Исследование качества лабораторной инженерно-геологической информации, получаемой в России и за рубежом

Лега, Елена Аркадьевна

Исследование качества лабораторной инженерно-геологической информации, получаемой в России и за рубежом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.07, кандидат геолого-минералогических наук Лега, Елена Аркадьевна

Лега, Елена Аркадьевна
кандидат геолого-минералогических наук
1998

Специальность ВАК РФ04.00.07

Количество страниц 125

Лега, Елена Аркадьевна. Исследование качества лабораторной инженерно-геологической информации, получаемой в России и за рубежом: дис. кандидат геолого-минералогических наук: 04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение. Москва. 1998. 125 с.

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Лега, Елена Аркадьевна

Оглавление

Введение

1. Состав и структура инженерно-геологической информации, получаемой в инженерно-геологической лаборатории

2. Качество оперативной инженерно-геологической информации, получаемой в инженерно-геологической лаборатории

3. Требования нормативных документов к качеству лабораторной инженерно-геологической информации

4. Анализ существующих зарубежных стандартов по определению характеристик грунтов в лабораториях

5. Методика оценки качества лабораторной инженерно-геологической информации

6. Изучение качества результатов лабораторных исследований свойств грунтов в России и за рубежом

6.1. Методика сопоставления результатов исследования грунтов в России и за рубежом

6.2. Результаты оценки качества определения характеристик грунтов в лабораториях России

6.3. Результаты оценки качества определения свойств грунтов в лабораториях Германии

6.4. Сравнительная оценка факторов, влияющих на качество определения показателей свойств грунтов в лабораториях России и Германии

6.5. Результаты сопоставления качества определения характеристик грунтов, полученных по российским и немецким стандартам. •

7. Некоторые направления использования полученных результатов

98

7.1. Оценка некоторых классификационных наименований осадочных несцементированных грунтов, принятых в

России и за рубежом

7.2. Оценка расчетного сопротивления грунтов

основания

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование качества лабораторной инженерно-геологической информации, получаемой в России и за рубежом»

ВВЕДЕНИЕ.

В процессе инженерно-геологических исследований и изысканий экспериментальным путем получают оперативную инженерно-геологическую информацию. Под оперативной инженер-ногео-логической информацией целесообразно понимать инженерно-геологическую информацию, отражающую результаты экспериментальных взаимодействий между объектами неживой природы (данные автоматической регистрации результатов полевых и лабораторных экспериментов, режимных наблюдений и т.д.) или неживой и живой природы (полевые и лабораторные описания, измерения, осязательные ощущения и т.п.), выполняемых и получаемых на уровнях раздражимости, ощущений, восприятии и представлений [24] . Оперативную инженерно-геологическую информацию в России и за рубежом получают экспериментальным путем.

Инженерно-геологическая информация представлена сведениями о структуре, свойствах и движении геологической среды, отбираемыми и используемыми для оценки её современного состояния и прогноза её взаимодействия с другими средами: атмосферой, поверхностной гидросферой, биосферой, в том числе для оценки и прогноза взаимодействия геологической среды с продуктами человеческой деятельности (с искусственной средой) [3]. Примерно половину сведений о геологической среде получают в инженерно-геологических лабораториях. Результаты лабораторных инженерно-геологических исследований представлены многими десятками характеристик грунтов. В России и за рубежом в соответствии с действующими системами нормативных документов ( СНиПы, ГОСТы, БШ, АБТМ, ЫБ, ВБ и др.) в инженерно-геологических лабораториях определяют значения плотности

грунта, коррозионной активности, относительного набухания, плотности частиц грунта и многие другие. В основном в лабораториях находят геологические параметры - показатели свойств грунтов, получаемые при их лабораторных испытаниях, являющиеся результатом непосредственного измерения показателей свойств литосферы или итогом некоторой процедуры преобразования качественной или количественной информации [4]. Их можно определить как физические величины - свойства, общие в качественном отношении для многих физических объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном отношении индивидуальные для каждого объекта. Качество определениях их в настоящее время не установлено.

Под оценкой качества характеристик грунтов, получаемых в инженерно-геологических лабораториях подразумевается оценка степени соответствия их изучаемому природному объекту.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

В настоящее время существенно меняется отношение к качеству продукции инженерно-геологических исследований -оперативной инженерно-геологической информации о свойствах грунтов, получаемой зксприментальным путем. Качество оценки отдельных параметров, вследствие принципиальных отличий в методиках их определения, а также специфических особенностей самих грунтов существенно различаются. Для многих показателей свойств геологической среды имеется возможность получения двух и более формально правильных, но отличающихся результатов. Часто инженерно-геологическая информация об одном свойстве получается разными методами даже при использовании стандартов одной страны. Раз-

личаются и методики оценки геологических параметров, используемые в разных странах.

В настоящее время в инженерной геологии как в России, так и в странах СНГ и дальнего зарубежья практически отсутствует характеристика качества информации, получаемой в процессе полевых и лабораторных работ.

Существующие нормативные документы и государственные стандарты на методы определения характеристик грунтов регламентируют процесс определения характеристик, используемые приборы и методики определения, устанавливают применяемые термины и основные понятия, порядок проведения и содержание работ по измерению характеристик.

Несмотря на существование "Государственной системы обеспечения единства измерений", предписывающей необходимость указания точности производимых измерений любых физических величин, в том числе и характеристик грунтов, в нормативной литературе по инженерной геологии практически отсутствует характеристика точности информации, получаемой в процессе полевых и лабораторных работ. Существующие характеристики инструментальной погрешности или величины допустимых расхождений между параллельными испытаниями недостаточны при дальнейшем использовании характеристик грунтов для изучения их неоднородности, изменчивости свойств, классификации пород, определении расчетных характеристик.

Актуальность такой работы особенно повысилась в последнее время, всвязи с усиленным привлечением к работе в нашей стране проектных и строительных организаций иностранных фирм, появлением значительного количества новых частных, ещё не полностью оснащенных лабораторий; необходимостью лицензирования частных инженерно-изыскательс-

ких организаций; реконструкций исторических сооружений, требующих привлечения данных прошлых лет.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

Целью настоящей работы является оценка качества лабораторного определения характеристик грунтов в инженерно-геологических лабораториях России и за рубежом.

Для этого в процессе исследований необходимо было решить следующие задачи.

1.Определить состав и структуру инженерно-геологической информации, получаемой в инженерно-геологических лабораториях разных стран.

2.Разработать методику оценки качества характеристик грунтов.

3. Разработать методику контроля качества оценки характеристик грунтов.

4. Сопоставить показатели свойств грунтов различных стран и методы их определения.

5. Провести анализ и сравнение методик и условий определения показателей свойств грунтов в лабораториях разных стран.

6. Найти метрологическую точность результатов лабораторных анализов свойств грунтов, выполненных в лабораториях отдельных стран.

