Геологическая инженерия — это дисциплина инженерии, связанная с применением принципов геологической науки и инженерии в таких областях, как гражданское строительство , горное дело , экологическая инженерия и лесное хозяйство , среди прочих. [1] Работа инженеров-геологов часто направляет или поддерживает работу других инженерных дисциплин, таких как оценка пригодности мест для гражданского строительства , экологической инженерии , горнодобывающих работ и нефтегазовых проектов, путем проведения геологических, геоэкологических, геофизических и геотехнических исследований. [2] Они участвуют в исследованиях воздействия для объектов и операций, которые влияют на поверхностные и подземные среды. Инженерно-проектные данные и другие рекомендации, сделанные инженерами-геологами по этим проектам, часто оказывают большое влияние на строительство и эксплуатацию. Инженеры-геологи планируют, проектируют и реализуют сбор геотехнических, геологических, геофизических, гидрогеологических и экологических данных. Это варьируется от ручных наземных методов до глубокого бурения, геохимического отбора проб, передовых геофизических методов и спутниковой съемки. [3] Инженеры-геологи также занимаются анализом прошлого и будущего поведения грунта, картографированием во всех масштабах и программами характеристики грунта для конкретных инженерных требований. [1] Эти анализы побуждают инженеров-геологов давать рекомендации и готовить отчеты, которые могут оказать существенное влияние на основы строительных, горнодобывающих и инженерно-строительных проектов. [1] Некоторые примеры проектов включают выемку скальных пород, укрепление фундамента здания, заливку под давлением, контроль эрозии гидравлических каналов , стабилизацию склонов и засыпок, оценку риска оползней , мониторинг грунтовых вод, а также оценку и устранение загрязнения. Кроме того, инженеры-геологи включены в проектные группы, которые разрабатывают решения для поверхностных опасностей, рекультивацию грунтовых вод , проекты подземных и поверхностных раскопок и управление ресурсами. Как и горные инженеры , инженеры-геологи также проводят кампании по разведке ресурсов, оценку шахт и оценку осуществимости, а также способствуют постоянной эффективности, устойчивости и безопасности активных горнодобывающих проектов [4]
Хотя термин «геологическая инженерия» появился лишь в XIX веке [5] , принципы геологической инженерии проявляются на протяжении тысячелетий человеческой истории.
Одним из старейших примеров принципов геологической инженерии является туннель Евфрат , который был построен около 2180 г. до н.э. – 2160 г. до н.э. [6] Этот и другие туннели и кяризы примерно того же времени использовались древними цивилизациями, такими как Вавилон и Персия, для целей орошения . [6] Другим известным примером, где принципы геологической инженерии использовались в древнем инженерном проекте, было строительство туннеля акведука Эвпалинос в Древней Греции . [7] 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 геологического строительства [7]
Хотя проекты, в которых применялись принципы геологической инженерии при проектировании и строительстве, существуют уже тысячи лет, большую часть этого времени они были включены в дисциплину гражданского строительства . Курсы по геологической инженерии предлагаются с начала 1900-х годов; однако они оставались специализированными предложениями до тех пор, пока в середине 20-го века не возник большой рост спроса. [2] Этот спрос был создан проблемами, возникшими при разработке все более крупных и амбициозных структур, антропогенных отходов, дефицита минеральных и энергетических ресурсов и антропогенного изменения климата — все это создало потребность в более специализированной области инженерии с профессиональными инженерами , которые также были экспертами в геологии или науках о Земле .
Известные катастрофы, которые приписываются формальному созданию инженерной геологической дисциплины, включают в себя обрушения плотин в Соединенных Штатах и Западной Европе в 1950-х и 1960-х годах. Наиболее известные из них включают обрушение плотины Св. Франциска (1928), [8] обрушение плотины Мальпассе (1959), [9] и обрушение плотины Вайонт (1963), [10] , где отсутствие знаний геологии привело к почти 3000 смертей между двумя последними. Обрушение плотины Мальпассе считается крупнейшей инженерной катастрофой XX века во Франции, а обрушение плотины Вайонт до сих пор является самым смертоносным оползнем в истории Европы.
Послевузовские степени в области геологической инженерии предлагаются в различных университетах по всему миру, но в основном сосредоточены в Северной Америке . Геологические инженеры часто получают степени, которые включают курсы как по геологии или наукам о Земле , так и по инженерии . Чтобы заниматься профессиональной геологической деятельностью, требуется степень бакалавра в смежной дисциплине от аккредитованного учреждения. [2] Для определенных должностей может потребоваться степень магистра или доктора в смежной инженерной дисциплине . [2] После получения этих степеней лицо, желающее заниматься профессиональной геологической деятельностью, должно пройти процесс получения лицензии от профессиональной ассоциации или регулирующего органа в своей юрисдикции.
