Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

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

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Исследование качества лабораторной инженерно-геологической информации, получаемой в России и за рубежом"

¿»га од

На правах рукописи

ЛЕГА ЕЛЕНА АРКАДЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ЛАБОРАТОРНОЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, ПОЛУЧАЕМОЙ В РОССИИ И ЗА" РУБЕЖОМ

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1998г.

Работа выполнена на кафедре инженерной геологии Московской государственной геологоразведочной академии.

Научный руководитель: -доктор геолого-минералогических наук, профессор В.В. Дмитриев

Официальные оппоненты: заслуженный строительРФ, доктор гоолого-минералогических наук, член корреспондент РАЕН Г.Л Кофф

кандидат геолого-минералогичоских наук

B.C. Дроздов

Ведущее предприятие: ГП Нособлгеотрест

' Защита состоится "" 30 " июня 1990 г. ,.;■ в 15-00 часов на заседании Диссертационного совета К.063.55.04 ь Московской государственной геологоразведочной академии по адресу: 117873, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, аул. 5^-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной геологоразведочной академии.

Автореферат разослан " 30 " мая 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, профессор

В.В. Кононов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Изменение экономики.и социальных условий, происходящее в настоящее время в России меняет отношение к качеству продукции производственной и научной деятельности нашего общества.

Активно расширяются контакты российских инженер-геологов с зарубежными странами. Для реконструкции и строительства сооружений привлекаются иностранные фирмы, появляется возможность использовать в практике инженерно-геологических исследований современные автоматические импортные приборы.. '

Одним из основных видов продукции инженерно-геологических исследований является оперативная инженерно-геологическая информация о свойствах грунтов, получаемая в России и за рубежом экспериментальным путем в процессе инженерно-геологических изысканий. Примерно половину сведений о геологической среде получают в инженерно-геологических лабораториях. Результаты лабораторных инженерно-геологических исследований представлены многими десятками характеристик грунтов. На основе этих исходных данных определяют нормативные и расчетные значения параметров, строят инженерно-геологические разрезы, составляют прогнозы развития процессов. Но идентична ли информация о грунтах, получаемая в зарубежных лабораториях, информации российских лаборатори? На сколько соответствуют полученные на новых приборах данные результатам исследований прошлых лет? Эти вопросы" в настоящее время остаются открытыми. Большую актуальность приобретает исследование соотношения инженерно-геологической информации, полученной в разных условиях.

Для многих показателей свойств геологической среды имеется возможность получения двух и более формально правильных, но отличающихся результатов. Основной причиной различия являются разные методы анализа операций, приемов, разная аппаратура. Однако, в России и за рубежом практически не проводится оценка качества информации, получаемой в процессе полевых и лабораторных инженерно-геологических работ. В нормативной литературе по инженерной геологии отсутствуют характеристики точности получаемой информации. Существующие оценки инструментальной погрешности или величины допустимых расхождений между параллельными испытаниями грунтов недостаточны для изучения их неоднородности, изменчивости свойств, классификации пород, определении расчетных характеристик. Для получения стабильных результатов требуемого

качества, выявления, изучения и регулирования факторов, вызывающих ошибки лабораторных анализов, необходим методически обоснованный контроль погрешностей измерения свойств грунтов в инженерно-геологических лабораториях. Актуальность такой работы особенно повысилась в послед-

время, в связи с привлечением к работе в нашей стране проектных и строительных организаций иностранных фирм, появлением значительного количества новых, ещё не полностью оснащённых лабораторий; реставрацией исторических сооружений, требующий привлечения данных прошлых лет.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

Целью настоящей работы является оценка качества лабо-^ роторного 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 характеристик 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 обуславливающие 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 лабораториях России и Германии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

Результатом выполненных исследований является: система статистического регулирования качества работы инженерно-теологических 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,в 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 1996г. по темам " Оценка точности лабораторного определения некоторых показателей физико-механических свойств пород", по договору с ГСПИ; "Оценка и контроль качества определения характеристик грунтов в лабораториях Гип-ронисельпрома 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 (1986г.),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.

ШГ^теме^диссертации опубликовано 7 статей

ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных' на iilf страницах машинописного текста, содержит 1*3 рисунков, 21 таблицу,! приложение, список литературы из 52 наименований.

