Геологическая инженерия - Geological engineering

Изображение каменного туннеля (на заднем плане) и сетки защиты от камнепадов на скале (на переднем плане)
Пример проектирования инфраструктуры (туннель) и проектирования природных опасностей (защита от камнепадов), две дисциплины инженерной геологии

Геологическая инженерия - это инженерная дисциплина, связанная с применением геологической науки и инженерных принципов в таких областях, как гражданское строительство , горное дело , экологическая инженерия и лесное хозяйство , среди других. Работа инженеров-геологов часто направляет или поддерживает работу других инженерных дисциплин, таких как оценка пригодности мест для гражданского строительства , экологической инженерии , горных работ и нефтегазовых проектов путем проведения геологических, геоэкологических, геофизических и геотехнических исследований. Они участвуют в исследованиях воздействия на объекты и операции, которые влияют на наземную и подземную среду. Вклад инженерного проектирования и другие рекомендации, сделанные инженерами-геологами по этим проектам, часто имеют большое влияние на строительство и эксплуатацию. Инженеры-геологи планируют, проектируют и осуществляют сбор геотехнических, геологических, геофизических, гидрогеологических и экологических данных. Это варьируется от ручных наземных методов до глубокого бурения и отбора геохимических проб , до передовых геофизических методов и спутниковой съемки. Инженеры-геологи также занимаются анализом поведения грунта в прошлом и будущем, картированием во всех масштабах и программами определения характеристик грунта для конкретных инженерных требований. Эти анализы побуждают инженеров-геологов давать рекомендации и готовить отчеты, которые могут иметь большое влияние на основы строительства, горных работ и проектов гражданского строительства . Некоторые примеры проектов включают выемку горных пород, укрепление фундамента здания, цементацию под давлением, контроль эрозии гидравлического канала , стабилизацию уклона и насыпи, оценку риска оползней , мониторинг подземных вод, а также оценку и устранение загрязнения. Кроме того, инженеры-геологи входят в состав проектных групп, которые разрабатывают решения для поверхностных опасностей, восстановления грунтовых вод , проектов подземных и наземных земляных работ и управления ресурсами. Подобно горным инженерам , инженеры- геологи также проводят кампании по разведке ресурсов, оценке шахт и технико-экономических обоснований и вносят свой вклад в постоянную эффективность, устойчивость и безопасность действующих горных проектов.

История

Хотя термин «геологическая инженерия» появился только в 19 веке, принципы геологической инженерии демонстрируются на протяжении тысячелетий человеческой истории.

Тоннель акведука Эупалинос в Самосе, Греция, который является известным образцом древних туннелей и инженерных изысканий.

Древняя инженерия

Одним из старейших примеров принципов геологической инженерии является туннель Евфрат , который был построен около 2180 г. до н.э. - 2160 г. до н.э. Этот и другие туннели и канаты примерно того же времени использовались для этих целей древними цивилизациями, такими как Вавилон и Персия. от орошения . Другим известным примером использования принципов геологической инженерии в древнем инженерном проекте было строительство туннеля акведука Евпалинос в Древней Греции . Это был первый туннель, который был построен внутрь с обоих концов с использованием принципов геометрии и тригонометрии , что стало важной вехой как для гражданского строительства, так и для инженерной геологии.

Геологическая инженерия как дисциплина

Вид сверху после катастрофы на дамбе Ваджонт (1963 г.), где массивный оползень заполнил водохранилище и вызвал разрушительную переполняющую волну. Этот технический сбой был частично результатом плохого учета геологических условий горы.

Хотя проекты, в которых при проектировании и строительстве использовались принципы инженерной геологии, существуют уже тысячи лет, большую часть этого времени они были включены в дисциплину гражданского строительства . Курсы инженерной геологии предлагаются с начала 1900-х годов; однако они оставались специализированными предложениями до тех пор, пока в середине 20-го века не возник значительный рост спроса. Этот спрос был вызван проблемами, возникающими в связи с развитием все более крупных и амбициозных структур, антропогенными отходами, нехваткой минеральных и энергетических ресурсов и антропогенным изменением климата - все это создало потребность в более специализированной области инженерии с профессиональными инженерами, которые были также специалистами в области геологии или наук о Земле .