В Канаде 8 университетов аккредитованы организацией Engineers Canada для предоставления бакалаврских программ по геологической инженерии. [11] Многие из этих университетов также предлагают программы магистратуры по геологической инженерии. К ним относятся:
В Соединенных Штатах существует 13 программ по геологической инженерии, признанных Комиссией по инженерной аккредитации (EAC) Совета по аккредитации в области инженерии и технологий (ABET) . [12] К ним относятся:
Университеты в других странах, имеющие аккредитацию ABET на право предлагать программы обучения по геологической инженерии от EAC, включают: [12]
В геологической инженерии существует множество поддисциплин, которые анализируют различные аспекты наук о Земле и применяют их к различным инженерным проектам. Перечисленные ниже поддисциплины обычно преподаются на уровне бакалавриата , и каждая из них пересекается с дисциплинами, внешними по отношению к геологической инженерии. Однако инженер-геолог, специализирующийся на одной из этих поддисциплин в течение всего обучения, может по-прежнему иметь лицензию на работу в любой из других поддисциплин.
Геоэкологическая инженерия — это подраздел геологической инженерии, который фокусируется на предотвращении или смягчении воздействия антропогенных загрязняющих веществ на окружающую среду в почве и воде. [13] [14] Она решает эти проблемы посредством разработки процессов и инфраструктуры для снабжения чистой водой , утилизации отходов и контроля загрязнения всех видов. [15] Работа инженеров-геоэкологов в основном связана с исследованием миграции, взаимодействия и результатов загрязняющих веществ; восстановлением загрязненных участков ; и защитой незагрязненных участков. [14] Типичная работа инженера-геоэколога включает:
Разведка минеральных и энергетических ресурсов (широко известная как MinEx для краткости) является подразделом геологической инженерии, который применяет современные инструменты и концепции для обнаружения и устойчивой добычи природных минеральных и энергетических ресурсов. [4] Инженер-геолог, специализирующийся в этой области, может работать на нескольких этапах проектов по разведке полезных ископаемых и добыче полезных ископаемых, включая разведку и оконтуривание рудных тел , операции по добыче полезных ископаемых, переработку полезных ископаемых , а также программы оценки воздействия на окружающую среду и рисков для хвостохранилищ и других отходов горнодобывающей промышленности. [17] Как и горный инженер, инженеры по разведке минеральных и энергетических ресурсов также могут отвечать за проектирование, финансирование и управление участками добычи.
Геофизическая инженерия — это подраздел геологической инженерии, который применяет принципы геофизики к проектированию инженерных проектов, таких как туннели, плотины и шахты, или для обнаружения подземных геологических опасностей, грунтовых вод и загрязнений. Геофизические исследования проводятся с поверхности земли, в скважинах или из космоса для анализа состояния грунта, состава и структуры во всех масштабах. Геофизические методы применяют различные физические принципы, такие как сейсмичность , магнетизм , гравитация и удельное сопротивление . Этот подраздел был создан в начале 1990-х годов в результате возросшего спроса на более точную информацию о недрах, созданную быстро растущим населением мира. [18] Геофизическая инженерия и прикладная геофизика отличаются от традиционной геофизики в первую очередь своей потребностью в предельной отдаче и оптимизированных проектах и методах, а не в удовлетворении нормативных требований при минимальных затратах [18]
Инженеры-геологи отвечают за планирование, разработку и координацию программ по исследованию участка и сбору данных для геологических, геотехнических, геофизических, геоэкологических и гидрогеологических исследований. [4] Эти исследования традиционно проводятся для проектов гражданского строительства, горнодобывающей промышленности, нефтяной промышленности, управления отходами и регионального развития, но все больше внимания уделяется проектам по охране окружающей среды и прибрежной инженерии, а также более специализированным проектам по долгосрочному подземному хранению ядерных отходов. [3] Инженеры-геологи также отвечают за анализ и подготовку рекомендаций и отчетов по улучшению строительства фундаментов для проектов гражданского строительства, таких как выемка скальных пород и грунта, заливка под давлением и борьба с эрозией гидравлических каналов. Кроме того, инженеры-геологи анализируют и готовят рекомендации и отчеты по осадке зданий, устойчивости склонов и насыпей, а также вероятным последствиям оползней и землетрясений для поддержки проектов строительства и гражданского строительства. [3] Они должны проектировать средства для безопасной выемки и стабилизации окружающей скальной породы или грунта в подземных выемках и наземном строительстве, в дополнение к управлению потоком воды из этих выемок и внутри них. [4]
