Kỹ thuật địa chất

Địa chất kĩ thuật là ứng dụng của Địa chất học - là môn khoa học nghiên cứu về các vật chất rắn và lỏng cấu tạo nên Trái Đất, đúng ra là nghiên cứu thạch quyển bao gồm cả phần vỏ Trái Đất và phần cứng của manti trên - vào nghiên cứu  kĩ thuật nhằm mục đích đảm bảo các yếu tố địa chất liên quan đến vị trí, thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì các công trình kĩ thuật được công nhận và hạch toán. Các nhà địa chất kĩ thuật đã đưa ra các khuyến cáo về địa chất và địa kĩ thuật phân tích và phát họa gắn liền với sự phát triển của con người và các loại cấu trúc khác
Nghiên cứu địa chất kỹ thuật có thể được thực hiện trong quá trình lập kế hoạch, phân tích tác động của môi trường, thiết kế kỹ thuật dân dụng hoặc kết cấu, giá trị kĩ thuật và xây dựng của các dự án công trình công cộng và tư nhân trong các giai đoạn hậu xây dựng và pháp y của các dự án. Các công trình được hoàn thành bởi các nhà địa chất kỹ thuật bao gồm; đánh giá nguy cơ địa chất, Địa chất công trình - là ngành học thuộc khoa học trái đất chuyên nghiên cứu thành phần, trạng thái, tính chất vật lý, tính chất cơ học của đất đá nhằm phục vụ cho công tác thiết kế xây dựng các công trình công nghiệp, dân dụng - , tính chất vật liệu, đất trượt và độ dốc ổn định, xói mòn - là hoạt động của các quá trình bề mặt (như nước hoặc gió) làm phong hóa và vận chuyển hợp phần rắn (như trầm tích, đá, đất,…) trong môi trường tự nhiên hoặc từ nguồn và lắng đọng ở vị trí khác, lụt - là hiện tượng nước trong sông, hồ tràn ngập một vùng đất, thoát nước, và điều tra địa chấn học, …  Các nghiên cứu địa chất kĩ thuật được thực hiện bởi một nhà địa chất học - là nhà khoa học nghiên cứu về các vật liệu rắn và lỏng cấu tạo nên Trái Đất và các hành tinh đất đá- hoặc nhà địa chất kỹ thuật được giáo dục, đào tạo và có kinh nghiệm liên quan đến sự công nhận và giải thích các quá trình tự nhiên, sự hiểu biết về cách các quá trình này tác động đến các cấu trúc do con người tạo ra (và ngược lại) và kiến thức về các phương pháp để giảm thiểu các mối nguy do các điều kiện tự nhiên hoặc do con người tạo ra. Mục tiêu chính của nhà địa chất kỹ thuật là bảo vệ sự sống và tài sản chống lại thiệt hại gây ra bởi các điều kiện địa chất khác nhau.
Việc thực hành địa chất kỹ thuật cũng liên quan mật thiết rất chặt chẽ với sự thực hành của  kỹ thuật địa chất - là một môn học hỗn hợp bao gồm các yếu tố của kỹ thuật dân dụng, kỹ thuật khai thác mỏ, kỹ thuật dầu khí và khoa học trái đất - và địa chất công trình. Nếu có sự khác biệt trong nội dung của các môn học, nó đa phần chủ yếu nằm ở việc đào tạo hoặc kinh nghiệm giảng dạy của người giáo viên.

Lịch sử

Mặc dù nghiên cứu về địa chất học đã xuất hiện từ nhiều thế kỷ nay, nhưng ít nhất trong thời kì hiện đại, khoa học và thực hành địa chất kỹ thuật chỉ mới bắt đầu như một môn học mà nó được chính thức công nhận cho đến những năm cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỉ 20.  Cuốn sách đầy tiên có tên Kỹ thuật địa chất được chính thức ban hành và xuất bản vào năm 1880 bởi nhà khoa học William Penning. Vào những giai đoạn đầu của thế kỷ 20, Charles Berkey, một nhà địa chất được đào tạo ở Mỹ, người được xem như là nhà địa chất kỹ thuật đầu tiên của nước Mỹ, đã làm việc cho một số dự án cấp nước cho thành phố New York, sau đó ông chuyển sàng làm việc trên một con đập tên Hoover - là một đập được xây dựng từ năm 1931 đến 1936 trong cuộc Đại suy thoái và được dành riêng vào ngày 30 tháng 9 năm 1935, bởi Tổng thống Franklin D. Roosevelt, trọng lực vòm cụ thể ở Hẻm núi Đen của sông Colorado, trên biên giới giữa các tiểu bang Nevada và Arizona của Hoa Kỳ - và một số dự án kỹ thuật khác.   Cuốn sách giáo khoa viết về địa chất kỹ thuật đầu tiên của Mỹ được viết vào năm 1914 bởi hai người Ries và Watson. Năm 1921, Reginald W. Brock, Trưởng khoa Khoa học ứng dụng đầu tiên tại Đại học British Columbia, bắt đầu các chương trình cấp bằng đại học và sau đại học về Kỹ thuật Địa chất, lưu ý rằng các sinh viên với nền tảng kỹ thuật đã tạo ra các nhà địa chất thực hành hạng nhất. Năm 1925, Karl von Terzaghi, một kỹ sư và nhà địa chất được đào tạo ở Áo, đã xuất bản văn bản đầu tiên trong Cơ học đất (tiếng Đức). Terzaghi được biết đến như là cha đẻ của cơ học đất, nhưng cũng rất quan tâm đến địa chất; Terzaghi coi cơ học đất là một môn học phụ của địa chất kỹ thuật. Năm 1929, Terzaghi, cùng với Redlich và Kampe, đã xuất bản văn bản Kỹ thuật Địa chất của riêng họ (cũng bằng tiếng Đức).