7. Определить факторы обусловливающие различие идентичных числовых характеристик грунтов, определенных в лабораториях России и за рубежом.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. Установлено принципиальное различие моделей геологической среды, используемых инженер-геологами разных стран.

2. Усовершенствована методика оценки качества характеристик грунтов.

3. Составлена и опробована схема проведения контроля качества определения характеристик грунтов.

4. Определены значения систематических отклонений между результатами испытаний грунтов в российских и немецких лабораториях.

5. Установлены причины систематических отклонений между результатами испытаний грунтов в российских и немецких лабораториях.

ЗАЩИЩАЮТСЯ

1. Методика оценки и контроля качества определения характеристик грунтов в инженерно-геологических лабораториях .

2. Результаты оценки качества и соотношения инженерно-геологической информации, получаемой при исследовании свойств грунтов в России и Германии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

Результатом выполненных исследований является: система статистического регулирования качества работы инженерно-геологических лабораторий, обеспечивающая требуемую надежность получаемой информации. Независимая оценка качества работы лабораторий позволяет предупредить появление некондиционной инженерно-геологической информации, корректно использовать значения характеристик грунтов полученных в лабораториях любой страны при проведении работ в других странах, сохранить или получить в лабораториях требуемый уровень качества данных о грунтах.

Результаты работы использованы при оценке качества лабораторных исследований в Москве, Нижнем Новгороде, Санкт-Петербурге и немецких лабораториях городов Мюн-

стера, Гамбурга, Вестхейма, Крумбаха, Карлсруе. На основании проведенных исследований разработаны методические рекомендации по контролю качества лабораторного изучения характеристик песчаных и глинистых грунтов.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ послуживший основой для написания работы, был собран автором в ходе проведения научно-исследовательских работ за период с 1983 по 1996 г. по темам: "Оценка точности лабораторного определения некоторых показателей физико-механических свойств пород", по договору с ГСПИ; "Оценка и контроль качества лабораторного определения характеристик грунтов в лабораториях "Гипро-нисельпрома и Атомэнергопроекта" и Международного эксперимента по оценке качества и различия результатов определения характеристик грунтов "Международные соотношения однотипной инженерно-геологической информации".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава МГРИ (1987-1997г.г.), семинаре молодых ученых ВСЕГИНГЕО (1986, 1987г.г.), Всесоюзном семинаре "Применение математических методов и ЭВМ в геологии"( Новочеркасск 1987г.), данные разработки вошли в турникет "Методика оценки точности определения показателей физико-механических свойств грунтов" на ВДНХ в 1986г., завоевавший бронзовую медаль, а также отражены в производственных отчетах и публикациях .

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 7 статей.

ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста, содержит

15 рисунков, 21 таблицу, 1 приложение, список литературы из 52 наименований.

Работа выполнена на кафедре инженерной геологии Московской государственной геологоразведочной академии под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора В.В. Дмитриева, которому автор выражает глубокую благодарность и признательность. Автор благодарит доктора геолого-минералогических наук, профессора Г.К. Вондарика, профессора И.С. Комарова, профессора Е.М. Пашкина за ценные советы и замечания во время подготовки диссертации, а также весь коллектив кафедры инженерной геологии за оказанную помощь и поддержку при выполнении работы. Особую благодарность автор приносит сотрудникам лабораторий Munsters Ingenieurbüro für Baustofftechnologie и другим немецким лабораториям, а также Московского института Гипростанок, ПО Стройизыскания и Мособлгеотреста.

1. СОСТАВ И СТРУКТУРА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ,ПОЛУЧАЕМОЙ В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ.

Сведения о геологической среде получаемые в процессе познавательной деятельности, являются отражениями, позволяющими создать модель объекта. Понятие отражение является основой теории познания и полагает способность отражающего тела - субъекта, прибора и т.п. воспроизводить, фиксировать то, что принадлежит отражаемому телу. Оперативные сведения о структуре, свойствах и движении геологической среды по сути являются совокупностью отражений геологической среды, отбираемых с определенной целью в лабораторных и полевых условиях специалистом или автоматическим устройством. Целями отбора и изучения информации является оценка состояния геологической среды, прогноз ее изменения, разработка методов ее изучения. Геологическая информация включает несколько сотен качественных и количественных характеристик. Они подразделяются на входные, промежуточные и выходные [9].

Под входной информацией понимаются непосредственные результаты наблюдений и экспериментов (описание точек наблюдения, результаты полевых опытов, лабораторные исследования образцов и т.д.). Преобразованную в процессе переработки информацию называют промежуточной. Она получается на основе оперативной информации с использованием знаний. Сюда относятся результаты статистической обработки оперативной информации, оценки изменчивости инте-рисующих нас свойств окружающей среды и т.п. Целью получения промежуточной информации является создание формализованного образа объекта, его структуры, оценки в прост-

ранстве и времени и др. Выходная информация составляет систему обработанных и упорядоченных определенным образом результатов наблюдений, которые используются при решении разнообразных научных и производственных задач. Разграничение между видами информации является дискретным. Во-первых, даже при автоматическом отборе оперативной информации не случаен выбор комплекса регистрируемых параметров. Во-вторых, в методике эксперимента, выполняемых процедурах, в правилах выбора модификаций заложены индивидуальные или обобщенные знания, навыки, приемы и т.д. В-третьих, в процессе выполнения испытания лаборант как субъект влияет на результаты испытаний.

По времени получения инженерно-геологическая информация делится на накопленную (ретроспетивную) и оперативную. В свою очередь вся информация делится на количественную и качественную. Соотношение между двумя видами информации меняется по мере детализации инженерно-геологических работ. На первых этапах изысканий преобладает качественная информация, на последующих большее значение приобретает количественная информация.

По отношению ко времени инженерно-геологическую информацию можно разделить на информацию сингулярного и режимного характера. Сингулярная инженерно-геологическая информация - это сведения о показателях геологической среды на момент проведения работ. Информация режимного характера включает сведения о состояниях геосистемы в различные моменты времени, т.е. это информация об изменении геологической среды.

По форме представления инженерно-геологическая информация делится на описательную, графическую, цифровую, аналитическую.

Инженерно-геологическая информация характеризуется также такими свойствами, как замкнутость, полнота, количество и точность.

Замкнутость инженерно-геологической информации -свойство ограниченности информации пространственными или пространственно-временными границами исследуемой геологической среды.

Под полнотой информации понимается степень охвата сведениями компонентов геологической среды, необходимых, и достаточных для решения той или иной инженерной задачи. Она может быть полной, неполной и избыточной.

Важным свойством информации является ее количество. В теории информации количество является мерой неопределенности наших знаний об изучаемой системе. В инженерной геологии более показательной является оценка, которая учитывает качественную структуру информации, т.е. ценность .

