Отправить сообщение, заявку, вопрос

Зарегистрироваться для участия в конференции

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 70 , продуктов - 1833 , авторов - 203

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Дискуссия профессионалов
8 ноября 2016 года

Изменение подхода к инженерно-геологическим изысканиям

В настоящее время отсутствует возможность передачи в цифровом виде информации от геологов к проектировщикам. Пора перейти от разговоров к созданию цифровой модели, которую можно по аналогии с ГОСТ 20522 назвать цифровой геомеханической моделью (ЦГМ) – представлением в цифровом виде информации о модели местности (ИЦММ), модели инженерно-геологических и гидрогеологических условий (ЦИГМ) и модели проектируемого здания и сооружения (ЦМЗС).

Применение подобного подхода к изысканиям не должно вызывать опасений у геологов, так как за исключением освоения методов хранения информации в цифровом виде, а не в форме современных бумажных отчетов, менять ничего не придется. По мере накопления и анализа информации точность изысканий будет возрастать, а сроки и стоимость снижаться.

Болдырев Геннадий ГригорьевичДиректор по научной работе и инновациям ООО «НПП Геотек», д.т.н.

В настоящее время проектирование оснований зданий и сооружений выполняется с учетом рекомендаций ряда нормативных документов, одним из которых является СП 22.13330-2011. В разделе 5.3 данного свода правил приведены основные требования к определению нормативных и расчетных значений характеристик грунтов, которые в дальнейшем используются при проектировании оснований по первой и второй группам предельных состояний. В тоже время, некоторые требования к определению характеристик грунтов, как и общие правила проведения инженерно-геологических изысканий, изложены в СП 47.13330.

На рисунке 1 приведен типовой инженерно-геологический разрез (ИГР) с выделенными ИГЭ по ГОСТ 25100.

 

Рис. 1. Пример инженерно-геологического разреза (http://airobur.ru/inzhenernaya-geologiya/)

Рис. 1. Пример инженерно-геологического разреза (http://airobur.ru/inzhenernaya-geologiya/)

 

Определение ИГЭ приведено в ГОСТ 20522: инженерно-геологический элемент – основная грунтовая единица при инженерно-геологической схематизации грунтового объекта. За ИГЭ принимают некоторый объем грунта одного и того же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно), либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь. В последнем случае ИГЭ наделяют постоянными нормативными и расчетными значениями характеристик. Комплекс ИГЭ образует инженерно-геологическую модель объекта.

Построение ИГР выполняется с использованием литологических колонок, в которых вид грунта приведен с использованием классификационных показателей ГОСТ 25100. В большинстве случаев на данном разрезе отсутствуют данные о физических и механических свойствах ИГЭ. Как правило, они приводятся в сводной таблице физико-механических свойств грунтов, содержащейся в отчете по инженерно-геологическим изысканиям.

Проектировщик, получив от Заказчика упомянутый отчет, переносит физико-механические характеристики из сводной таблицы на ИГЭ, врезает в ИГР здание или сооружение и приступает к расчету основания по предельным состояниям: несущей способности и деформациям (рис. 2). Если ИГР передан в цифровом виде, то данные можно легко ввести в программу расчета оснований. Если нет, то приходится делать это вручную. В обоих случаях вручную приходится вводить в программу расчета основания физические и механические характеристики грунтов. Задача не сложная, но трудоемкая.

 

Рис. 2. Система «основание-фундамент-сооружение»: 1 – плоскость максимальной осадки; 2 – выработка; 3 – изолинии вертикальных перемещений

Рис. 2. Система «основание-фундамент-сооружение»: 1 – плоскость максимальной осадки; 2 – выработка; 3 – изолинии вертикальных перемещений

 

На форуме DWG один из посетителей пишет о том, что работает в Civil (программа CivilFEM), тратит огромное количество времени на механические вещи, такие как: выставление скважин по абсолютным отметкам, расчленение по ИГЭ и указание подписей значений мощности (толщин) и абсолютных отметок подошв слоев и УГВ. На такие вещи уходит до 30-40 % рабочего времени. Поэтому у него возник справедливый вопрос, нельзя ли упростить эти операции через автоматизацию. По его словам, у него есть соображения, как можно это сделать, но не хватает опыта именно в Civil.

Это является подтверждением того, что в настоящее время отсутствует возможность передачи в цифровом виде информации от геологов к проектировщикам. Автор данной публикации часто использует при расчете оснований программу ANSYS, вручную выполняя построения массива грунта, используя ИГР и сводную таблицу из отчетов.

 

Таблица 1. Деформационные и прочностные характеристики грунтов

Таблица 1. Деформационные и прочностные характеристики грунтов

 

Значительно удобнее давать в инженерно-геологических отчетах не сводную таблицу, а профили физических и механических характеристик грунтов в виде массива данных, приведенные, например, так, как показано в таблице 1. Прочностные и деформационные характеристики грунтов получены с использованием данных статического зондирования и корреляционных уравнений с использованием шаблона (табл. 2). Исходным материалом для их построения является информация по четырем выработкам. С целью демонстрации в таблице приведены значения, вычисленные с шагом 0,5 м по глубине. Шаг может быть значительно меньше, что определяется в процессе статического зондирования. Как показывает практика, данные зондирования можно получить с шагом 20 см и менее.

