ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ПНИИИС)

ПОСОБИЕ

ПО РАСЧЕТАМ ОПРОБОВАНИЯ ГРУНТОВ

ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ

ИЗЫСКАНИЯХ

ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

МОСКВА 1975

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ПНИИИС)

ПОСОБИЕ

ПО РАСЧЕТАМ ОПРОБОВАНИЯ ГРУНТОВ

ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ

ИЗЫСКАНИЯХ

ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

МОСКВА СТРОИИЗДАТ

1976

Лений Сц, Известно также, что между показателем L_n и некоторым другим простейшим показателем L_K имеется линейная корреляционная зависимость с коэффициентом корреляции г (способ расчета коэффициента корреляции и уравнения регрессии приведен в приложении). Тогда целесообразно использовать уравнение корреляционной связи L_n=f(L_1{) для замены дорогостоящих прямых определений дешевыми определениями L_K с последующим вычислением значений Ь_п по этому уравнению.

При этом следует решить вопрос, достаточно ли тесна корреляционная зависимость, чтобы подобная процедура была оправдана. Если задачей является оценка среднего значения показателя L_n, ответ дается следующим правилом: применение косвенного метода оценки La пересчетом через уравнение регрессии целесообразно при условии выполнения неравенства

го

где [ р |—абсолютная величина истинного коэффициента корреляции. Неравенство (3) является модификацией КМЗ (1).

2.8.    На практике мы располагаем лишь статистическими оценками р-нвыборочными значениями коэффициента корреляции г. Чтобы избежать ошибок при решении вопроса о выборе того или иного метода, надлежит поступать нижеследующим образом.

2.9.    В тех случаях, когда выборочное значение

|г|> у тг > следует в (3) использовать нижнюю дове-

Г Сц

ригельную границу коэффициента корреляции г_а , где а—уровень значимости; если И < ]/^г—верхнюю

границу г_а. Если при этой замене знак исходного неравенства не изменился, то выбор осуществляется в соответствии с КМЭ. При перемене знака на противоположный КМЭ не дает ответа на вопрос о выборе метода. В этом случае необходимо либо увеличить объем параллельных определений для более точной оценки величины р, либо воспользоваться для выбора метода какими-то другими соображениями (например, соображениями удобства, быстроты проведения работ и т. п.). Для того чтобы упростить пользование критерием (3), составлены

номограммы для 95 и 99% доверительных вероятностей (рис. 1)¹.

2.10. Решение вопроса на основе КМЭ, как и в п. 2.4, обеспечивает достижение максимальной точности оцен-

ки при фиксированных затратах или минимизацию затрат для достижения заданной точности.

Примеры выбора метода определения свойств грунтов

Пример 1. При изучении суглинков на территории строящегося в Рязанской области филиала з-да ЗИЛ наряду с дорогостоящими штамповыми определениями

деформируемости суглинков производились более дешевые компрессионные испытания. Уравнение регрессии и коэффициент корреляции между результатами штампо-вых и компрессионных испытаний (способ расчета в приложении) таковы:

Е = 7.18    — 36.5;

шг ^{2 2}-^компр » ²

г = 0,94 при N_m = 13 пар.параллельных определений.

При решении вопроса о выборе метода будем исходить из представления, что штамповые испытания дают истинные значения модуля деформации, компрессионные же—лишь некую косвенную характеристику, ценность которой состоит в возможности перехода к значениям Етт с помощью уравнения регрессии. Определяем стоимости прямого и косвенного определений.

Стоимость единичного испытания грунта штампом площадью 5000 см² в шурфе нагрузкой до 5 кгс— 440 руб.²

Проходка шурфа глубиной до б м—267 руб.

Итого с_п=707 руб. Стоимость компрессионного испытания — 29 руб.

Отбор монолита—7 руб. Проходка шурфа—267 руб.

Итого — с_к=303 руб.

Таким образом,

Так как г=0,94, то по неравенству (3)

0,94>0,65.

Нижняя граница выборочного коэффициента корреляции г95% =0,76 (см. приложение):

^rm>Vi> 0.76>0,65.