Работа выполнена на кафедре инженерной геологии Московской государственной геологоразведочной академии под руководством доктора гоолого-минералогичоских наук, профессора В.Б. Дмитриева, которому автор выражает глу^ бокую благодарность и признательность. Автор благодарит докторов геолого-минералогических наук, профессоров Г.К.Бондарика, И.С.Комарова, Е.М.Пашкина, A.A. Полубот-ко, доцента А.Г.Купцова 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 ав-. тор приносит сотрудникам лабораторий Münsters Ingenieurbüro für Baustofftechnologie и другим немецким , лабораториям, а также Московского института Гипроста-нок, ПО Стройизыскания и Мособлгеотреста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. СОСТАВ И СТРУКТУРА ЛАБОРАТОРНОЙ ИНЖЕНЕРНО- .

ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Инженерно-геологическая информация включает несколько сотен качественных и количественных характеристик структуры, состава, состояния геологической среды. Они подразделяются на входные, промежуточные и выходные. Разграничение между видами информации является дискретным. По времени получения инженерно-геологическая информация делится на накопленную и оперативную, на информацию сингулярного и режимного характера. По форме представления инженерно-геологическая информация подразделяется на описательную, графическую, цифровую, аналитическую.

Под оперативной инженерно-геологической информацией понимают сведения о геологической среде, отражающие результаты экспериментальных взаимодействий между объектами неживой природы или неживой и живой природы, полу-

чаемые на уровнях раздражимости, ощущений, восприятия и представлений { В.В.Дмитриев 1989). Оперативную инженерно-геологическую информацию получают экспериментально путем фиксации, регистрации данных приборами или субъектом на уровнях не предполагающих ее переработку.

Состав и структура инженерно-геологической информации меняется в зависимости от сложности инженерно-геологических условий района работ; стадии проектирования; класса ответственности зданий и сооружений и т.д.

Глава 2. КАЧЕСТВО ОПЕРАТИВНОЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ ПОЛУЧАЕМОЙ В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ . ЛАБОРАТОРИИ.

Важным свойством инженерно-геологической информации является ее качество. Качество информации отражает близость числовой или нечисловой оценки характеристики геологической среды к истинному значению и характеризуется случайной и систематической погрешностями. Погрешности могут быть объективными й субъективными. В инженерно-геологических исследованиях наблюдается три вида погрешностей: систематические, случайные и грубые (промахи, ураганные значения и т.п.). Результаты, содержащие грубые погрешности, легко обнаруживаются и отбрасываются. Систематические погрешности могут быть известными и постоянными, но могут меняться от серии к серии лабораторных анализов, от сезона к сезону, от испытателя к испытателю. Случайные погрешности непредсказуемы. Они обуславливаются измерительными возможностями приборов, привносятся анализатором 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. 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, внутрилабораторных и межлабораторных ошибок воспроизводимости.

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

Требования к качеству инженерно-геологической информации определяют границы зон приемлемых значений по--грешностей характеристик .грунтов. В то же время они определяются, прежде всего, требованиями к качеству ' — результатов решаемых на ее основе разнообразных задач. В ряде случаев эти требования сформулированы в виде допусков, предельно допустимых значений, границ классов используемых классификаций и т.п. В различных разделах геологических сведений и различных странах требования к качеству информации сформулированы по разному и имеют отличающиеся характеристики. Согласно СНИП Л-02-96 (п.4.13) требования к точности, надежности, достоверности данных при инженерных изысканиях для строительст- ' ва должны быть сформулированы в техническом задании, но это не выполняется. Практически инженер-геолог пытается установить необходимую (требуемую и получаемую) точность определения характеристик грунтов в зависимости от характеристики проектируемого сооружения и свойств грунтов площадки проектируемого сооружения с учетом методов их определения.

В зависимости от стадий изысканий,.наличия сведений об инженерно-геологических изысканиях прошлых лет и предварительных проектных проработок мох'ут возникнуть следующие ситуации: 1)имеются общие сведения об объекте строительства; 2) имеются предварительные данные о местоположении и параметрах проектируемых сооружений и литеретурные сведения о грунтах;, 3) имеются данные о параметрах проектируемых сооружений и свойствах грунтов исследуемой площадки. В каждом случае требования к точности определения характеристик грунтов устанавливаются по разному. Соответственно различается уровень.качества получаемой информации, уровень ее контроля, методы регулирования (управления) качества...

Глава 4. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗАРУБЕЖНЫХ СТАНДАРТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРИЯ

В настоящее время существует более 100 нормативных документов, регламентирующих методы и методики определения свойств грунтов. В большинстве случаев они входят в раздел земляных работ промышленных стандартов стран. Во многих странах имеются свои оригинальные стандарты на определение характеристик и классифицирование грунтов. Они регламентируют методы определения характерио-тик, используемые приборы и методики опре-

деления, устанавливают применяемые термины и основные понятия, порядок проведения и содержание работ по измерению характеристик.