Известные бедствия, которые приписывают формальному созданию инженерной геологии, включают прорывы плотин в Соединенных Штатах и Западной Европе в 1950-х и 1960-х годах. К наиболее известным из них относятся обрушение плотины Святого Франциска (1928 г.), обрушение плотины Мальпассет (1959 г.) и обрушение плотины Ваджонт (1963 г.), где отсутствие знаний в области геологии привело к почти 3000 смертельным случаям только между двумя последними. Malpasset провал плотины считается крупнейшей строительной катастрофой 20 - го века во Франции и Vajont разрушения плотины по - прежнему смертоносный оползень в европейской истории.

Образование

Высшее образование в области инженерной геологии предлагается в различных университетах по всему миру, но в основном они сосредоточены в Северной Америке . Инженеры- геологи часто получают ученые степени, которые включают курсы как по геологии, так и по наукам о Земле и инженерии . Для практики в качестве профессионального инженера-геолога требуется степень бакалавра соответствующей дисциплины в аккредитованном учреждении. Для некоторых позиций, магистра или доктора степень в соответствующей инженерной дисциплине может потребоваться. После получения этих степеней человек, желающий работать профессиональным инженером-геологом, должен пройти процесс получения лицензии профессиональной ассоциации или регулирующего органа в своей юрисдикции.

Канадские учреждения

В Канаде 8 университетов аккредитованы Engineer's Canada для получения степени бакалавра в области инженерной геологии. Многие из этих университетов также предлагают программы повышения квалификации в области инженерной геологии. Это включает:

Американские учреждения

В Соединенных Штатах существует 13 инженерно-геологических программ, признанных Комиссией по инженерной аккредитации (EAC) Совета по аккредитации в области инженерии и технологий (ABET) . Это включает:

Другие учреждения

Университеты в других странах, которые имеют аккредитацию для предложения программ на получение степени в области инженерной геологии от EAC ABET, включают:

Специализации

В геологической инженерии есть несколько дисциплин, которые анализируют различные аспекты наук о Земле и применяют их к различным инженерным проектам. Перечисленные ниже субдисциплины обычно преподаются на уровне бакалавриата , и каждая из них пересекается с дисциплинами, не связанными с геологической инженерией. Тем не менее, инженер-геолог, специализирующийся на одной из этих дисциплин на протяжении всего своего образования, может иметь лицензию на работу по любой другой дисциплине.

Горное озеро с изображением поверхностных вод. Инженеры-геоэкологи (раздел инженерной геологии) работают над управлением запасами питьевой воды и восстановлением загрязненных поверхностных и подземных вод.

Геоэкологическая и гидрогеологическая инженерия

Геоэкологическая инженерия - это раздел инженерной геологии, который фокусируется на предотвращении или смягчении воздействия на окружающую среду антропогенных загрязнителей в почве и воде. Он решает эти проблемы за счет развития процессов и инфраструктуры для снабжения чистой водой , удаления отходов и борьбы с загрязнениями всех видов. Работа инженеров-геологов в основном связана с исследованием миграции, взаимодействия и результатов загрязнения; восстановление загрязненных участков ; и защита незагрязненных участков. Типовая работа инженера по геоэкологии включает в себя:

  • Подготовка, рассмотрение и обновление отчетов экологических расследований,
  • Разработка проектов, таких как водоочистные сооружения или колодцы для мониторинга подземных вод, которые ведут к защите окружающей среды,
  • Проведение технико- экономических обоснований и экономического анализа экологических проектов,
  • Получение и пересмотр разрешений, планов и стандартных процедур,
  • Предоставление технической экспертизы для проектов по реабилитации окружающей среды, требующих судебных исков,
  • Анализ данных о подземных водах с целью проверки качества,
  • Исследование участка и мониторинг проектов по восстановлению окружающей среды и устойчивости для обеспечения соблюдения экологических норм, а также
  • Консультирование корпораций и государственных учреждений относительно процедур очистки загрязненных участков .
Тоннель, строящийся традиционными методами земляных работ с пилотным туннелем, проходящим через забой туннеля, и бурильной колонной, расположенной возле забоя. Инженеры-горники и инженеры-геотехники (разделы инженерной геологии) участвуют в проектировании и строительстве подземных выработок.