Точность информации отражает близость числовой или нечисловой оценки к истинной и характеризуется случайной и систематической составляющими погрешности.

Состав и структура инженерно-геологической информации меняется в зависимости от:

- сложности инженерно-геологических условий района;

- стадии проектирования;

- класса ответственности зданий и сооружений, а также от конкретного их вида.

Целью настоящей работы является анализ качества оперативной инженерно-геологической информации, получаемой в России и за рубежом. Основой ее получения является фиксация, регистрация данных приборами или субъектом на уровнях, не предполагающих переработку информации. Опера-

тивную инженерно-геологическую информацию получают при изысканиях и исследованиях. Исследование оперативной инженерно-геологической информации предполагает соответствующее структурирование объема данных, выделение таксономических категорий. При исследовании оперативной информации представляется целесообразным расчленение данных на совокупности, отличающиеся методами, результатами и формами получения. Существенно различными с этой позиции методами получения инженерно-геологической информации являются методы, основанные на использовании памяти, знания, органов чувств, формальной логики и арифметики, средств измерения. Структура оперативной инженерно-геологической информации показана в таблице 1.

Структура оперативной инженерно-геологической информации [10]

Основа метода получени информации Операция Результаты операции Традиционные формы отражения Методы оценки точности м контроля Вклад в ОИГИ %

Знание (память) Представление Термины, образы Слова, текст, цифры,знаки Логика экспертная оценка 5-10

Органы чувств (органолепти-ческий) Обозначение Характеристики Слова, текст, цифры, знаки Экспертная оценка, контролер (руково дитель) 5-10 V

Ранжирование Ранги (термины) Слова Экспертная оценка, контролер

Ранги (числа) Цифры Экспертная оценка, контролер

Соизмерение Точечные числа, термины (идентификаторы) Цифры, слова Сопоставление с результатами, полученными мзмере-нием

Обозначение, ранжирование,соизмерение Изображения Рисунки Экспертная оценка, контролер (руководитель), автоматический счет,измерение, расчет

Формальная логика, арифметика, Счёт (квантование или ариф-метизация элементов совокупное ти, сопоставление с натуральным рядом чисел) Числа Цифры Контролёр (руководитель), экспертаная оценка автоматизированный счет 5-10

Графические изображения Рисунки

Средства измерения Измерение (сопоставление с единицей измерения) Числа Цифры Сравнение с результатом измерения эталона, стандартного образца, результатом измерений группы исполнителей 65-80

Графические изображения Рисунки

2. КАЧЕСТВО ОПЕРАТИВНОЙ ИНЖЕНЕРНО-ГОЕЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, ПОЛУЧАЕМОЙ В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ.

Одной из основных задач, решаемых при организации и проведении инженерно-геологических исследований свойств геологической среды, является получение информации требуемого качества. В процессе полевых и лабораторных исследований получают разнообразные характеристики грунтов, геологической среды. Их определение опытным путем будем называть измерением, а соответствие полученных данных истинным, имеющим место в природе, -.качеством. Практически все методы оценки качества оперативной инженерно-геологической информации основаны на сопоставлении данных, полученных при инженерно-геологических исследованиях с каким-либо из заменителей истинных, получивших название "действительных" значений [ГОСТ154 67-7 9]. При этом способ получения информации значения не имеет. Поскольку человек, используя свои органы в процессе исследований, способен ошибаться так же как и прибор, и использующий его наблюдатель. Выбор представителя "истины" зависит от вида и методов получения информации, уровня теоретических знаний и используемых технических средств. Поэтому действительные значения информации различаются. К ним могут относиться: эталон, стандартный образец, среднее значение характеристики, вычисленное по данным многих лабораторий, теоретически найденное значение и т.п.

Сопоставление полученных и действительных сведений является основной процедурой при оценке качества разных видов оперативной инженерно-геологической информации. Используемая модель результата определения (X) является, в

принципе, универсальной. Она представлена суммой двух слагаемых: истинного значения (И) и его погрешности (т): X = И + ш

Погрешности могут быть следствием объективных и субъективных причин. Объективные причины обусловлены недостаточностью теоретических, гносеологических представлений, ограниченностью знания об изучаемом объекте. Исследование гносеологической точности инженерно-геологической информации предполагает наличие возможности приближения результатов определения характеристики грунта к истинной величине. Постоянное уменьшение погрешности происходит благодаря конкретизации, уточнению деталей методики измерения, технических средств, совершенствованию приемов и опыта исполнителя. Однако, некоторые характеристики грунтов могут измеряться различными методами, имеющими систематические расхождения результатов. Доказано, что содержание той или иной фракции гранулометрического состава грунта определенные ареометрическим, пипеточным и фотоси-дементографическим методами различны. Следовательно, можно предполагать, что данные двух из этих методов отличют-ся от истинных [9]. Также доказано, что выход частиц зависит от минерального состава, генетического типа грунта, особенностей его структуры. Влияние на результат оказывает способ подготовки грунта к анализу. В российском стандарте ( ГОСТ 12536-7 9) для диспергации грунта в процессе ареометрического анализа используется пирофосфорнокислый натрий, а в американских (ЖГ31/А8ТМ Б 421, В 422)-гекто-литофосфат натрия. В зависимости от способа диспергации, вида и количества затрачиваемой на нее энергии выход частиц размером 0,005мм может изменяться от 5 до 60% [25]. Кроме того истинное значение геологического параметра не

постоянно. Появление новых технических средств позволяет обнаружить ранее неизвестные особенности объекта, что может коренным образом изменить наши представления о нем. Относительность истины обуславливает теоретическую и практическую значимость определения характеристик геологической среды. Определение значений последних связаны с возможностями средств измерений или требованиями потребителей информации, или с характеристиками временной и пространственной изменчивости. Например, оценка параметров трещиноватости с точностью до микрометра никак не отразится на оценке блочности или угле устойчивости откоса. С практической точки зрения, изменение числа пластичности можно проводить с точностью до 1%, в удалении от граничных значений классификационных интервалов и с меньшей точностью, т.к. повышение точности существенно не повлияет на инженерные решения [9].

Объективные причины погрешности связанны с принципиальной неизбежностью появления неточности при измерении, счете, ранжировании, обозначении, вызванных несовершенством средств, единиц и мер измерения, опыта субъекта и т. п. Они определяют метрологическую точность информации о геологической среде. Оценка ее необходима для снятия неопределенности результатов измерений. При инженерно-геологических исследованиях она выполняется путем определения правильности, сходимости и воспроизводимости полученных результатов, оценки отклонений привносимых в процессе измерения параметров в их величину и характеристики изменчивости .