В результате анализа зарубежных нормативных документов и стандартов установлено следующее.

1. Характеристики грунтов, используемые для решения инженерно-геологических задач в том числе для проектирования и строительства инженерных сооружений, определяются согласно государственным стандартам соответствующей страны или принятой в ней методикам.

2. Наибольшее распространение получили стандарты США ДЫБХ/АвТМ О (в Гер мании, Великобритании, странах Латинской Америки, Африки, Австралии и др.)и России ГОСТ ( Узбекистан, Украина, Белорусь, Болгария, Монголия и др.).^Нормативные документы других стран ( Польша, Китай, Чехия и др.) используютметоды, методики и приборы США и России, буквально или с небольшими 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 (таблица 1) .

Таблица1

Сопоставление методик определения характеристик грунтов в России и США.

Хрзктеристики грунтсп, определяемые по принципиально различных методикам 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 консистнции Плотность, грунта; <: Плотность частиц грунта; плотность песка при рыхлом и плотном сложении; ; влажность на границе раскатывания; гранулометрический состав грунтов. Естественная Влажность

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

5. Используемые в инженерно-геологической практике . стандарты 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 разных стран отсутствуют, обоснованные характеристики погрешностей показателей свойств грунтов, которые можно было бы использовать при оценке их качества.

Глава 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. Оценка качества лабораторного определения характеристик свойств грунтов должна проводиться не случайно, а систематически по обоснованной, специально разработанной методике.

Разработанная методика оценки качества лабораторного определения характеристик грунтов основала на следующих положениях:

- необходима постоянная оценка и регулирование воспроизводимости и правильности результатов лабораторных испытаний грунтов;

- невозможно в большинстве случаев повторить испытание образца грунта, что требует оперативной оценки система-г тической и случайной составляющих погрешности определения характеристик грунтов;

- необходимо обеспечить учет, погрешностей при дальнейшем статистическом анализе информации;

- точность лабораторных определений характеристик грунтов должна соответствовать предъявляемым к ним требованиям.

Методика оценки качества определения характеристик грунтов включает в себя следующие операции: выбор контролируемых величин; оценку допусков; определение числа необходимых для корректной оценки качества образцов и лабораторий в разных странах; определение периода оценки качества; организацию оценки качества.

Суть методики заключается в следующем. В группу инженерно-геологических лабораторий разных стран рассыла-

ется по несколько (п) монолитов-близнецов стандартных образцов грунта. В ведомости - заявке каждой лаборатории, предлагается определить комплекс показателей свойств грунтов и стандарты, инструкции или конкретный ва-риакг методики их оценки. Совместная обработка получен-ных результатов лабораторных анализов выполняется с помощью дисперсионного анализа. В итоге эксперимента получают для каждого показателя свойств грунтов межлабораторные (s¿) и внутрилабораторные (s„) оценки воспроизводимости/ являющиеся характеристиками соответственно систематической и случайной погрешностей измерений в инженерно-геологической лаборатории. Величины погрешностей могут использоваться для характеристики качества результатов измерений показателей свойств грунтов, выполняемых любой инженерно-геологической лабораторией. Расчеты выполняются следующим образом. ■■ В.качестве частной характеристики систематической погрешности лабораторного определения характеристик грунтов используется разность ( A¿ } между средним значением характеристики, полученным в лаборатории и ее генеральным средним значением. Разность между генеральными средними значениями характеристик разных стран и их погрешности дают представление о сопоставимости показателей свойств грунов, полученных в этих странах.

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

Величины систематической и случайной погрешностей измерений различны для разных типов грунтов, но в рамках типа могут использоваться для характеристики качества измерений показателей свойств грунтов.

Сравнение At и or,i 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 устранять или уменьшать влияние погрешностей.

Оценка допусков. Критериями выбора допусков или контрольных уровней могут быть требования проекта сооружения, ведомственные нормативы, опытные данные.

Границами зон приемлемых значений o8i и следует считать величины погрешности, за пределы которых выход контролируемых параметров с выбранной доверительной вероятностью недопустим. В основе выбора границ лежат установленные экспериментально оценки ошибок внутрила-бораторной (о„) и межлабораторной ) воспроизводи-

мости данных испытаний грунтов." Установлены зоны прием-. лемых значений трех уровней Вероятность выхода результатов за границу первого уровня равна 0,5; второго-0,3; третьего -0,1.