Геотехническая и горная инженерия

Геотехническая инженерия - это раздел инженерной геологии, который занимается безопасными выемками, стабилизацией и мониторингом горных пород и грунта, окружающих подземные выемки и наземное строительство, а также управлением естественными и искусственными осадками зданий, устойчивостью откосов и насыпей, а также вероятными эффектами. от оползней и землетрясений на кадровую инфраструктуру. Инженеры-геотехники сосредотачивают свою работу в первую очередь на геомеханических деформационных свойствах горных пород и грунтов, которые затем применяются для решения текущих проблем в таких областях, как механика горных пород, механика грунта, а также смягчение и предотвращение стихийных бедствий. Они занимаются проектированием и мониторингом различных строительных проектов в городских и сельских районах, включая дороги, железные дороги, туннели , плотины , пещеры, наземные и подземные шахты, канализацию, подземные коммуникации, глубокие геологические хранилища для долгосрочного хранения ядерных отходов , на суше. инфраструктура и оффшорная инфраструктура. Кроме того, геотехническая инженерия также фокусируется на устойчивости откосов и оценке рисков проектов, которые могут стать предметом стихийных бедствий, таких как землетрясения, наводнения и оползни. Некоторые инженеры-геотехники также работают над восстановлением или расширением исторической инфраструктуры для использования в транспорте и туризме.

Действующий карьер. Инженеры по минеральным и энергетическим ресурсам (раздел инженерной геологии) занимаются добычей полезных ископаемых от открытия рудного тела до проектирования, производства и закрытия рудника.

Инжиниринг разведки полезных ископаемых и энергоресурсов

Разведка минеральных и энергетических ресурсов (широко известная как MinEx для краткости) - это раздел инженерной геологии, который применяет современные инструменты и концепции к открытию и устойчивой добыче природных минеральных и энергетических ресурсов. Инженер-геолог, специализирующийся в этой области, может работать на нескольких этапах проектов по разведке и добыче полезных ископаемых, включая разведку и определение границ рудных тел , операции по добыче полезных ископаемых, переработку полезных ископаемых , а также программы оценки воздействия на окружающую среду и рисков для хвостохранилищ и других горных отходов. Подобно горному инженеру, инженеры по разведке минеральных и энергетических ресурсов также могут нести ответственность за проектирование, финансирование и управление участками добычи.

Наземный радар (GPR) используется для проведения геофизических исследований. Инженеры-геофизики (раздел инженерной геологии) используют несколько геофизических методов для неинвазивного исследования недр Земли во всех масштабах и использования результатов в различных инженерных проектах.

Геофизическая инженерия (прикладная геофизика)

Геофизическая инженерия - это раздел инженерной геологии, который применяет принципы геофизики к проектированию инженерных проектов, таких как туннели, плотины и шахты, или для обнаружения подземных геологических опасностей, подземных вод и загрязнения. Геофизические исследования проводятся с поверхности земли, в скважинах или из космоса для анализа состояния, состава и структуры грунта во всех масштабах. Геофизические методы применяют различные физические принципы, такие как сейсмичность , магнетизм , гравитация и удельное сопротивление . Эта субдисциплина была создана в начале 1990-х годов в результате возросшего спроса на более точную информацию о недрах, созданного быстро растущим населением мира. Геофизическая инженерия и прикладная геофизика отличаются от традиционной геофизики прежде всего своей потребностью в предельных доходах и оптимизированных конструкциях и методах, а не в удовлетворении нормативных требований при минимальных затратах.