Инженеры-геологи также играют основную роль во всех формах подземной инфраструктуры, включая туннелирование , добычу полезных ископаемых , гидроэнергетические проекты , шахты, глубокие хранилища и пещеры для энергии, хранения, промышленной деятельности и отдыха. [4] Кроме того, инженеры-геологи проектируют системы мониторинга, анализируют естественную и индуцированную реакцию грунта и готовят рекомендации и отчеты по осадке зданий, устойчивости склонов и насыпей, а также вероятным последствиям стихийных бедствий для поддержки проектов строительства и гражданского строительства. [4] В некоторых работах инженеры-геологи проводят теоретические и прикладные исследования потока грунтовых вод и загрязнения для разработки решений, специфичных для конкретного участка, которые обрабатывают загрязняющие вещества и обеспечивают безопасное строительство. [4] Кроме того, они проектируют средства для управления и защиты поверхностных и грунтовых вод и решения по рекультивации в случае загрязнения. [4] При работе на участке добычи инженерам-геологам может быть поручено планирование, разработка, координация и проведение теоретических и экспериментальных исследований в области разведки полезных ископаемых, оценки шахт и технико-экономических обоснований относительно горнодобывающей промышленности. [4] Они проводят изыскания и исследования рудных месторождений, расчеты запасов руды и вносят вклад в экспертизу минеральных ресурсов, геотехническое и геомеханическое проектирование и экспертизу мониторинга и управления окружающей средой в развивающуюся или текущую горнодобывающую операцию. [4] В различных проектах от них может потребоваться проектирование и проведение геофизических исследований с поверхности с использованием скважин или из космоса для анализа состояния грунта, состава и структуры во всех масштабах [4]
Лицензии на профессиональную инженерию могут выдаваться через муниципальную, провинциальную/государственную или федеральную/национальную правительственную организацию в зависимости от юрисдикции. Цель этого процесса лицензирования — гарантировать, что профессиональные инженеры обладают необходимыми техническими знаниями, реальным опытом и базовым пониманием местной правовой системы для профессиональной инженерной деятельности. В Канаде , США , Японии , Южной Корее , Бангладеш и Южной Африке звание профессионального инженера предоставляется посредством лицензирования. [19] В Великобритании , Ирландии , Индии и Зимбабве присваивается звание дипломированного инженера. В Австралии присваивается звание дипломированного профессионального инженера. [19] Наконец, в Европейском союзе присваивается звание европейского инженера. Все эти звания имеют схожие требования для аккредитации, включая признанную послевузовскую степень и соответствующий опыт работы. [19]
В Канаде лицензии профессиональных инженеров (P.Eng.) и профессиональных геологов (P.Geo.) регулируются провинциальными профессиональными организациями, законодательство которых основано на законодательстве, разработанном организациями Engineers Canada [20] и Geoscientists Canada. [21] Провинциальные организации перечислены в таблице ниже.
В Соединенных Штатах все лица, желающие стать профессиональным инженером (PE), должны получить лицензию через Комиссию по аккредитации инженеров (EAC) Совета по аккредитации в области инженерии и технологий (ABET) . [12] Лицензии на получение статуса сертифицированного профессионального геолога в Соединенных Штатах выдаются и регулируются Американским институтом профессиональных геологов (AIPG) [21]
Профессиональные общества в области геологической инженерии являются некоммерческими организациями, которые стремятся продвигать и продвигать представленную профессию(и) и объединять профессионалов с помощью сетевых связей, регулярных конференций, встреч и других мероприятий, а также предоставляют платформы для публикации технической литературы в виде материалов конференций, книг, технических стандартов и предлагаемых методов, а также предоставляют возможности для профессионального развития, такие как краткосрочные курсы, семинары и технические туры. Некоторые региональные, национальные и международные профессиональные общества, имеющие отношение к инженерам-геологам, перечислены здесь:
Инженерные геологи и инженеры-геологи интересуются изучением Земли , ее смещающегося движения и изменений, [22] [23] а также взаимодействия человеческого общества и инфраструктуры с материалами Земли , на ней и в ней . Обе дисциплины требуют лицензий от профессиональных органов в большинстве юрисдикций для проведения соответствующих работ. [22] [23] Основное различие между инженерами-геологами и инженерами-геологами заключается в том, что инженеры-геологи являются лицензированными профессиональными инженерами (а иногда также профессиональными геологами /геологами) с объединенным пониманием наук о Земле и инженерных принципов, в то время как инженеры-геологи являются геологами, чья работа сосредоточена на приложениях к инженерным проектам, 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.
Инженерные геологи — это прикладные геологи, которые оценивают проблемы, которые могут возникнуть до, во время и после инженерного проекта. Они обучены осознавать потенциальные проблемы, такие как:
Они используют различные методы полевых и лабораторных испытаний для характеристики грунтовых материалов, которые могут повлиять на строительство, долгосрочную безопасность или экологический след проекта. Обязанности инженера-геолога включают:
Инженеры-геологи — это инженеры с обширными знаниями в области геологии или наук о Земле , а также инженерной геологии, инженерных принципов и инженерных методов проектирования. Эти специалисты имеют квалификацию для выполнения роли инженеров-геологов или взаимодействия с ними . Однако их основная задача — использование данных инженерной геологии , а также инженерных навыков для:
Во всех этих видах деятельности геологическая модель , геологическая история и окружающая среда, а также измеренные инженерные свойства соответствующих материалов Земли имеют решающее значение для инженерного проектирования и принятия решений. [23]