Знак неравенства не изменился и, следовательно, предпочтительнее метод компрессионных испытаний с оценкой истинного модуля деформации (штампового) через приведенное выше уравнение регрессии.

Пример 2. Рассмотрим вопрос о выборе метода исследования для оценки модуля деформации лесоов Ду-най-Днестровского массива. Здесь выполнено 48 параллельных определений штампами и в компрессионных приборах. По Мдк—48 параллельным определениям г= =0,33 и неравенство (3) не выполняется. Используя верхнюю границу доверительного интервала г95% =0,66, подучаем

^г95% ⁼ 0,56 <0,65,

Так как неравенство (3) не выполняется, то следует отдать предпочтение прямому (штамповому) методу изучения деформируемости.

С другой стороны, для лессов выявлена тесная связь модуля деформация с показателем динамической пене-трации (Я—приведенное число ударов)

£шг = 43,4# + 10,9; г = 0,87; N_mt = 26.

Проверим целесообразно ли продолжать штамповые испытания или можно ограничиться динамической пене-трацией (стоимость единичного определения—21 руб). Отношение стоимостей

Обращаясь к неравенству (3), делаем вывод, что и при существенно меньшей величине коэффициента корреляции при исследовании лесоов Дунай-Дчестровского массива орошения в дальнейшем предпочтительно использовать пенетрацию.

Пример 3. Использование номограммы.

Чтобы избежать несложных, но часто повторяющихся вычислений доверительных границ коэффициентов корреляции при использовании КМЭ, на рис. 1 приведены специальные номограммы для уровней значимости 0,05 и 0,01. Номограммы позволяют принять решение о выбо-

ре метода по критерию

13

Пусть, например, по результатам 30 параллельных определений требуется_принять решение о выборе метода при |г| = 0,8 п]/^с^ —0,5. Пусть а=0,05. В точке

N_m='30 оси абсцисс номограммы восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривыми 0,8. Получаем верхнюю и нижнюю доверительную границы для р (равные соответственно 0,90 и 0,62). Нижняя доверительная граница находится выше горизонтальной линии с ординатой    =0,5.

' ^са

Следовательно, косвенный метод предпочтительнее.

Если верхняя доверительная граница лежит ниже горизонтальной линии с ординатой -, то предпочтительнее прямой метод оценки показателя. В тех случаях, когда |/^- попадает в интервал между значениями

верхней и нижней границ доверительного интервала для коэффициента корреляции, выбор метода исследования определяется факторами, не учтенными в КМЭ.

Оценка нормативного значения показателя и его дисперсии по разноточным наблюдениям (включая комплекс прямых и косвенных признаков)

2.11.    Во всех случаях использования разноточных (в том числе прямых и косвенных) методов исследования физико-механических свойств грунтов на завершающем этапе исследования необходимо использовать всю накопленную информацию для максимально точной оценки нормативных и расчетных значений показателей. При этом надлежит использовать все независимые (т. е. выполненные в разных точках массива) определения исследуемого свойства. Из числа параллельных определений (выполненных в одних и тех же точках прямым и косвенным методами для установления корреляционной связи) используются только прямые; косвенные не дают в этом случае никакой дополнительной информации.

2.12.    Одновременный учет результатов прямых Ln и косвенных L_K определений осуществляется по формуле

14

Zn^Vn+2 4^/)Л'/'/

I--,    (4)

fl

Nn + ^Njrf

/=1

где L_a — оценка среднего значения показателя по результатам прямых определений;

N_n — число определений показателя L_n прямым ме-_ то дом;

Lk*—оценки средних значений того же показателя, выполненные пересчетом по уравнениям регрессии интересующего нас показателя с /-м косвенным признаком по Nj определениям косвенного признака; гj — коэффициенты корреляции, характеризующие тесноту используемых линейных корреляционных связей между прямым и косвенным показателями.

п — общее число (/= 1,2, .... п) используемых кос-венньи^признаков.

2.13.    Оценку L по формуле (4) следует использовать взамен обычно употребляющегося среднего арифметического, вычисляемого только по прямым или только по косвенным определениям.