Характеристика онплар! нем о грунта. Одним из вариантов оценки точности определения геологических параметров является использование стандартных -образцов.:- Кафедрой инженерной геологии МГГА предлагается к использованию массив стан- ' дартных образцов влажности, плотности грунта, плотности частиц грунта, границ текучести и раскатывания суглинКОВ. , ■ " ■

Массив стандартных образцов суглинков расположен в пределах опытной площадки кафедры инженерной геологии : на Загорском полигоне МГГА, в интервале глубин от 0,7м до 2, Ом.

Массив стандартных.образцов предназначен для контроля воспроизводимости и правильности результатов определс-' ния физических характеристик суглинков по ГОСТу 51.80-84 и имеет следующие характеристики:

влажность 21%; плотность грунта 1,95 г/см3; плотность частиц грунта 2,70г/см3; граница текучести 33%; граница раскатывания 20%.

Определение числа необходимых для оценки качсстпа образцов и лабораторий. При установлении числа параллельных определений и количества лабораторий используется следующее положение: число анализов и количество лабораторий должны обеспечить примерно равные« реально достижимые с помощью имеющихся средств и методик измерения и удовлетворяющие эксплуатационным требованиям значения погрешности определения среднего значения и погрешности генерального среднего значения геологического параметра.

Результаты исследований погрешности определения среднего значения гоол'огичсского параметра в отдельно ; взятой лаборатории и погрешности генерального среднего позволили получить значения необходимого числа образцов и количество лабораторий. .Установлено, что для достоверной оценки случайной и систематической погрешностей определения характеристик требуется-разное количество параллельных определений и лабораторий. Количество проб и лабораторий при доверительной вероятности 0,85 и 0,95 изменяется еоотетственно от 2 до 8 и от 3 до 8.. Дальнейшее увеличение числа проб и лабораторий неэффективно

Оценка периода определения качества ичмеререния характеристик грунтов. Период проведения контрольных анализов определяется длительностью налаженного процесса испытаний соответствующей характеристики грунта, установленной с

учетом принятой доверительной вероятности обнаружения его разладки ( а=0,85 или 0,95).

Определение периода контроля осуществлялось путем анализа результатов оценки характеристик грунтов 26 инженерно-геологических лабораторий г.Москвы и Подмосковья в течение восьми лет.

■■■■■■"■ Величина периода контроля изменяется в зависимости от характеристики грунта, контрольной границы и доверительной вероятности и колеблется от 0,1 года до 2 лет.

Организация контроля оценки качества определения характеристик грунтов. Оценка качества лабораторного определения характеристик грунтов организуется головной организацией (лабораторией), которая поставляет стандартные образцы и ответственна за правильный их отбор, сбор, обработку и, анализ данныхг передачу в лаборатории результатов, сравнение методик определения характеристик грунтов, проводит сопоставление результатов анализов, полученных по разным методикам и определяет поправки ( рис.1 ).

Ответственным за проведение оценки качества лабораторных анализов является руководитель лаборатории.

При проведении оценки качества лабораторных анализов грунтов определяют и исследуют особенности систематической и случайной составляющих погрешности определения характеристики грунта. Оценку воспроизводимости устанавливают по результатам параллельных анализов и оценивают величиной среднего квадратичного отклонения случайной составляющей погрешности определения. Результаты вычислений заносят на•соответствующую карту статистического регулирования погрешностей характеристик грунтов и проводят оценку полученных случайных погрешностей определения характеристик грунтов путем сравнения атл с границами зон разных уровней и' выявляют недопустимые расхождения. При выходе, контролируемых оценок за пределы установленной зоны выявляют и устраняют их причины. Предлагается четыре группы оценки случайной погрешности: 1-нерассеннная(0,1 < 0^7св);. П-мало рассеянная {ств > овА > 0,7ств); Ш-рассеянная (1, бств > оВ1 > ст„) ; 1У-весьма рассеянная (<тВ1 > 1,6ств)..

Необходимость контроля правильности определений обусловлена возможным появлением существенных систематических погрешностей при проведении лабораторных испытаний. Контроль правильности результатов лабораторных испытаний выполняют путем оценки и интерпретации результатов определения систематической составляющей погрешности. Все случаи появления значительных систематических расхождений; между ' результатами параллельных опреяе-

Рис. I. Блок схема оргвнизшт оценки качества показателей свойств грунтов в инженерво-теологичских лабораториях

&

лен*1й исследуют с целью выявления и устранения их причин.