В инженерно-геологических исследованиях наблюдается три вида погрешностей: систематические, случайные и грубые. Результаты, содержащие грубые промахи, легко обнару-

живаются и отбрасываются. Систематические погрешности могут быть известными и постоянными - поправки, но могут меняться от серии к серии лабораторных анализов, от сезона к сезону, от испытателя ( лаборатории, лаборанта, рабочего) к испытателю. Случайные погрешности имеют на настоящем этапе непредсказуемый знак. Они могут быть обусловлены измерительными возможностями приборов, могут привноситься анализатором, быть заложенными в методике оценки параметра и т.д.

Для характеристики точности используются как абсолютная погрешность - разность между полученными и истинными результатами измерения, так и относительная - в виде отношения оценки точности к измеряемой величине, диапазону ее колебаний и др. Подобные оценки точности возможны при определении химического состава вод, почв и пород; минерального состава горных пород. Непосредственное использование их при исследовании свойств грунтов невозможно в связи с отсутствием истинных значений параметров грунтов, эталонов, стандартных образцов инженерно-геологической информации. В таких случаях используются характеристики указанных погрешностей измерения в виде, например, внут-рилабораторных и межлабораторных ошибок воспроизводимости [35]. Методика их поиска для физических и физико-механических параметров песчаных и глинистых грунтов, определяемых в инженерно-геологической лаборатории, частично разработана и опробована [11, 12].

3. ТРЕБОВАНИЯ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ К КАЧЕСТВУ ЛАБОРАТОРНОЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Требования к качеству инженерно-геологической информации определяют границы зон приемлемых значений погрешностей характеристик грунтов. В свою очередь они зависят, прежде всего, от требований к качеству результатов решаемых на их основе задач, которые весьма разнообразны. В ряде случаев эти требования сформулированы в виде допусков или граничных значений, в которых может варьировать прогнозируемое значение параметра. Представление о качестве получаемой информации могут так же дать значения предельно допустимых значений, границы классов используемых классификаций, масштаб инженерно-геологической съемки территории. Основываясь на требованиях к качеству решения поставленной задачи, можно выбрать методы отбора значений показателей, их анализа, систематизации, накопления, обработки, обобщения полученной совокупности данных.

В различных разделах геологических сведений и различных странах требования к качеству информации сформулированы по разному и имеют отличающиеся характеристики. Для оценки качества геохимических результатов анализа состава горных пород путем сорокалетних исследований были найдены значения составляющих межлабораторной и внутрилаборатор-ной погрешностей оценки параметров стандартных образцов горных пород. В процессе обобщения результатов изучения стандартных образцов горных пород обоснованы требования к точности полных анализов пород [28, 37, 42, 34, 17, 43]. Определены требования к точности измерения концентраций микроэлементов в горных породах [4 6, 21, 51]. Установлены погрешности определения некоторых химических компонентов

в пробах воды [6, 7, 33, ГОСТ 27384-87 ]. При оценке во-допроводимости грунтов представления о качестве результатов полевых исследований имеют лишь логический базис.

Согласно требованиям СНИП П-02-96 инженерные изыскания следует выполнять в соответствии с техническим заданием, в котором должны быть сформулированы требования к точности, надежности, достоверности и обеспеченности необходимых данных при инженерных изысканиях для строительства (п.4,13). Практически это требование не выполняется и инженер-геолог пытается решить эту задачу в зависимости от факторов, которые можно разделить на две группы: а) характеристики проектируемого сооружения; б) свойства грунтов площадки проектируемого строительства с учетом методов их определения.

В зависимости от стадий изысканий, наличия сведений об инженерно-геологических изысканиях прошлых лет и предварительных проектных проработок могут возникнуть следующие ситуации: 1)никаких априорных данных не имеется; 2) имеются предварительные данные о характере проектируемого строительства; 3) имеются предварительные данные о характере проектируемого строительства и свойствах грунтов исследуемой площадки. В каждом случае требования к точности определения характеристик грунтов устанавливается по разному.

3.1. При отсутствии априорных данных требования к точности определения показателей свойств грунтов допускается принимать в соответствии с ГОСТ 20522-96. Согласно которому коэффициент вариации (V) для физических показателей свойств грунтов равен 0,15, а для механических - 0,30.

3.2. При наличии предварительных данных о характере проектируемого строительства требования к точности опре-

деления параметров свойств грунтов зависят от конструктивных особенностей зданий.

Первая попытка обоснования необходимой и достаточной точности показателей свойств пород на основании требований нормативных документов была предпринята A.A. Каганом [22]. Автор обосновывал точность расчетных показателей

модуля деформации (Е) , плотности грунта (р), угла внутреннего трения (ф) и сцепления (С) исходя из принятой в практике проектирования точности инженерных расчетов максимально допустимых осадок сооружений при абсолютной погрешности измерений равной +0,5см, а так же исходя из допустимого давления на породу ( таблица 2 ).

При точности инженерных расчетов не превышающей 10% необходимая точность определения Е, С, р составляет также 10%. Если предельно допустимая величина осадки сооружения равна 8-10см, тогда необходимая точность определения Е, ср и р составит 5-6%. Абсолютная погрешность определения угла внутреннего трения равная 0,5-1° изменяет нормативное давление на 8-10%. Расчеты выполненные A.A.Каганом показали, что максимальная точность расчетных показателей необходимая для рабочего проектирования инженерных сооружений колеблется от 5 до 10%. [22, 36, 45].

Влияние погрешности определения некоторых показателей свойств грунтов основания, а именно модуля деформации, угла внутреннего трения, сцепления, консистенции, на величину расчетных значений проектных решений в дальнейшем рассматривали Загиров Ш.Ш.,Чижевский В.М.,Полуботко A.A., Коренева C.JI. и др. [18, 38, 39] . Ими установлено следующее .

Требуемая точность определения характеристик грунтов [22]

Характерис- Значения ха- Требуемая точность Точность опреде-

тика рактеристики определения ления характеристики в % от ее значения

Модуль 1 0,1 10

деформа- 1-5 0,1-0, 5 10

ции Е, МПа 10-20 1,5-2,5 10-12,5

25-40 2,5-5 12,5

40 5 12,5

Удельное 2 0,15 7,5

сцепление 1-2 0,1-0,15 7,5

С, МПа 0, 5-1 0,05-0,01 10

0,1-0,05 0,01-0,005 10

0,05-0,01 0,005-0,001 10

<0, 01 0,0001 10

Угол >30 2,5 8, 3

внутрен- 25-30 2-2,5 7,5-8,3

него 20-24 1, 5-2 7,5-8,3

трения 15-19 1-1,5 6,6-7,7

ф, град 10-14 0, 5-1 6, 6-7,7

<10 <0, 5 5

Плотность частиц грунта

в любом диапазоне, р3,кН/м3 0,2

Плотность 23 1 4,3

грунта,р 21-23 0, 5 4, 3

кН/ма 18-21 0,5 2,0-2,4

16-18 0, 3 2,0-2,4

16 0,2 1,3

Влажность, >60 3 5

И, % 40-60 2 3,7-5

21-40 1,5 5

10-20 1 5-10

<10 0, 5 5

Влажность >60 4 6, 6

на границе 41-60 3 7,3-5

текучести,

То же, на >30 3 10

границе 21-30 2 9,5-6,7

раскатывания

С уменьшением модуля деформации резко возрастает интенсивность роста осадки грунтов и крен фундаментов. Причем увеличение модуля деформации ( Е ) , начиная с Е равного 20МПа несущественно сказывается на значении осадки. Т.е. влияние погрешности на расчетные деформации будет тем больше, чем меньше величина модуля деформации.