2.14.    Дисперсия этой комплексной оценки L рассчитывается по формуле

'1—п- W

2*/'/

/=1

где с|п —дисперсия прямых определений, рассчитанная обычным способом (см. приложение).

2.16. Доверительный интервал для неизвестного истинного значения ML при использовании оценок (4)— (4') заметно сужается (см. примеры). Оценка дисперсии (4') является приближенной. При практических расчетах целесообразно ширину доверительного интервала рассчитывать по прямым определениям, помещая его центр в точке L, рассчитанной по (4). Оценка (4') слу-

жит для ориентировочного суждения о величине получаемого выигрыша в точности.

2.16. При использовании разноточных прямых определений одного и того же показателя (прн отсутствии систематических расхождений) среднее значение результата надлежит вычислять по формуле

где Li — средние, вычисляемые по Ni определениям признака t-м методом (1=1, 2с дисперсией ah

Дисперсия этой оценки

=--- (6)

23

/=1

должна быть использована при построении доверитель» ного интервала для выбора расчетных значений показа» теля L.

Пример оценки среднего значения показателей свойств пород по комплексу прямых и косвенных определений

Воспользуемся приведенным ранее материалом по Рязани. Рассмотрим, какой эффект может быть получен за счет использования косвенных характеристик грунтов при вычислении максимально эффективной оценки такого важного показателя, как модуль деформации, при ограниченном числе его прямых определений посредством полевых испытаний штампом Дшт.

Для суглинков Рязанской области рассчитаны уравнения регрессии и коэффициенты корреляции между значениями модуля деформации по штамоовым испытаниям, с одной стороны, и значениями коэффициента по»

16

Р'встости и результатами компрессионных испытаний, с другой:

Е_т = 1702,20 —1825,9 г; г = 0,62 (N_nK = 17);

⁼ 7,180^компр — 35,50; г = 0,94 (Л^пк“13):

£шт по 17 определениям равно 380-10° Па±70- 10^Б Па. С учетом 35 дополнительных определений коэффициента пористости рассчитываем 35 косвенных значений £шт по уравнению регрессии. Оценка доверительного интервала с учетом косвенных определений по (4):

Е_ШТ = 330-10» Па ± 50-10» Па.

Если помимо штамповых наблюдений учесть 55 испытаний на компрессионном приборе, то доверительный интервал

Е_шт = 380-10» Па ± 40-10» Па.

Совместный учет компрессионных испытаний и пористости приводит к доверительному интервалу Е_т = 370-10» Па ± 30-10» Па,

Так как в расчете использованы выборочные оценки коэффициента корреляции, то полученный интервал несколько заужен. При практических расчетах надежности следует использовать оценку среднеквадратичного отклонения по прямым наблюдениям (70-10⁵ Па), а среднее значение L по (4), т. е.

Ешт - 370-10» Па ± 70-10» Па.

3, ОПТИМАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ ЧИСЛА ТОЧЕК ОПРОБОВАНИЯ И ЧИСЛА ТЕХНИЧЕСКИХ СКВАЖИН®

3.1. При инженерно-геологических исследованиях часто возникает задача оценки среднего значения показателя свойств грунтов:

^г=яу2^£'-    <³>

/«1

При обычном способе расчета дисперсии этой оценки (ом. приложение) предполагается, что значения показателей распределены в массиве грунтов совершенно беспорядочно. В реальных же массивах всегда существуют элементы неоднородности разных масштабов: более мелкие, обусловливающие вариацию показателя на небольших расстояниях, и более крупные, связанные с изменениями средних значений показателя от одной части массива к другой. При опробовании горных выработок эти разномасштабные элементы неоднородности проявляются в возникновении двух составляющих разброса данных: межскважинной и внутрискважинной.

3.    2

'меж . °вв /    ⁺    in    *

DL

(8)

3.2. В этом случае дисперсия среднего значения показателя свойств грунтов рассчитывается с учетом межскважинной и внутрискважинной составляющих дисперсии. Межскважинная составляющая дисперсии определяется флуктуацией средних по скважинам значений показателя; внутрискважинная—флуктуацией индивидуальных значений показателя в пределах окважин:

где    / — число скважин, пробуренных на рае»

сматриваемом участке; п—число проб, отбираемых и анализа» руемых из каждой скважины; о lea и Свв — компоненты дисперсии, вычисляемые на основе однофакторного дисперсного анализа (см. приложение).