При оценке систематических погрешностей определений в лаборатории разных стран направляют необходимое количество стандартных образцов, которые включают в штатную партию образцов грунта того же номенклатурного вида и выдают лаборантам 'под шифрованными номерами. Результаты .анализов направляют головной организации, которая оценивает условное генеральное среднее значение характеристики грунта X для каждой страны и их различие между странами. Величину X сообщают лабораториям. В лаборатории оценивают систематическую погрешность и наносят на соответствующую контрольную карту. Предлагаются четыре группы оценки правильности определения показателей грунтов: 1-несмещенная(Д1 < 0,7а„); П-малосмещенная {о* > Ах > 0,7ом); Ш-смешенная (1,6аы > > сг„); 1У-весьма смещенная (Л1> 1, бсм) При выявлении недопустимых расхождений руководитель лаборатории обязан выяснить и устранить их причины.

• Результаты оценки качества определения характеристик грунтов в инженерно-геологической лаборатории представляются в виде таблицы•индивидуальной для каждой лаборатории и каждой страны, где указаны Мероприятия по управлению качеством определения характеристик грунтов.

Головная организация проводит сопоставление генеральных средних значений характеристик грунтов, устанавливает их сходство, анализирует методики определения и рассчитывает при необходимости поправки.

Глава б. ИЗУЧЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ.

Анализ российских и зарубежных стандартов по лабораторному определению характеристик грунтов показал, что теоретическим путем нельзя найти коэффициенты перехода от результатов анализов, полученных по стандартам системы ГОСТ, к стандартам АЭТМ и наоборот. Необходимо экспериментальное сопоставление результатов анализов стандартных образцов и определение переходных коэффициентов

6.1. МЕТОДИКА СОПОСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ.

В 1991-1994 годах кафедра инженерной геологии МГГА провела международный эксперимент по оценке качества определения характеристик грунтов в лабораториях России и за рубежом. Представителем зарубежных методик лабораторного определения свойств грунтов, основанных на аме-

d6

риканских стандартах являлась Германия. В эксперименте участвовали три Российских (МГГА, МосЦТИСИЗ, Гипроста-нок) и шесть немецких (Ingenieur-Geologischher Institut Igl,Westheim; Ingenieur-Geologen-Gruppe IGG, Karlsruhe; Ingenieurbüro für Grundbau, Huirtburg; Ingenieurbüro Baugrudinstitut Kling Bohrtechnik GmbH, Krumbach; TRD-UND "Grundbauinstitut, ripmburg; Ingenieurbüro für Baustofftechnologie, Münster-Hiltrup) лабораторий. Оценка качества лабораторного определения показателей свойств грунтов в лабораториях выполнялась по разработанной методике . Россия и Германия являются представителями двух систем стандартов. Поэтому оценка качества лабораторного определения свойств грунтов выполнялась внутри каждой системы отдельно для немецких и российских лабора- ; торий. На втором этапе работ было проведено сопоставление результатов.

На первом этапе совместно с представителями лабораторий установили комплекс показателей свойств и стандартов, применяемых в России и Германии, отобрали и отправили в каждую лабораторию по 5 монолитов суглинков. В задании на выполнение анализов указали согласованный комплекс показателей свойств.

В частности предлагалось определить естественную влажность, влажность на границе текучести и раскатывания, плотность частиц грунта и плотность грунта, параметры сдвига, сжимаемости и гранулометрический состав для лабораторий России по ГОСТ 5180-84, ГОСТ 12536-79, ГОСТ 20908-79 и ГОСТ 122.48-78; для лабораторий Германии. ПО DIN 18121, DIN18122, DIN 18123, DIN 18124,BIN 18125/ DIN 18137, KD-Versuch и.Cü-Versuch. На основе данных параметров вычислялись частные, обобщенные и расчетные значения числа пластичности, консистенции, пористости, коэффициента пористости, степени влажности, плотности скелета грунта.

'Оценка качества полученных характеристик грунтов осуществлялась путем контроля воспроизводимости и правиль^ ности определений.

По результатам проведенных работ вычислялись средние значения исследуемых показателей и их погрешности для участвующих в эксперименте лабораторий каждой страны и проводилось их сравнение. Для сопоставления характеристик грунта, определяемых по различным системам стандартов, выполнялся пересчет показателей применительно к условиям России. Установили степень сходимости результатов оценки однотипных показателей, определяемых по разным методикам для стран,, участвующих в эксперименте.

' ' ' п-

Всего были выполнены анализы качества 17 показателей физико-механических свойств суглинков определяемых экспериментальным и расчетным путем.

6.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРИЯХ РОССИИ.