Наибольшее влияние точности определения угла внутреннего трения на величину нормативного давления при наибольших значениях его и наименьших значениях сопротивления. Причем влияние точности определения угла внутреннего трения возрастает с увеличением ширины и глубины заложения фундамента. А наибольшее влияние точности определения сцепления имеет место при минимальных значениях угла внутреннего трения и сцепления, причем с уменьшением ширины и глубины заложения фундамента влияние погрешности определения сцеппения возрастает.

Для обеспечения 10% точности определения деформаций и нормативного давления погрешности в определении Е, ф и С не должны превышать следующих величин дЕ/Е"100 < 10%;дф < 1-1,5°; С < 0, 002-0, 004МПа.

Более детальные исследования требований к точности определения параметров грунтов были проведены сотрудниками ПНИИИС в 1993г. [41]. В результате установлено, что наиболее точные значения параметров требуются тогда, когда результаты дальнейших расчетов оснований и фундаментов функционально зависят от этих параметров. Менее жесткие -при установлении принадлежности показателя к определенному интервалу. Часто к параметрам механических свойств предъявляются требования получения предельных гарантированных значений, выше или ниже которых допускаются практически любые величины. Требования к точности таких

определений весьма низкие. В ряде случаев, когда решаются принципиальные вопросы проектирования, на стадиях предварительных исследований, требуется определить только порядок величин модуля деформации, угла внутреннего трения и сцепления.

Требования к точности определения параметров грунтов в пределах одной площадки проектируемого строительства могут существенно меняться в зависимости от типа сооружаемого объекта. При определении предельной допустимой разности осадок фундаментов колонн зданий, значения осадок зависят от модулей деформации в соседних точках. При этом требования к точности определения модуля деформации очень высоки. При значительной изменчивости грунтов в пределах проектируемого сооружения следует опасаться неравномерных осадок фундаментов из-за различий в сжимаемости грунтов основания. В этом случае предъявляются повышенные требования к точности расчетов оснований и фундаментов.

Требованиями СНиП регламентируются осадки сооружений, а изыскатели определяют модули деформаций. Взаимосвязь между осадкой и модулем деформации выражается формулой СНиП 2.02.01-83

Э = рХог2/р,±'Ь1/Е1 , где

п - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания;

~ среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в 1-ом слое грунта, равном полусумме указанных напряжений на верхней и нижней г± границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

Ь± - толщина 1-ого слоя грунта, см;

Е1 - модуль деформации 1-ого слоя грунта, МПа;

¡3 - безразмерный коэффициент, равный 0,8

Наиболее высокие требования к определению показателей сжимаемости предъявляются при расчете предельной относительной разности осадок соседних фундаментов колонн зданий, соответствующих предельным допустимым деформациям зданий в зависимости от их конструкции. С помощью зависимости между осадкой и модулем деформации можно рассчитать предельно допустимую погрешность определения Е, превышение которой не позволит установить - превысит или нет разность между осадками соседних фундаментов предельно допустимую величину. Полученная величина отнесенная к среднему значечию Е по площадке позволяет оценить точность определения модуля деформации.

Исследования точности определения модуля деформации в пределах условной грунтовой толщи при различных уровнях сжимаемости грунтов основания в условиях строительства различных сооружений, проведенные сотрудниками ПНИИИС в 1993 году, показали, что точность определения Е изменяется в широких пределах в зависимости от конструкции зданий и расстояния между осями колонн, а также от самой величины Е. Значения показателя точности при изменении Е от 10 до ЗОМПа при различных условиях меняется от 0,03 до 0,39Мпа [41].

При более простых инженерно-геологических условиях результаты определения сжимаемости должны обеспечить расчет средней осадки основания сооружения. Согласно СНиП предельно допустимые осадки меняются от 8см для зданий на ленточных фундаментах и отдельных опорах до 30-40см для отдельно стоящих сооружений ( дымовые трубы, силосные корпуса и т.д.). Недопустимые деформации возникают, когда Е уменьшается ниже определенного предела. Минимальный мо-

дуль деформации зависит от ширины фундамента (Ь) и расчетного давления на грунт(R). Для значительной части сооружений при гражданском строительстве Ъ не превышает Зм, a R не превышает 0,25МПа, а минимальный модуль деформации изменяется от 8 до 14МПа. При уменьшении R модуль деформации снижается. При расчете основания сложенного равномерно сжимаемыми грунтами точная величина средней осадки, как правило, не используется. Необходимо лишь выполнение условия Scp < Snp. При этом погрешность определения Е может достигать 0,8-0,9МПа.

Показатели прочностных свойств грунтов ( ср и С ) используются при определении расчетного сопротивления грунта основания, которое является одним из основных показателей определяющих размеры фундамента. Сцепление и угол внутреннего трения влияют на определение ширины фундамента и в конечном итоге сказываются на его стоимости. В строительной практике существуют стандартные размеры фундаментов с шагом 20-30см. Поэтому не любые изменения ср и С сказываются на изменении фундамента. В зависимости от сочетания (р и С требуется различная точность их определения. Для грунтов, несущая способность которых определяется главным образом сцеплением, погрешность определения угла внутреннего трения практически не влияет на конечный результат. И, наоборот, в грунтах, прочность которых определяется углом внутреннего трения, точность определения С не играет существенной роли. Так для глинистых грунтов с ср = 18° точность определения С составляет 0,14-0,20КПа,

а для песков с ф = 38° точность определения С увеличивается до 0,40-0,53КПа.

3.3. При инженерно-геологических изысканиях для рабочей документации обычно имеются предварительные данные о характере проектируемого строительства и свойствах грунтов исследуемой площадки. В этом случае возможно определить требуемую точность параметров грунтов. При этом используется принцип обратной связи. Метод основан на анализе расчетных схем инженерной задачи и позволяет выяснить не только роль геологических факторов в проектных решениях, но и определить интервалы их значений, наиболее сильно влияющие на проектные решения. Технической основой метода может служить модельное вариантное проектирование. При этом часто используются графики зависимости ширины подошвы фундамента от значения угла внутреннего трения и сцепления при различных величинах нагрузки, зависимости толщины фундаментной плиты от модуля деформации, зависимости осадки от модуля деформации, зависимости несущей способности свай от консистенции при различной их длине и т.д. [41] .

4. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗАРУБЕЖНЫХ СТАНДАРТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРИЯХ.

Сведения о грунтах необходимые для проектирования и строительства инженерных сооружений в большинстве случаев получают в инженерно-геологических лабораториях путем различных испытаний. Испытания грунтов проводят в соответствии с действующими нормативными документами. В настоящее время существует более 100 нормативных документов, регламентирующих методы и методики определения свойств грунтов. Во многих странах мира имеются свои оригинальные стандарты на определение характеристик различных грунтов. В большинстве случаев они входят в раздел земляных работ промышленных стандартов страны. В России -это ГОСТы, в Германии - DIN, во Франции - NF, Великобритании - BS, США - ANSI/ASTM D, в Японии - А, Швеции -BST, Югославии - JUS, Венгрии - NSZ, Австрии -ONORM, Индии -IS, Норвегии - NS, Испании - UNE, Австралии - AS и т.д.

Все существующие нормативные документы и стандарты на методы определения инженерно-геологических характеристик грунтов регламентируют методы определения характеристик, используемые приборы и методики определения, устанавливают применяемые термины и основные понятия, порядок проведения и содержание работ по измерению характеристик, проводят классифицирование грунтов. Во многих из них даются предельно допустимые расхождения между параллельными определениями, иногда приводятся характеристики инструментальной погрешности.

В результате анализа используемых в разных странах нормативных документов и стандартов устанавливающих ме-

тоды, методики и приборы для определения показателей свойств грунтов установлена для некоторых свойств грунтов идентичность определяемых показателей. Для других выявлены существенные различия используемых приборов, приспособлений и операций. Некоторые методы и методики используемые для определения отдельных показателей физических свойств грунтов практически одинаковы во всех странах. Другие отличаются отдельными операциями в проведении опытов, в подготовке грунта к испытаниям, или конструкциями используемых приборов. Наконец, несколько характеристик грунтов определяются совершенно разными методами (таблица 3) .

Таблица 3

Сопоставление методик определения характеристик грунтов

в России и США.

Храктеристики грунтов, определяемые по принципиально различным мето дикам или приборам Характеристики грунтов, при определении которых отличаются отдельные операции и подготовка грунта к испытаниям Характеристики грунтов,определяемые по практически одинаковым методикам

Влажность на границе текучести; модуль деформации для дорожного строительства; угол внутреннего трения; сцепление; показатель консистенции . Плотность грунта; плотность частиц грунта; плотность песка при рыхлом и плотном сложении; влажность на границе раскатывания; гранулометрический состав грунтов.. Естественная влажность

В лабораториях всех стран определяются следующие показатели грунта: влажность (VI) , характеристики плотности (плотность частиц грунта(ра) , плотность грунта(р) , плотность грунта при рыхлом и плотном сложении), влажности на границе текучести (ЭДЪ) и раскатывания (Т/7Р) , коэффициент фильтрации(Кф) , набухание, гранулометрический состав, модуль деформации(Е), угол внутреннего трения(ф) и сцепление (С). Расчетным путем на основании этих характеристик вычисляются число пластичности(1Р) , показатель консистенции (1Ь), плотность сухого грунта (ра), коэффициент пористости (е) и пористость(п), коэффициент окатанности.

Содержание влаги в грунте во всех лабораториях определяется методом высушивания и взвешивания. В большинстве стран при этом используется термостатновесовой метод. Однако, есть страны, например Австралия, где наряду с термостатами для высушивания используются микроволновые печи, песчаные бани и инфракрасное излучение (АЭ 1289.2.1.1 -92), или центрифуги (Япония А 1209-78).

Плотность частиц грунта везде определяется пикнометри-ческим методом. При этом различаются форма пикнометров, их тип, способы предварительной подготовки грунта, приемы взвешивания, время кипячения.

Стандартные методики проведения анализов по изучению плотности песчаного грунта в плотном и рыхлом сложении отсутствуют. Оценка плотности песчаного грунта при плотном сложении выполняется везде с помощью постепенного уплотнения песка постукиванием. Однако, различаются размеры емкости, материал и способ трамбовки. Способы определения плотности при рыхлом сложении также весьма различны и

включают использование воронки, спирали, наклонного желоба .

Гранулометрический состав - одна из важнейших характеристик грунтов, используемых для классифицирования, опре-деделения неоднородности, расчетного сопротивления, косвенной оценки прочностных и деформационных свойств, изготовления оптимальных смесей, добавок растворов и т.п. Методы определения гранулометрического состава грунтов объединяют в три группы: 1) основанные на выделении образующих группу фракций (ситовой, пипеточный и т.д.); 2) без выделения исследуемых фракций, по оценке изменения физических свойств приготовленной суспензии (ареометри-ческий, седиментографический и т.д.); 3) прямого обмера и подсчета частиц под микроскопом с помощью автоматических устройств.

Методы гранулометрического анализа сильно отличаются. За рубежом (США, Латиноамериканские страны, большинство стран Африки и Азии) при проведении гранулометрического анализа широко используются, принятые в США стандарты АЫ31/А8ТМ Б 421 и Б 422. Согласно этим стандартам выделение образующих грунты фракций проводится ситовым методом. При этом сита американского стандарта имеют квадратные отверстия, а не круглые как в стандартах России и стран Западной Европы.

Для глинистых грунтов основным методом определения гранулометрического состава во всех странах является аре-ометрический. Иногда используются седиментографический, фотосидементографический, пипеточный. Подготовка проб для ареометрического метода исследования гранулометрического состава и сами испытания имеют небольшие различия в отдельных странах.

В качестве влажностных характеристик глинистых грунтов в настоящее время используются выделенные А.Аттербергом пределы пластичности и текучести и разница между ними -число пластичности.

При определении границы раскатывания во всех странах используется метод раскатывания. Используемые при анализе стандарты отличаются лишь процессом подготовки образца к анализу, где просев пробы производится согласно ГОСТ через сито с круглыми отверстиями с размером ячеек 1мм; согласно стандартам стран Западной Европы - через сито с отверстием 0,4мм, а по американским стандартам через сито с квадратными отверстиями.

Для определения границы текучести используются три различных метода: А.Аттерберга, А.Казагранде и А.Васильева. Наибольшее распространение получили два последних.

А. Аттербергом разработаны первые инструкции по определению предела текучести, которым до сих пор следуют некоторые западноевропейские страны (Югославия, Босния и Герцеговина JUS U.B1.020-80, Испания UNE 7-377-75). Согласно им предел текучести определяется с помощью ударов фарфоровой чашечки с грунтом падающей с высоты бсм на резиновую прокладку. Результаты определения показателя при этом в значительной мере зависят от испытателя. Кроме того для отдельных видов грунтов способных выделять воду при толчках наблюдается скольжение глинистой массы по стенкам чашки. Это сильно искажает результаты.