3.3. При указанном в п. 3.1. строении грунтового массива точность оценки нормативных и расчетных значений показателей зависит от соотношения числа технических выработок / и числа проб п. Максимальная точность достигается при определенном (оптимальном) соотношении /ив. Это же соотношение позволяет достигнуть заданной точности при минимальных затратах на бурение и опробование.

п

Фиксируя DL и минимизируя затраты на бурение технических скважин и опробование, определяем оптимальное число проб в скважине

(9)

где Сок и Сцр — соответственно стоимость проходки скважины и стоимость отбора и анализа одной пробы.

3.4. Число технических скважин рассчитывается по формуле

где DL — величина дисперсии среднего значения оцениваемого показателя (т. е. точность), которая должна быть достигнута в результате опробования.

3.5. Если же (как это нередко бывает на практике) фиксирована суммарная стоимость с опробования и бурения технических аиважин, то число последних с учетом оптимальной детальности их опробования оценивается из выражения

Сек + Сир я* '

3.6.    Свойства полученного решения (9) таковы, что нет необходимости отбирать из каждой технической скважины в точности п* проб. Иногда это технически невыполнимо. Доказано, что небольшие отклонения от и* в отдельных скважинах при сохранении общего числа проб незначительно сказываются на точности оценки исследуемых показателей.

3.7.    Теоретические решения содержат дисперсии исследуемых показателей свойств грунтов основания. Эти показатели могут быть рассчитаны по результатам инженерно-геологической съемки, по фондовым данным или результатам инженерно-геологических исследований на сходных в геологическом отношении участках. Такой подход позволяет планировать проводящиеся изыскания в виде двухэтапной процедуры, эффективность которой доказана теоретически.

Пример определения оптимального соотношения между числом технических скважин и проб с целью оценки среднего значения показателей свойств грунтов

Требуется спланировать бурение и опробование Первомайского месторождения пильных известняков в Дербентском районе Дагестана. Подробно рассмотрим порядок действий.

19

1. По результатам инженерно-геологических исследований на сопредельных или сходных в геологическом отношении участках, а также по фондовым материалам рассчитывается среднее значение изучаемого показателя и оцениваются- компоненты общей дисперсии методом однофакторного дисперсионного анализа. Для этой цели в данном случае можно воспользоваться результатами ранее проведенных работ на расположенном поблизости и в сходных геологических условиях Дербентском месторождении. По этим данным вычислены (приложение, п. 2) оценки внутрискважинной и меженважинной составляющих дисперсии предела прочности oL =320,2Х ХЮ⁵ Па, Одеж =378,2 • 10^б Па (предел прочности является той основной характеристикой, которая используется при назначении марки известняка, как строительного камня).

2.    По данным о геологическом строении площадки (например, результатам инженерно-геологической съемки) и в зависимости от поставленной задачи определяется средняя глубина проходки скважин; в зависимости от категории грунтов по буримости устанавливается стоимость проходки 1 м скважины и средняя стоимость проходки одной скважины. Одновременно устанавливается стоимость монолита и анализа одной пробы.

Подошва продуктивной толщи на Первомайском месторождении находится на глубине 12 м, породы относятся ко II категории по буримости, чем и определяется глубина и стоимость проходки разведочных скважин (Гек=264 руб). Стоимость отбора одного монолита и единичное определение предела прочности при раздавливании Сцр= 11,2 руб.

3.    Далее задача может ставиться одним из двух способов. Если уточняется план опробования тогда, когда программа изысканий уже составлена, ставится задача наилучшего использования средств (т. е. при фиксированных затратах требуется максимальная точность оценки среднего значения показателя).

Если составляется программа изысканий, имеется возможность обоснованно оценить объемы опробования и число технических скважин, а следовательно, и объем работ в денежном выражении.