Оценка качества определения характеристик грунтов в лабораториях России показывает, что наблюдается большой ■разброс частных значений при определении большинства показателей физико-механических свойств суглинков, во всех лабораториях определение значительного числа пара-меторов суглинков производится с большим рассеянием (случайные погрешности определения попадают в Ш и 1У группы). Без смещения определяются влажность И, плотность частиц грунта рв, угол внутреннего трения <р, сцепление. С, показатель консистенции влажность на границе раскатывания Л»р. В каждой лаборатории имеются Свои наименее точно опреде-ляемые показатели. Однако, наибольшее рассеяние во всех лабораториях имеют И, р,, модуль деформации Е, влажность на границе текучести Щ. Их случайные погрешности лежат за границами второго и третьего контрольного уровня. Определение процентного содержания большинства фракций производится с наимень-. шими систематическими и случайными погрешностями, которые попадают в 1 группу при оценке точности. Исключение составляют Ф0,о5-о,01 и Ф0,оо1-о,оо5 (Ш группа).

6.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРИЯХ ГЕРМАНИИ.

Анализ качества определения показателей свойств суглинков в лабораториях Германии позволяет сделать следующие выводы для всех обследованных лабораторий:

- качество лабораторного изучения различных свойств и состава суглинков в отдельных лабораториях существенно различается;

- с наименьшей математической погрешностью определяются И, Ир, <р, С, Е (систематическая погрешность определения их попадает в 1 группу); с наибольшей - (систематическая погрешность попадает в 1У группу);

- внутрилабораторная воспроизводимость определения параметров суглинков характеризуется случайной погрешностью определения большинства характеристик грунтов, попадающейв Ш и 1У группы оценки точности;

- анализ гранулометрического соства в лабораториях прозводится достаточно точно (случайная и системати-

ческая погрешности определения процентного содержания большинства фракций входят в 1 группу), исключение сос-авляют фракции Ф<о,о<*; Ф>о,о5 и Фо,о5-о,оь для которых харак-ерен большой разброс частных значений (1У группа).

6.4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВОЙСТВ ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРИЯХ РОССИИ И ГЕРМАНИИ.

На результаты анализов грунтов и на их погрешность влияют метод, модель, методика к совокупность операций проведения анализа ¿ Анализ методик определения показателей свойств грунтов, рекомендуемых ГОСТ и ОХН выявил в ряде случаев существенное различие используемых в ; процессе анализов приборов, приспособлений, операций, в других отличаются отдельный операции, несколько методов имеют практически полную сходимость. Сравнение погреш-■ ностей определения свойств выполнено для всех найденных в процессе эксперимента показателей. Для показателей, вычисляемых аналитически, сравнивались алгоритмы их расчета. В диссертации дана оценка причин различия результатов лабораторных анализов основных характеристик грунтов, определяемых в лабораториях России и Германии. Принципиальное различие имеется а методиках определения границы текучести и, соответственно, в результате расчетов, числа пластичности, степени текучести. Различия методик определения остальных показателей не столь существенны.

6.5. РЕЗУЛЬТАТЫ СОПОСТАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПО РОССИЙСКИМ

И НЕМЕЦКИМ СТАНДАРТАМ.

В результате проведенного международного эксперимента, на основе полученных данных для каждой лаборатории были найдены и проанализированы значения случайной и систематической погрешностей анализов; Оценка качества определения показателей свойств;суглинков проводилась отдельно для лабораторий России и Германии. Были вычислены средние значения исследуемых показателей и их погрешности для участвующих в эксперименте лабораторий каждой страны и проведено их сравнение. Это позволило установить степень сходимости результатов оценки однотипных показтелей, определяемых по разным методикам. В связи с различиями в оценке 1ь, ф, С был выполнен пересчет показателей применительно к условиям России. Результаты сопоставления показателей свойств суглинков. приведены в таблице X.. Контрольные карты погрешностей характеристик свойств (рис.2 ) наглядно показы-

* • . Таблица2

Соотношение результатов изучения свойств суглинков в лабораториях России и Германии

Характеристики Греднес эначе-нис.по.лучсннос а лабораториях России и его дисперсия Среднее экаче-ние. полученное в лабораториях Германии и его дисперсия X„,i»'<J, Сопоставление результатов по лабораториям России и Герма-нни iJHXr-X.Vo,

Естественная «лаж-иоетьДЧ1, V« 20.8/0.3 19.2/1.1 1.6/1.1

Влажность на грани-ut TOytCCTU.Wi.'/» Влажность иа границе раскатывания, Wp% . 34.5/1.6 21.3/0.9 39.6/3.7 18.9/1.4 -5.9/4.0 2.4/4.0