В 1932г. А.Казагранде предложил для определения предела текучести использовать специальный прибор, состоящий из латунной чашки, ручки и кулачкового упора. Последний, вращаемый ручкой, позволяет подниматься и падать чашке с грунтом. Высота подъема чашки устанавливается равной

10мм. Предел текучести устанавливается с помощью кривой текучести, которая показывает число ударов потребовавшихся для заплывания в грунте борозды в 13мм. При этом методе также наблюдается выпотевание или разжижение образца в результате частых ударов. Данный метод определения предела текучести используется в настоящее время в большинстве зарубежных стран ( США ASTM D4318-84, Куба NC 54-139-87, государства Латинской Америки, Азии и Африки многие страны Европы: Германия DIN 18122-7 6, Великобритания BS 812, Венгрия MSZ 18094-73 и др.).

В России, странах СНГ ( ГОСТ 5180-84 ), Швеции (SS 027120-90), Монголии (YCT 2308-83) для определения границы текучести используется метод балансирного конуса, разработанный А.М.Васильевым в 194 9г. Конус высотой 25мм, с углом при вершине 30 и с круговой меткой на расстоянии 10мм от вершины, закрепленный на балансирном устройстве, свободно опускается на поверхность грунтового теста, находящегося в металлическом стаканчике высотой 2см и диаметром 4см. Предел текучести считается достигнутым если конус за 5сек. погружается в грунт до метки.

Деформационные характеристики грунтов определяются с помощью компрессионных испытаний на различных приборах. Только в России используются приборы трех типов, отличающиеся размерами испытываемого образца. Кроме этого различаются условия проведения опытов. За рубежом большое распространение в настоящее время получили полуавтоматические и автоматические приборы, а также приборы позволяющие ускорять процесс консолидации. В результате испытаний строятся компрессионные кривые и определяется модуль деформации. В настоящее время отсутствует стандартный прибор и метод для определения деформационных характерис-

тик грунта. В Германии стандарт на определение деформационных характеристик грунтов отсутствует.

Исследование прочностных свойств грунтов весьма сложная задача, связанная с неадекватностью лабораторной модели реальному состоянию и поведению грунтов. В настоящее, время не существует стандартных методик и приборов для определения прочностных характеристик грунтов. Различаются формы образцов (в одних странах они круглые, как в России; в других - квадратные, как в Германии); период консолидации; методы фиксации деформаций; способы передачи нагрузок. Наиболее распространенными во всех странах характеристиками прочностных свойств грунтов являются угол внутреннего трения и сцепление.

Выводы.

1. Характеристики грунтов, используемые для проектирования и строительства, определяются согласно государственным стандартам соответствующей страны или принятой в ней методики.

2. Наибольшее распространение в различных странах получили стандарты США (АЫЭ1/АЗТМ Б) (Германия, Великобритания, Австралия, страны Латинской Америки и Африки и др.) и России (ГОСТ)( Узбекистан, Украина,. Велорусь, Болгария, Монголия идр.). Нормативные документы большинства других стран ( Польша, Китай, Чехия и др.) используют методы, методики и приборы этих госу-дарств с незначительными изменениями.

3. Некоторые методы и методики, используемые для определения показателей физических свойств грунтов практически одинаковы во всех странах. Другие отличаются отдельными операциями в проведении опытов, в подготовке грунта к испытаниям или конструкциями используемых приборов. Нес-

колько характеристик грунтов определяются совершенно разными методами.

4. Показатели некоторых свойств грунтов, получаемые в инженерно-геологичес ких лабораториях разных стран существенно различаются между собой.

5. Используемые в инженерно-геологической практике нормативные документы (стандарты, руководства, инструкции и др.) в различной степени учитывают часть факторов (в методиках опытов; условиях хранения; устройстве применяемой аппаратуры) существенно влияющие на результаты определения характеристик грунтов.

6. В нормативных документах отсутствуют обоснованные характеристики погрешностей показателей свойств грунтов, которые можно было бы использовать при оценке их качества .

5. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЛАБОРАТОРНОЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Отсутствие эталонов, мер, стандартных образцов характеристик грунтов затрудняет оценку качества результатов лабораторных исследований. Согласно существующим стандартам для оценки качества лабораторного изучения грунтов могут быть использованы значения погрешностей характеристик грунтов, зависящие от особенностей объекта изучения, метода и методики их оценки, метрологических свойств средств измерения, единиц измерения, индивидуальных особенностей лаборанта, лаборатории.

Оценка качества лабораторного определения характеристик свойств грунтов должна проводиться не случайно, а систематически по обоснованной, специально разработанной методике. В геохимии [2, 7,], гидрогеохимии [8] такие методики имеются. В 197 9 году М.И.Горальчук на основе общепринятых теоретических положений была разработана, пови-димому, первая в инженерной геологии "Инструкция по внутреннему и внешнему арбитражному контролю качества испытаний инженерно-геологических свойств горных пород". Однако, распространения она не получила.

Настоящая методика оценки качества лабораторного определения характеристик грунтов основана на следующих положениях :

- необходимости постоянной оценки и регулирования воспроизводимости и правильности результатов лабораторных испытаний грунтов;

- невозможности в большинстве случаев повторения испытаний образцов грунта, что требует оперативной оценки

систематической и случайной составляющих погрешности определения характеристик грунтов;

- обеспечение возможности учета погрешностей при дальнейшем статистическом анализе информации;

- обеспечение соответствующей точности лабораторных определений характеристик грунтов при соответствующих предъявляемых к ним требованиях.

Для решения этой задачи на кафедре инженерной геологии МГГА путем многолетних экспериментов, проведенных в 2 6 инженерно-геологических лабораториях, определили точность лабораторных анализов комплекса показателей физических и физико-механических свойств песчаных и глинистых грунтов в широком диапазоне их изменения, получили оценки случайной и систематической составляющих погрешности лабораторных анализов, отвечающих требованиям Государственной системы обеспечения единства измерений. Эти данные позволили разработать методику оценки, контроля и управления качеством характеристик грунтов, определяемых в инженерно-геологических лабораториях.

Разработка методики оценки качества определения характеристик грунтов включала в себя следующие операции.

1. Выбор контролируемых величин.

2. Оценку допусков.

3. Определение числа необходимых для осуществления корректной оценки качества образцов и лабораторий.

4. Определение периода оценки качества.

5. Организацию оценки качества.