Рабочие обязанности

Инженеры-геологи отвечают за планирование, разработку и координацию программ исследования участка и сбора данных для геологических, геотехнических, геофизических, геоэкологических и гидрогеологических исследований. Эти исследования традиционно проводятся для проектов гражданского строительства, горнодобывающей промышленности, добычи нефти, обращения с отходами и регионального развития, но все больше внимания уделяется экологическим и экономическим инженерным проектам, а также более специализированным проектам по долгосрочному подземному хранению ядерных отходов. Инженеры-геологи также несут ответственность за анализ и подготовку рекомендаций и отчетов по улучшению строительства фундаментов для проектов гражданского строительства, таких как выемка горных пород и грунта, цементация под давлением и контроль эрозии гидравлических каналов. Кроме того, инженеры-геологи анализируют и готовят рекомендации и отчеты по оседанию зданий, устойчивости откосов и насыпей, а также вероятным последствиям оползней и землетрясений для поддержки строительных и гражданских инженерных проектов. Они должны разработать средства для безопасной выемки и стабилизации окружающей скальной породы или почвы в подземных выработках и наземных сооружениях, в дополнение к управлению потоком воды из этих выемок и внутри них.

Инженеры-геологи также играют основную роль во всех формах подземной инфраструктуры, включая прокладку туннелей , горнодобывающую промышленность , гидроэнергетические проекты , шахты, глубокие хранилища и пещеры для энергетики, хранения, промышленной деятельности и отдыха. Кроме того, инженеры-геологи проектируют системы мониторинга, анализируют естественную и индуцированную реакцию грунта, а также готовят рекомендации и отчеты по оседанию зданий, устойчивости откосов и насыпей, а также вероятным последствиям стихийных бедствий для поддержки строительных и гражданских инженерных проектов. На некоторых должностях инженеры-геологи проводят теоретические и прикладные исследования потока и загрязнения грунтовых вод, чтобы разработать решения для конкретных участков, которые устраняют загрязняющие вещества и обеспечивают безопасное строительство. Кроме того, они разрабатывают средства управления ресурсами поверхностных и подземных вод и их защиты, а также решения по их восстановлению в случае загрязнения. При работе на руднике инженеры-геологи могут заниматься планированием, разработкой, координацией и проведением теоретических и экспериментальных исследований в области разведки полезных ископаемых, оценки рудников и технико-экономических обоснований применительно к горнодобывающей промышленности. Они проводят изыскания и исследования рудных месторождений, подсчеты запасов руды и вносят свой вклад в разработку полезных ископаемых, геотехническое и геомеханическое проектирование, мониторинг и управление окружающей средой для разрабатываемых или текущих горных работ. В различных проектах от них можно ожидать разработки и проведения геофизических исследований с поверхности с использованием скважин или из космоса для анализа состояния, состава и структуры грунта во всех масштабах.

Профессиональные ассоциации и лицензирование

Лицензии на профессиональную инженерию могут быть выданы через муниципальную, провинциальную / государственную или федеральную / национальную правительственную организацию, в зависимости от юрисдикции. Целью этого процесса лицензирования является обеспечение того, чтобы профессиональные инженеры обладали необходимыми техническими знаниями, практическим опытом и базовым пониманием местной правовой системы, чтобы заниматься инженерией на профессиональном уровне. В Канаде , США , Японии , Южной Корее , Бангладеш и Южной Африке звание профессионального инженера предоставляется по лицензии. В Великобритании , Ирландии , Индии и Зимбабве титул дипломированного инженера. В Австралии присвоено звание дипломированного профессионального инженера. Наконец, в Европейском Союзе присуждается титул «Европейский инженер». Все эти звания имеют одинаковые требования для аккредитации, включая признанную высшую степень и соответствующий опыт работы.

Канада

В Канаде лицензии профессиональных инженеров (P.Eng.) И профессиональных геологов (P.Geo.) Регулируются провинциальными профессиональными организациями, которые имеют основу для своего законодательства, разработанного Engineers Canada и Geoscientists Canada . Провинциальные организации перечислены в таблице ниже.