Число пластичности. 13.1/2.3 20.0/3.0 -6.9/3.8

Плотность чаепш груота.р.г/см' 2.71/0.04 2.66/0.03 0.05/0.03

Плотность ГруНТ», р,г/си' . - . 2.01/0.04 1.99/0.04 0.02/0.06

Плотность спою rpvttra.Pfci/cM1 Гтсгкчи. мажкосги.Я П0риСТ0СТк.П.% ■ 1.67/0.03 0.89/0.05 38.6/1.5 1.66/0.04 0.84/0.04 37.5/2.2 0.01/0.05 0.05/0.06 1.1/2.7

КоэффицнеН! UOpnC-IOCIH. с 0.632/0.045 0.595/0.066 0.037/0.08

Показатель текучести t. -0.13/0.02 -0.02/0.09 -0.11/0.09

Mö/Туль леформашш. EAIna 11.4/4.3 10.0/1.6 1.4/4.6

Угол внутреннего трения.«}, |рал 20.3/2.5 26.6/0.8 -6.3/2.6

Cueiuieitiie. С.Мна Грзщломстричсаснй состав Процентное O VO 01 Содержание 001-0 005 в грунте <0.005 ■истиц раз- >0 05 0.041/0.014 50.6/2.4 17.2/2.7 27.5/4.4 4.5/2.2 0.0432'0.014 42.7/5.1 14.8/5,2 34.2/3.3 8.4/2.9 -0.001/0.02 7.9/5.6 2.4/5.8 -6.7/5.5 -3.9/3.6

мером.мм 0.05-0 OOS

67.9/3.6

57.6/3.0

10.3/4.7

' '" „У- 1Ù..'

Mm

Ш:

го '>:■■'

------- ---——г—*- -- -

TT

¿¡Л

г : X|:|ÎÏ

■ г :

..=:« -.к.

S- :

' ___; • Т •

•«ex»!

Щ*

'»С

■ ! ! . ■ "

-1-Í-

•г

If Î

ш

й.

Ii ^

ШЩШЩМШтШ,

' 1 1 r'-v:. К ' '"

•¡ "Г

tw

Р®М

\í

В

3

.......'.**' ! .

r #2£5dtHF2- bv

i Ji: ; .»J;

Í7:".- ;

m*

i

J - r ••

.. • I ; • Ie

ik- u

i g •

Vf:! f

• s

• • ■ Zi •

наюу качество определения параметров суглинков лабораториями России и Германии.

Полученные результаты оценки отклонений и погрешностей данных лабораторных исследований выполняемых по стандартам России и Германии показали в ряде случаев существенные различия. Особенно существенными они являются для классификационных показателей: числа пластичности й показателя текучести. Следствием является не соответствие классов грунтов, выделяемых при инженерно--геологической оценке территории. Важными также являются различия Значений физико-механических параметров грун-ов: угла-внутреннего трения и модуля деформации.

Глава 7. НЕКОТОРЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛУЧЕНИЯХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

- 7.1. ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ НАИМЕНОВАНИЙ ОСАДОЧНЫХ НЕСЦЕМЕНТИРОВАННЫХ ГРУНТОВ ПРШЯТЫХ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ.

: Полученные материалы позволяют использовать результаты анализа гранулометрического состава и характерных значений влажности грунтов найденных в лабораториях России и Германии, а также результаты для их классифицирования.

В" России за рубежом имеется много классификаций, позволяющих определить название нескального грунта. Во многих странах зурубежной Европы, США, Латинской Америки, Африки и многих других в настоящее время широко используется "The Unified Soil Classification System" или ■"Унифицированная классификация грунтов" (УКГ). По этой классификации все нескальные грунты, делятся на 30 типов. В основе: разделения лежат гранулометрический состав; значения показателей верхнего и нижнего пределов и числа пластичности. Каждый выделяемый тип обозначен одним или несколькими символами и сопровождается краткой характеристикой и признаками или способами полевого определения. •

В России с 1996г. все грунты при изысканиях, проектировании и строительстве классифицируются согласно ГОСТ 25100-95. Согласно этой классификации грунты по общему характеру структурных связей делятся на четыре класса: екзлыше, дисперсные, мерзлые и техногенные. Далее выделяются группы, подгруппы, виды и разновидности. При классифицировании учитывается не только характер структурных связей, но и происхождение, условия образования, вещественный состав, гранулометрический состав, число пластичности, показатель текучести.

Анализ структур "Унифицированной классификации грунтов" и "Классификации ГОСТ 25100-95" показал, что теоретическим путем найти аналоги между классификационными видами по одной классификации и типам другой, невозможно. Параллельный анализ по разным методикам неприемлем из-за-трудоемкости определения большого количества;об-' разцов. Поэтому поиск соответствия между классификация- . ми осуществлялся путем выявления свойств и показателей, лежащих в основе обеих классификаций, сопоставлении методик определения идентичных показателей, обобщении литературных материалов и параллельных испытаниях стандартных образцов.