Sự thiếu thốn cấp thiết của các nhà địa chất học về các công trình kỹ thuật đã gây sự thu hút chú ý trên toàn thế giới vào năm 1928 với sự thất bại của  đập St. Francis ở California và sự ra đi của 426 mạng người qua sự kiện này. Nhiều thất bại kỹ thuật xảy ra trong những năm sau đó cũng thúc đẩy nhu cầu về các nhà địa chất kỹ thuật làm việc trong các dự án kỹ thuật lớn
Năm 1951, một trong những định nghĩa sớm nhất về  "Nhà địa chất kỹ thuật" hay "chuyên gia địa chất kỹ thuật" được chính thức ra đời, cung cấp bởi Ủy ban điều hành của Phòng địa chất kỹ thuật của  Hiệp hội địa chất Hoa Kỹ.

Việc luyện tập

Một trong những vai trò quan trọng nhất của một nhà địa chất kỹ thuật là việc giải thích các địa hình và quá trình Trái Đát để xác định các mối nguy tiềm ẩn do địa chất và nhân tạo có thể gây ra tác động lớn đến các cấu trúc dân sự và sự phát triển của con người. Nền tảng về địa chất cung cấp cho các nhà địa chất kỹ thuật một sự hiểu biết về phương thức hoạt động của Trái Đất, điều này rất quan trọng để giảm thiểu các mối nguy liên quan đến Trái Đất. Hầu hết các nhà địa chất kỹ thuật cũng có bằng tốt nghiệp nơi họ đã được giáo dục và đào tạo chuyên ngành về cơ học đất - một nhánh của vật lý đất và cơ học ứng dụng mô tả hành vi của đất, nó khác với cơ học chất lỏng và cơ học rắn theo nghĩa là đất bao gồm một hỗn hợp không đồng nhất của chất lỏng (thường là không khí và nước) và các hạt (thường là đất sét, bùn, cát và sỏi) nhưng đất cũng có thể chứa chất rắn hữu cơ và các chất khác - , cơ học đá - là khoa học lý thuyết và ứng dụng nghiên cứu ứng xử của đá, nó là một nhánh của cơ học nghiên cứu phản ứng của đá trong môi trường tự nhiên dưới tác dụng của trường lực. Cơ học là hình thành từ một phần của địa cơ học, một hướng nghiên cứu về phản ứng cơ học của các vật liệu địa chất bao gồm cả đất. Cơ học đá được ứng dụng trong khai thác mỏ, dầu khí, kỹ thuật xây dựng như đường hầm, hầm mỏ, đào dưới lòng đất, khai thác mỏ lộ thiên, giếng dầu khí, xây dựng đường, bãi thải, và các công trình xây dựng trên hoặc trong đá. Nó cũng bao gồm việc thiết kế hệ thống chịu lực để ổn định thành vách hầm và mỏ - , địa kỹ thuật - là một ngành kỹ thuật liên quan đến thăm dò và xử lý các tính chất của vật liệu đất, có ứng dụng cho xây dựng. Chủ đề này liên hệ mật thiết với cơ học đất, ngành cơ học liên quan đến thuộc tính của đất; ví dụ như sự nén và phình to của đất, sự thấm nước, độ nghiêng/dốc, tường chống đỡ, nền móng, nền đất, mấu neo trong đất và đá, việc sử dụng các vật liệu chịu lực kéo tổng hợp trong công trình đất, sự tương tác của công trình đất, và địa động học - , nước ngầm - là thuật ngữ chỉ loại nước nằm bên dưới bề mặt đất trong các không gian rỗng của đất và trong các khe nứt của các thành tạo đá, và các không gian rỗng này có sự liên thông với nhau. Nước dưới đất được bổ cấp từ, và chảy từ bề mặt đất tự nhiên xuống. Nơi xuất lộ tự nhiên của nước thường là tại các sông suối. Nếu sông suối này chảy vào vùng bị đóng kín thì tạo ra các vùng đất ngập nước, và tại vùng sa mạc thì có thể hình thành các ốc đảo. Nước dưới đất thường được khai thác phục vụ cho nông nghiệp, đô thị, và công nghiệp qua các giếng khai thác nước. Ngành nghiên cứu sự phân bố và vận động của nước dưới đất được gọi là địa chất thủy văn - , thủy văn học - là ngành khoa học nghiên cứu về sự vận động, phân phối, và chất lượng của nước trên toàn bộ Trái Đất, và vì thế nó đề cập đến cả vòng tuần hoàn nước và các nguồn nước. Những người nghiên cứu về thủy văn học được gọi là nhà thủy văn học, họ làm việc trong cả lĩnh vực khoa học Trái Đất hay khoa học môi trường, địa lý tự nhiên hay kỹ thuật xây dựng và kỹ thuật môi trường -, và dân sự thiết kế. Hai khía cạnh trong giáo dục của các nhà địa chất kỹ thuật cung cấp cho họ một khả năng độc đáo để hiểu và giảm thiểu các mối nguy liên quan đến tương tác cấu trúc Trái Đất.