Назначаем точность о=5-10^б Па — величину допустимого среднеквадратичного отклонения среднего предела прочности. Другими словами, нам необходимо, чтобы

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящем Пособив освещаются вопросы инженерно-геологического опробования методами математической статистики. Пособие содержит алгоритмы принятия решений инженером-геологом в простейших задачах оптимизации опробования и оценки необходимого числа наблюдений. Оно адресовано изыскателям-практинам; изложенный материал не требует от читателя специальной математической подготовки, рекомендуемые процедуры изложены подробно, алгоритмы расчетов расписаны по пунктам и сопровождаются примерами расчетов.

Изложение материала построено так, чтобы последовательно отвечать на вопросы, которые приходится разрешать инженеру-геологу в практике изысканий. Вначале рассмотрены задачи о выборе из ряда методов исследования, отличающихся по точности и стоимости, наиболее подходящего, затем об оптимальном соотношении числа технических выработок и отбираемых из них проб и о распределении точек опробования по разрезу слоистой толщи. Последний раздел посвящен процедурам определения необходимого числа наблюдений для достижения заданной точности и надежности оценки нормативного значения варьирующего показателя.

Работа составлена канд. техн. наук М. Т. Ойзерма-ном и мл. науч. сотрудником Б. Г. Слепцовым под руководством д-ра геол.-минер. наук М. В. Раца на основании теоретических разработок, выполненных лабораторией математических методов ПНИИИС.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    В настоящем Пособии изложены математические приемы, позволяющие принимать научно обоснованные оптимальные решения при планировании опробования массивов грунтов. Рекомендуемые алгоритмы моделируют соображения, которыми руководствуется на практике опытный инженер-геолог, принимая те или иные методические решения.

1.2.    Решение изыскательских задач, которым посвящено данное пособие, требует точных сведений об инженерных задачах, решаемых обычно проектировщиками по результатам изысканий. В Пособии рассматриваются только интегральные инженерные задачи, т. е. такие, в ходе решения которых производится осреднение нерегулярно меняющихся в пространстве свойств горных пород. Примерами таких задач являются расчет фильтрационного расхода, определение осадки сооружений и т. д. Не рассматриваются задачи, решение которых определяется экстремальными свойствами пород в «слабом звене».

1.3 Алгоритмические решения, рекомендуемые настоящим Пособием, требуют количественной характеристики изучаемых грунтов. Эти сведения всегда имеются в распоряжении инженера-геолога и их количество зависит от этапа изысканий и степени изученности района исследований. В силу этого настоящее Пособие может быть использовано как при составлении программы работ, так и на всех этапах проведения изысканий. Эффективность использования изложенных в Пособии математических методов находится в прямой зависимости от гибкости методики изысканий, объема и качества инженерно-геологической информации, которая может быть привлечена для планирования опробования на очередном этапе изысканий.

1.4. Общие принципы, которыми обычно руководствуется инженер-геолог в ходе работы, основываются на опыте инженерно-геологических изысканий и включают принципы: обратной-связи; максимума информации; адаптации.

Эти принципы не связаны с математическими моделями геологических объектов, и не накладывают спе-

4

циальных ограничений на методику или результаты изысканий.

1.5.    Принцип обратной связи применительно к инженерной геологии требует строить решение геологической задачи на основе результатов решения соответствующей инженерной задачи. В противном случае возникает разрыв между геологами и проектировщиками, препятствующий эффективному использованию результатов опробования при проектировании сооружений. Учет влияния результатов решения инженерной задачи позволяет математически ставить и решать конкретные задачи инженерно-геологических изысканий.

1.6.    Необходимость разумной экономии средств при изысканиях находит выражение в виде принципа максимума информации, который выражается в двух формально эквивалентных формулировках:

1)    минимизация затрат для получения заданного количества информации или заданной точности результатов при составлении программы изысканий и согласовании ее с Заказчиком;

2)    получение максимума информации или максимальной точности результатов при фиксированных затратах, что больше подходит к периоду проведения изысканий, когда требуется наилучшим образом израсходовать выделенные на изыскания средства.