Регулирующий орган, ответственный за выдачу лицензий на профессиональную инженерию и геолого-геофизические исследования в каждой провинции и на территории Канады.
Провинция Регулирующий орган
Альберта Ассоциация профессиональных инженеров и геологов Альберты
британская Колумбия Ассоциация инженеров и геологов Британской Колумбии
Манитоба Инженеры-геологи Манитобы
Нью-Брансуик Ассоциация профессиональных инженеров и геологов Нью-Брансуика
Ньюфаундленд и Лабрадор Профессиональные инженеры и геологи Ньюфаундленда и Лабрадора
Северо-западные территории Ассоциация профессиональных инженеров и геофизиков Северо-Западных территорий и Нунавута
Новая Шотландия Ассоциация профессиональных инженеров Новой Шотландии
Нунавут Ассоциация профессиональных инженеров и геофизиков Северо-Западных территорий и Нунавута
Онтарио Профессиональные инженеры Онтарио
Остров Принца Эдуарда Ассоциация профессиональных инженеров острова Принца Эдуарда
Квебек Орден инженеров Квебека
Саскачеван Ассоциация профессиональных инженеров и геологов Саскачевана
Юкон Инженеры Юкона

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах все люди, желающие стать профессиональными инженерами (PE), должны получить свою лицензию через Комиссию по технической аккредитации (EAC) Совета по аккредитации в области инженерии и технологий (ABET) . Лицензии на получение статуса сертифицированного профессионального геолога в США выдаются и регулируются Американским институтом профессиональных геологов (AIPG).

Профессиональные общества

Профессиональные общества инженеров-геологов - это некоммерческие организации, которые стремятся продвигать и продвигать представленные профессии и связывать профессионалов с помощью сетей, регулярных конференций, встреч и других мероприятий, а также предоставляют платформы для публикации технической литературы с помощью форм. материалов конференций, книг, технических стандартов и предлагаемых методов, а также предоставляют возможности для профессионального развития, такие как короткие курсы, семинары и технические туры. Некоторые региональные, национальные и международные профессиональные сообщества, имеющие отношение к инженерам-геологам, перечислены здесь:

Отличие от инженерной геологии

Инженерные геологи и инженеры- геологи заинтересованы в изучении Земли , ее перемещающемся движении и изменениях, а также в взаимодействии человеческого общества и инфраструктуры с земными материалами , на них и в них . Обе дисциплины требуют лицензий от профессиональных организаций в большинстве юрисдикций для выполнения соответствующей работы. Основное различие между инженерами-геологами и инженерными геологами заключается в том, что инженеры-геологи являются лицензированными профессиональными инженерами (а иногда и профессиональными геологами / геологами) с комбинированным пониманием наук о Земле и инженерных принципов, в то время как инженерные геологи - это ученые- геологи , чья работа сосредоточена на приложениях к инженерным наукам. проекты, и они могут быть лицензированными профессиональными геологами / геологами, но не профессиональными инженерами . В следующих подразделах приводится более подробная информация о различных обязанностях инженеров-геологов и инженеров-геологов .

Инженерная геология

Инженерные геологи - это ученые- геологи- прикладники, которые оценивают проблемы, которые могут возникнуть до, во время и после инженерного проекта. Их обучают осознавать такие потенциальные проблемы, как:

Они используют различные методы полевых и лабораторных испытаний для определения характеристик грунтовых материалов, которые могут повлиять на строительство, долгосрочную безопасность или воздействие проекта на окружающую среду . В должностные обязанности инженера-геолога входит:

  • сбор образцов и опросы,
  • проведение лабораторных исследований образцов,
  • оценки в точке почвы или горных условиях на многих уровнях,
  • подготовка отчетов для клиентов, основанных на тестировании и наблюдениях на местах, и
  • создание геологических моделей, карт и разрезов.

Геологическая инженерия

Инженеры- геологи - это инженеры с обширными знаниями в области геологии или наук о Земле, а также инженерной геологии, инженерных принципов и методов инженерного проектирования . Эти специалисты имеют квалификацию, чтобы выполнять роль инженеров-геологов или взаимодействовать с ними . Однако их основное внимание уделяется использованию данных инженерной геологии , а также инженерных навыков для:

Во всех этих действиях геологическая модель , геологическая история и окружающая среда, а также измеренные инженерные свойства соответствующих материалов Земли имеют решающее значение для инженерного проектирования и принятия решений.