 

Таблица 2. Шаблон Excel для вычисления механических характеристик

Таблица 2. Шаблон Excel для вычисления механических характеристик

 

Имея данные характеристик грунтов по выработкам (табл. 1) и используя интерполяционные функции, можно построить изолинии данных характеристик между выработками. В итоге мы получаем непрерывное поле характеристик грунтов в исследуемом массиве (Барвашов, 2016). Далее эта информация передается в программу расчета основания и выполняется расчет осадки здания или сооружения.

Как видим, на стадии расчетов ИГЭ отсутствуют. Валерий Барвашов утверждает, что от них вообще следует отказаться. Правильно ли это? Скорее всего, на стадии изысканий от ИГЭ отказаться не удастся. Дело в том, что метод определения физических и механических характеристик грунтов зависит от вида грунта. Например, лессовые, набухающие, мерзлые грунты относятся к классу структурно-неустойчивых, для которых разработаны свои методы испытаний, отличные от обычных песчаных и глинистых грунтов. Таким образом, определение вида грунта (ГОСТ 25100) исключить нельзя, так как можно получить ошибочные результаты. Далее, мощность и границы перечисленных выше грунтов также надо знать, чтобы не ошибиться, на какой глубине следует менять один вид испытаний на другой. Следует отметить, что в случае использования метода статического зондирования отделить структурно-неустойчивые грунты от обычных пока невозможно. В настоящее время практически нет корреляционных зависимостей для просадочных грунтов, впрочем, как и для мерзлых и набухающих.

Отмеченные проблемы можно решить при помощи информационных систем.

В СП 47.13330 введено понятие инженерная цифровая модель местности (ИЦММ). Это форма представления инженерно-топографического плана в цифровом векторно-топологическом виде для обработки (моделирования) на ЭВМ и автоматизированного решения инженерных задач. ИЦММ состоит из цифровой модели рельефа (ЦМР) и цифровой модели ситуации (ЦМС).

Однако в СП 47.13330 отсутствует необходимое проектировщику понятие «цифровая инженерно-геологическая модель» (ЦИГМ). Эта модель должна создаваться на стадии инженерно-геологических изысканий. В тоже время, при проектировании используется расчетная модель, которая представляет собой инженерно-геологическую модель с «врезкой» в нее здания или сооружения (см. рис. 2). Следовательно, расчетная модель должна включать в себя цифровую модель местности, цифровую инженерно-геологическую модель и цифровую модель проектируемого здания или сооружения. Подобные геоинформационной системы разрабатываются в последнее время за рубежом.

Пора и в нашей стране перейти от разговоров к созданию цифровой модели, которую можно по аналогии с ГОСТ 20522 назвать цифровой геомеханической моделью (ЦГМ) – представлением в цифровом виде информации о модели местности (ИЦММ), модели инженерно-геологических и гидрогеологических условий (ЦИГМ) и модели проектируемого здания и сооружения (ЦМЗС).

Проводя изыскания с использованием ЦИГМ, можно более точно назначать места выработок. Согласно СП 47.13330, расстояния между двумя выработками варьируются в диапазоне от ~20 до 100 метров. Эти нормируемые расстояния часто приводят к тому, что в процессе изысканий пропускаются выклиниваемые слои грунта или линзы грунтов. Применяя компьютерный анализ непосредственно в поле, можно исключить или, по крайней мере, минимизировать проблему неопределенности инженерно-геологической информации из-за скудности данных измерений. Ранее об этом шла речь в журнале «ГеоИнфо» в публикации от 06.09.2016.

Применение рассматриваемого подхода к изысканиям не должно вызывать опасений у геологов, так как за исключением освоения методов хранения информации в цифровом виде, а не в форме современных бумажных отчетов, менять ничего не придется. По мере накопления и анализа информации точность изысканий будет возрастать, а сроки и стоимость снижаться.

Результаты изысканий необходимо передавать проектировщику в виде массивов данных с необходимыми атрибутами, такими как координаты выработок, нормативные и расчетные значения физических и механических свойств грунтов и т.д. Примером является приведенная выше таблица данных механических характеристик грунтов.

 

Список литературы
1. ГОСТ 25100. Грунты. Классификация. М., 2011. – 63 с.
2. ГОСТ 20522. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. М., 2012. – 20 с.
3. Барвашов В.А., Болдырев Г.Г., Уткин М.М. Расчет осадок и кренов сооружений с учетом неопределенности свойств грунтовых оснований. Геотехника, 2016, № 1, с. 12-29.
4. СП 22.13330-2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02-01-83. М., 2011. – 166 с.
5. СП 47.13330-2012. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96. М., 2012. – 64 с.
Barvashov V.A., Boldyrev G.G. Soil Data Inflation in Analysis of Settlements and Tilts of Structures.5th International Conference on Geotechnical and Geophysical Site Characterization, 5-8 September, Australia, 2016.