследований для разных видов строительства. В последующие годы в СССР был опубликован ряд крупных работ по методике. К ним относятся монография Г. К. Бондарика, И. С. Комарова, В. И. Ферронского «Полевые методы инженерно-геологических исследований»; «Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород» под редакцией Е. М. Сергеева, составленное коллективом специалистов МГУ и ВСЕГИНГЕО, и др.
Большое внимание методическим разработкам в инженерной геологии уделял Н. В. Коломенский. Он впервые поставил вопрос о необходимости научно обоснованного подхода к проведению инженерно-геологических исследований, рассматривая их как единый процесс получения данных об инженерно-геологических условиях, требуемых для проектирования сооружений. Н. В. Коломенский предложил схему проведения инженерно-геологических работ и сопоставил стадии изысканий с выделенными им циклами инженерно-геологических поисков и разведки. Ему принадлежит разработка теоретических положений о сфере взаимодействия, в частности разделение ее на зоны, и ряда оригинальных методических положений, отразившихся в учебнике «Общая методика инженерно-геологических исследований» (1968 г). Н. В. Коломенским впервые в мировой практике были сформулированы основные положения общей методики инженерно-геологических исследований.
Крупные методические разработки проведены С. П. Абрамовым. Им обосновано положение о том, что инженерно-геологические изыскания являются единым технологическим процессом, который в соответствии с задачами проектирования разделяется на этапы. В монографии 1974 г. «Техническое нормирование и стандартизация инженерно-геологических изысканий в строительстве» С. П. Абрамов обосновывает необходимость поэтапного проведения изысканий, показывая, что инженерно-геологические работы полностью подчинены целям проектирования сооружений. В. Д. Ломтадзе относит методику инженерно-геологических исследований к сфере специальной инженерной геологии. В учебнике «Специальная инженерная геология» он пишет, что специальная инженерная геология есть раздел инженерной геологии, занимающийся геологическими условиями строительства различных сооружений, организацией и методикой инженерно-геологических изысканий, оценкой инженерно-геологических условий строительства [17]. Заслуживает внимания попытка В. Д. Ломтадзе сформулировать общие принципы оценки инженерно-геологических условий. Они чрезвычайно актуальны и практически не разработаны. В то же время следует иметь в виду, что оценка геологических условий строительства и эксплуатации конкретного сооружения относится к прерогативам не только инженера-геолога, но и проектировщика. Геолог разрабатывает рекомендации и предоставляет информацию, требуемую для оценки. Решение о целесообразности строительства, о размещении сооружения, его типе и конструкции, учитывающей инженерно-геологические условия, принимает проектировщик.
Существующая в настоящее время литература методического и нормативного характера весьма обширна и освещает практически все стороны методики инженерно-геологических исследований. Перед инженерной геологией стоит ряд новых, очень ответственных и трудных задач. Например, это производство инженерно-геологической информации режимного характера об изменении компонентов инженерно-геологических условий во времени под влиянием прямых и косвенных взаимодействий литосферы с орудиями труда и продуктами деятельности человека. Такая информация нужна для разработки мероприятий по управлению процессами взаимодействия с геологической средой с целью обеспечить ее рациональное использование и охрану. Считавшиеся традиционными задачи усложняются. Строительство уникальных сооружений: ускорителей элементарных частиц, радиообъектов, большепролетных подземных сооружений, глубоких выемок (несколько сотен метров) — требует учета инженерно-геологических процессов, которые ранее не принимались во внимание. Соответственно, возрастают требования к инженерно-геологической информации, а следовательно, и к ее производству, процессу инженерно-геологических исследований.
В настоящее время в связи с возникновением экологической проблемы назрела острая необходимость в расширении круга задач инженерно-геологических исследований. Потребовалась разработка методов и приемов оценки экологического состояния территорий и прогноза состояния окружающей среды под влиянием деятельности человека.