использованная литература

  1. ^ a b c М. Дидерикс, «Геологическая инженерия», Кингстон, 2021 г.
  2. ^ a b c d «Инженерная деятельность» . Изучите инженерное дело . Проверено 13 сентября 2021 .
  3. ^ a b c d "Инженер-эколог в Канаде | Должностные инструкции" . www.jobbank.gc.ca . Проверено 13 сентября 2021 .
  4. ^ a b c d e f g h i j k "Бакалавриат по геологической инженерии | Геологические науки и инженерия" . www.queensu.ca . Проверено 13 сентября 2021 .
  5. ^ Ежеквартальный журнал Лондонского геологического общества . Лонгман, Браун, Грин и Лонгманс. 1863 г.
  6. ^ a b Берлоу, Лоуренс (2015-04-22). Справочное руководство по известным инженерным достопримечательностям мира: мостам, туннелям, плотинам, дорогам и другим сооружениям . Рутледж. ISBN 978-1-135-93261-9.
  7. ^ а б «Эволюция водоснабжения на протяжении тысячелетий | Издательство IWA» . www.iwapublishing.com . Проверено 13 сентября 2021 .
  8. Перейти ↑ Wiley, AJ (1928). «Обрушение плотины Святого Франциска» . Журнал AWWA . 20 (3): 338–342. DOI : 10.1002 / j.1551-8833.1928.tb13638.x . ISSN  1551-8833 .
  9. ^ «Ловушки, стоящие за разрушением арочной дамбы Мальпассе, Франция, в 1959 году» . Журнал механики горных пород и инженерной геологии . 5 (5): 335–341. 2013-10-01. DOI : 10.1016 / j.jrmge.2013.07.004 . ISSN  1674-7755 .
  10. ^ «Инженерно-геоморфологическая характеристика Вайонт-слайда, Италия, и новая интерпретация хронологии и эволюции оползня - ProQuest» . www.proquest.com . Проверено 13 сентября 2021 .
  11. ^ «Аккредитованные инженерные программы в Канаде» . Инженеры Канады . Проверено 14 сентября 2021 .
  12. ^ a b c "APS" . amspub.abet.org . Проверено 14 сентября 2021 .
  13. ^ "Гео-экологическая инженерия | Гражданское строительство UBC" . www.civil.ubc.ca . Проверено 14 сентября 2021 .
  14. ^ a b c "Наблюдения за инженерно-геологическим образованием в Канаде | Д. Хатчинсон | скачать" . in.booksc.me . Проверено 14 сентября 2021 .
  15. ^ a b c d e f g "Инженеры-экологи: Руководство по профессиональным перспективам:: Бюро статистики труда США" . www.bls.gov . Проверено 14 сентября 2021 .
  16. ^ «Экологическая инженерия» . Британская энциклопедия . Проверено 14 сентября 2021 .
  17. ^ Институт (NGI), Норвежский геотехнический. "Что такое геотехническая инженерия?" . Норвежский геотехнический институт (NGI) . Проверено 14 сентября 2021 .
  18. ^ «Минеральное машиностроение» . Будущие студенты инженерных специальностей . Проверено 14 сентября 2021 .
  19. ^ a b Ромиг, Фил (1996-01-01). «Изобретая геофизическую инженерию» . Журнал экологической и инженерной геофизики . 1 (B): 137–143. DOI : 10,4133 / JEEG1.B.137 . ISSN  1083-1363 .
  20. ^ a b c "UBC Press | Профессиональный инженер в обществе: Грэм Миллс, Джон Ги и Стив Коллинз" . UBC Press . Проверено 14 сентября 2021 .
  21. ^ Обучение и подготовка специалистов по геотехническим наукам: механике грунтов, инженерно-геологическим работам, инженерной геологии и механике горных пород . Iacint Manoliu. Лондон: CRC Press / Balkema. 2008. ISBN 978-1-4822-6643-6. OCLC  1041886911 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  22. ^ а б «Геофизики Канады - СТАНОВЯТСЯ P.GEO» . geoscientistscanada.ca . Проверено 14 сентября 2021 .
  23. ^ a b study.com https://study.com/articles/difference_between_engineering_geology_geological_engineering.html . Проверено 14 сентября 2021 . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  24. ^ a b c d e f g h М. Дидерикс, Разница между инженерной геологией и геологической инженерией, Кингстон: Королевский университет, 2020.

Смотрите также