Суть методики заключается в следующем. В группу инженерно-геологических лабораторий рассылалась по несколько (п) монолитов-близнецов, вырезанных из одного искусственно изготовленного квазиоднородного по составу и свойствам

монолита или стандартных образцов грунта. В качестве исходного материала использовался набор грунтов, иммитирую-щих систему стандартных образцов, включающих пески, супеси, суглинки и глины. В ведомости - заявке (приложение 1) каждой лаборатории предлагалось определить комплекс показателей свойств грунтов и ГОСТы, инструкции или конкретный вариант методики их оценки. Совместная обработка полученных результатов лабораторных анализов выполнялась с помощью дисперсионного анализа по известной методике[35]. В итоге эксперимента получили для каждого показателя свойств грунтов межлабораторные (сгм) и внутрилабораторные (сгв) оценки воспроизводимости, являющиеся характеристиками соответственно систематической и случайной погрешностей измерений в инженерно-геологической лаборатории согласно МИ 1317-86 и, следовательно, объективными мерами точности используемых методов измерений. Величины погрешностей могут использоваться для характеристики качества результатов измерений показателей свойств грунтов, выполняемых любой инженерно-геологической лабораторией. Расчеты выполняются следующим образом.

Вычисляют среднее арифметическое значение показателя в каждой 1-ой лаборатории ( х± ) и генеральное среднее арифметическое для всех лабораторий (X ):

X! =£хзд/п ; X = Ех±/к , где п ( 1=1-п )- количество монолитов, исследованных в

1-ой лаборатории; Хз/± - частное определение показателя;

к ( 1=1-к )- количество лабораторий, участвующих в эксперименте.

В качестве частной характеристики систематической составляющей погрешности лабораторного определения характеристик грунтов используется разность ( А± ) между средним значением характеристики, полученным в лаборатории и ее генеральным средним значением.

Для оценки случайной составляющей погрешности используется ошибка внутрилабораторной воспроизводимости - аВ1.

<Ув,1 = X!)2 / (П-1) ] 0,5

Величины случайной и систематической погрешностей определения вычисляют по формулам

ов = £ств±/п ; ам = {[Е(х±-Х)2/(к-1)]-ств2/п }0'5

Величины систематической и случайной погрешностей измерений различны для разных типов грунтов, но в рамках типа могут использоваться для характеристики качества измерений показателей свойств грунтов. В таблице 4 приведены некоторые значения ств и ам, полученные для исследованных в процессе межлабораторного эксперимента песчаных и глинистых грунтов.

Сравнение Д± и ав± с допусками или принятыми ведомством контрольными значениями различных уровней позволяет регулировать качество лабораторных анализов в любой инженерно-геологической лаборатории, выявлять недостатки в определении характеристик грунтов, корректировать технологию лабораторных испытаний грунтов и устранить или уменьшить влияние погрешностей.

Таблица 4

Оценки случайной (6В) и систематической (8М) составляющих погрешности измерения показателей свойств песчаных и глинистых грунтов.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРЕШНОСТИ

ПЕСОК СУПЕСЬ СУГЛИНОК ГЛИНА

8М бв 5М 5В §м бв бм бв

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Влажность,ДО, % 0, 6 0,7 0,7 0, 8 1,0 0, 6 1,6 1, 3

Плотность частиц грунта, р3, г/см3 0.011 0.009 0.013 0.008 0.025 0.008 0.038 0.013

Плотность грнта, р, г/см3 0.030 0.028 0. 023 0.027 0.026 0.022 0.020 0.020

Плотность грунта при рыхлом сложении, рр/ г/см3 0.030 0.021

Плотность грунта при плотном сложении, рп, г/см3 0.062 0.022

Влажность на границе раскатывания, % 1.4 0.6 2.2 0.6 5.4 2.1

Влажность на границе текучести, % 0.9 0. б 1.5 0.6 5.2 3.2

Угол внутреннего трения,ф,град. 2.8 гН • СМ 2.8 2.0 4.1 2.9 2.8 2.4

Сцепление,С,МПа 0.007 0.006 0.016 0.014 0.009 0.009

Модуль деформации, Е, МПа 4.4 3. б 1.9 2.1 1.0 1.0 0.3 0.2

Коэффициент фильтрации, Кф,м/ сут 3.3 1.2

Оценка допусков.

Для интерпретации результатов оценки погрешностей измерений одним из главных является вопрос установления допусков или контрольных уровней. Критериями выбора их могут быть требования проекта сооружения, ведомственные нормативы, опытные данные.

Границами зон приемлемых значений сгВ1 и А± следует считать величины погрешности, за пределы которых выход контролируемых параметров с выбранной доверительной вероятностью недопустим. В основе выбора границ лежат устнов-ленные экспериментально оценки ошибок внутрилабораторной (ав) и межлабораторной (<тм ) воспроизводимости данных испытаний грунтов. При обработке результатов многих экспериментальных значений систематических и случайных погрешностей измерений характеристик грунтов были установлены зоны приемлемых значений контролируемых оценок трех уровней (^1, ) • Выход контролируемых оценок за границы зоны приемлемых значений третьего уровня обусловлен, как правило, грубыми ошибками. Критерии принятые при выборе границ контроля показаны в таблице 5.

__Таблица 5

Уровень контроля % Границы зон приемлемых значений Вероятность выхода результатов

±А± ств±

1 ±0.7 0.7 0.5

П + 1.0 1.0 0.3

Ш ±1.6 1.6 0.1

Результаты расчета контролируемых параметров наносят на контрольную карту ( рис.1 ), проверяют их положение относительно границ регулирования и, в зависимости от их мес-

д

о.ое-

0.0'1-о.оЪ о ■ -002--о,о4 • -0,06-

б,

орк-

оог

' 9о| ' ГОДЫ

-I—г

w

д

0,06-

орЬ-о,о2 о --оог--орЧ--0,06-

б«

. 0,06-

ОМ 002-

к

~Г9о\ ' ГОДЫ

л

0,05

0,020,01 0--Ор1

-орг--о.оз-

б,

00/-

■ '901 ' г о д н

Д

0,06-

о.ог о

-орг -ооН--0066 0,0(г

'БЫ

004 0,02-

Л 0,06

оМ-

оог-

о-

-0,0 2-

-0,0^

-0,06-

б.

00^-

оог-

Л

У,

Заключение диссертации по теме «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение», Лега, Елена Аркадьевна

Выводы.

1. Характеристики грунтов, используемые для проектирования и строительства, определяются согласно государственным стандартам соответствующей страны или принятой в ней методики.

2. Наибольшее распространение в различных странах получили стандарты США (АЫЭ1/АЗТМ Б) (Германия, Великобритания, Австралия, страны Латинской Америки и Африки и др.) и России (ГОСТ)( Узбекистан, Украина,. Велорусь, Болгария, Монголия идр.). Нормативные документы большинства других стран ( Польша, Китай, Чехия и др.) используют методы, методики и приборы этих госу-дарств с незначительными изменениями.

3. Некоторые методы и методики, используемые для определения показателей физических свойств грунтов практически одинаковы во всех странах. Другие отличаются отдельными операциями в проведении опытов, в подготовке грунта к испытаниям или конструкциями используемых приборов. Несколько характеристик грунтов определяются совершенно разными методами.