1.7.    Принцип адаптации заключается в многошаговой коррекции плана инженерно-геологических изысканий в ходе их выполнения по мере поступления информации d структуре изучаемого объекта. Необходимость адаптации обусловлена тем фактом, что теоретические решения задач статистического характера содержат в качестве параметров неизвестные характеристики исследуемых объектов (например, характеристики степени неоднородности грунтов—дисперсии — в разных слоях). Планы опробования на последовательных этапах изысканий являются как бы последовательными приближениями к теоретически оптимальному плану, что позволяет на заключительных этапах сделать план опробования близким к теоретическому.

1.8.    Подход к конкретным задачам статистической теории опробования, по результатам решения которых строятся формальные процедуры управления инженерногеологическими изысканиями, разбивается на следующие этапы:

2 Зак. 411

1)    принятие той или иной модели пространственного распределения свойств грунтов, определяющих решение инженерной задачи;

2)    формулировка- инженерной задачи в терминах принятой модели;

3)    выбор параметров оптимизации, т. е. тех величин, максимизация или минимизация которых является задачей исследования;

4)    выбор параметров управления, значение которых меняет величину параметров оптимизации и процедуру опробования.

1.9.    В качестве модели для результатов экспериментальных определений показателей физико-механических свойств грунтов используется модель независимых случайных величин, позволяющая получать состоятельные в научном отношении данные, необходимые для проектных расчетов.

1.10.    Результат решения инженерной задачи (величины осадки, фильтрационного расхода, давления и т. п.) является в силу принятой модели функцией случайных аргументов (показателей свойств грунтов) и, поэтому может принимать различные значения. Таким образам, результат решения инженерной задачи тоже оказывается случайной величиной и характеризуется своим собственным распределением, средним значением и дисперсией.

1.11.    Задачи расчета сооружений на естественных основаниях, как правило, строятся на замене реальных оснований сооружений фиктивной однородной средой, характеризуемой определенными значениями показателей свойств грунтов. В большинстве случаев расчетная схема или имеет вид линейной функции, или поддается линеаризации. В этом случае рассматривается среднее решение инженерной задачи, являющееся линейной функцией средних значений показателей свойств грунтов. Критерием точности (или количества информации) будет дисперсия этого среднего значения, которая и является основным параметром оптимизации. Параметрами управления являются различные характеристики сети опробования: количество проб и скважин, их стоимость, способ размещения точек опробования по слоям, концентрация проб в выработках.

1.12.    В ходе инженерно-геологических изысканий неизбежно возникает задача определения необходимого

6

числа наблюдений для оценки среднего значения показателя свойств грунтов с заранее заданной точностью и надежностью.

Рекомендуемые методы, распространяются лишь на те случаи оценки необходимого числа определений физико-механических или фильтрационных свойств грунтов, когда в ходе инженерно-геологических изысканий выполняются следующие условия:

1)    цель работы формулируется как задача оценки неизвестного математического ожидания показателя свойств грунтов;

2)    результаты определений свойств грунтов рассматриваются как случайные независимые величины, подчиняющиеся нормальному закону распределения;

3)    известна необходимая точность и надежность оценки среднего значения показателя по результатам исследования.

1.13.    Настоящую методику следует использовать, когда выполнена инженерно-геологическая съемка и проведено предварительное выделение инженерно-геологических элементов. Расчетная схема инженерной задачи носит детерминированный характер, в нее входят нормативные или расчетные значения показателей свойств грунтов. Оценка последних и представляет собой оценку неизвестного математического ожидания показателя.

1.14.    На практике результаты определений свойств грунтов можно считать независимыми при достаточно редкой сети опробования.

Гипотезе о нормальном распределении в большинстве случаев не противоречат результаты определения физико-механических свойств, грунтов в пределах инженерно-геологических элементов.

1.16.    В настоящее время не существует формальной процедуры обоснованного назначения надежности исследования. В большинстве случаев проектировщики удовлетворяются 95% -ной надежностью. Точность оценки среднего значения показателя должна устанавливаться на основе соображений конструктивного характера по первым значениям результатов определений исследуемого показателя (подробнее об этом см. ниже).

1.16.    Необходимое число определений зависит от степени неоднородности изучаемого грунта и в большинстве случаев оно не может быть установлено заранее. Как

2* Зак. 411

правило, прекращение процесса опробования (или определения свойств грунтов в лаборатории) может быть обосновано лишь в процессе проведения изысканий, на основе обработки поступающей информации о свойствах пород основания проектируемого сооружения. Момент прекращения опробования формально должен быть связан с достижением требуемой точности результатов исследования: либо среднего значения изучаемого показателя, либо среднего значения результата решения инженерной задачи, в которой данный показатель используется.

1.17. Основное преимущество такого подхода состоит в максимальном использовании непрерывно поступающей в ходе опробования информация. Основной недостаток—в противоречии с существующей практикой организации и планирования изысканий, когда объемы работ лимитируются заранее составленными программами и сметами. Так как избежать этого недостатка, очевидно, невозможно, в настоящем Пособии рассматриваются два подхода к задаче оценки необходимого числа определений, основанные: первый — на непрерывном (точнее многошаговом) и второй — на двухшаговом планировании исследований свойств грунтов. В зависимости от конкретной обстановки надлежит использовать тот или иной из этих путей. Оба они, и в особенности первый, наиболее эффективны при планировании и проведении дорогостоящих испытаний.

2. ВЫБОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

2.1.    Выбор тех или иных методов изучения свойств грунтов определяется целевым назначением работ, особенностями объекта изысканий и реальными возможностями изыскательской организации. Обоснование выбора методов в процессе разработки программы инженерно-геологических изысканий основывается на соответствующих указаниях нормативно-методических документов в сочетании с предварительными соображениями об инженерно-геологических условиях площадки. В соответствии с этим устанавливаются методы и объемы опробования и определяется стоимость работ.

2.2.    При производстве изысканий используют широкие комплексы методов исследования, что связано со

8

сложностью изучаемого объекта. В процессе изысканий, после оценки систематических ошибок и установления различных корреляционных связей, возникает некоторая свобода выбора, в частности между точными и грубыми, прямыми и косвенными методами изучения свойств грунтов. С развитием экспресс-методов, полевых и геофизических методов вопрос о выборе между точными и дорогими методами, с одной стороны, и грубыми и дешевыми, с другой, становится все более актуальным.

Выбор между точными и грубыми методами

2.3. Из предусмотренных программой методов определения свойств грунтов⁴ следует выбирать тот, который характеризуется максимумом величины:

е,=

где <н — среднеквадратичное отклонение результатов экспериментов, выполняемых t-м методом (способ его расчета см. в приложении);

Сг — стоимость единичного эксперимента, выполняемого ьм методом.

Величина 0i получила наименование эффективности i-ro метода, а само правило—критерия максимума эффективности (КМЭ).

2.4.    Выбор метода по КМЭ обеспечивает в рассматриваемых условиях максимальную точность оценки среднего значения показателя при фиксированных затратах на исследования или минимизирует затраты для достижения заранее заданной точности.

2.5.    В соответствии с КМЭ решение вопроса о выборе одного из двух конкурирующих методов, отличающихся по точности, сводится к исследованию выражения:

Cl

При выполнении условия < предпочтение отдается первому методу, в противном случае—второму.

Выбор между прямыми и косвенными методами

2.7. Имеется прямой и дорогостоящий метод определения показателя L_B со стоимостью единичных опреде-

1

Техника использования номограммы будет рассмотрена ниже на конкретном примере.

11

2

Сборник цен на проектные и изыскательские работы для строительства, ч. 1. М., Стройиздат, 1967, табл, 187, § о; табл, 220, § 7а; табл. 186, § 1.

12

3

Эта и следующая задачи являются важнейшими частными случаями более общей задачи об исследовании слоистого основания. В настоящем Пособии общая задача и ее решение не рассматриваются ввиду их сложности. Интересующимся рекомендуются работы по статистической теории опробования Лаборатории математических методов ПНИИИС.

17

4

Имеются в виду методы, не имеющие систематических ошибок.