Сопоставление результатов и методик гранулометрического анализа подтвердило заключение В.В.Дмитриева(1989) О том,что результаты анализов гранулометрического coc-i тава, определенные по зарубежным стандартам вполне могут использоваться для классифицирования по КПДГ. Для классифицирования по УКГ результаты гранулометрического состава выполненные по ГОСТ могут использоваться на первых стадиях классифицирования.

При классифицировании глинистых грунтов используются их влажностные характеристики. Методики их определения в России и некоторых странах зарубежья существенно различаются. Поэтому возникает множество возможных отклонений от стандарта. Выполненная в 1993г. оценка точное^ ти этих показателей для покровных суглинков, исследованных в лабораториях России и Германии показала, что при определении пределов,пластичности по методикам DIN и ГОСТ имеют место систематические и случайные отклонения. Несмотря на это для классифицирования по УКГ pe^-v зультаты анализов влажностных характеристик грунтов, определенных по ГОСТ 5180-84 вполне могут использоваться.

Для классифицирования по КПДГ результаты анализов влажностных характеристик, выполненных по стандартам в основе, которых лежит методика А.Казагранде, для грунтов с числом пластичности менее 24% можно использовать лишь предварительно, используя поправки. Для числа : пластичности поправка равна -6,9, для влажности на границе раскатывания - 2,4. Введение поправок снимает систематическую погрешность определения характеристик грунтов, но внутрилабораторная ошибка воспроизводимости (случайная составляющая погрешности определения показав теля) сохраняется. Поэтому полученные результаты могут рассматриваться как весьма ориентировочные, пригодные лишь для сравнения с аналогичными оценками.

<7.2. ОЦЕНКА РАСЧЕТНОГО СОПРАТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ.

• Для предварительной оценки несущей способности грунта в Строительных нормах и правилах по проектированию фундаментов на естественном основании допускаются табличные значения условного расчетного сопротивления грунтов основания (R0) [СНиП 2.0201-83]. R определяется в зависи-мости от наименования грунта по классификации КПДГ {ГОСТ 25100-95}/ его плотности, коэффициента пористости, влажности для песчаных и консистенции для глинистых грунтов. Полученные данные являются оценками геологических условий, при проектировании они могут использоваться для предварительного определения размеров фундаментов, а для сооружений Ш и 1У классов - для определения окбнча-тельних размеров.

По характеристикам, полученным а лабораториях России по соответствующим ГОСТам и в лабораториях Германии по DIN в процессе Международного эксперимента определены расчетные сопротивления грунтов основания для исследуемого грунта. Результаты показали, что (Rorb вычисленное по данным немецких лабораторий для покровных суглинков, в 1, 7 раза больше чем RoP. Эта разница обусловлена прежде всего различиями главного классификационного показателя - числа пластичности, что, в свою очередь, объясняется разницей систем стандартов определения Wp и Wi,, используемых в России и Германии. При необходимости использования характеристик грунтов, полученных по зарубежным методикам необходимо установить идентичность в классифицировании исследуемых грунтов или, во избежании переоценки несущей способности грунта, использовать переходные поправки (для AWL=-5,1 %; AWP = 2,4%; Ар =0, 02г/см3; Ар. - Q, 05г/см3) . При пересчете R с учетом данных поправок значения Rr и Rp совпадают. Однако, остается внутрилабораторная ошибка воспроизводимости показателей свойств грунтов, которая в лабораториях Германии больше, чем в лабораториях России.Учет ее при расчете Ro по зарубежной методике возможен и необходим.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

Комплексное изучение качества исследований грунтов в лабораториях России и Германии одновременно выполнено впервые. Данная работа потребовала решения широкого круга задач. К основным результатам работы относятся следующие выводы. . '

В лабораторных условиях при исследовании грунтов получают оперативную инженерно-геологическую информацию.

ач

Основой ее получения является фиксация результатов инженерно-геологических исследований субъектом или приборами . Получение оперативной инженерно-геологической информации требуемого качества - одна из основных задач инженерно-геологических исследований.

-В—настоящее время в инженерной геологии во многих

странах для получения информации о грунтах используются отечественные системы стандартов, регламентирующих определение характеристик грунтов. Выявлено существование двух систем нормативных документов, регламентирующих лабораторные определения характеристик грунтов. Основой первой системы являются ГОСТы и СНиПы России, второй - ANSI/ASTM D США. Наименования определяемых показателей идентичны. Однако, методики их определения, используемые приборы, операции и приспособления существенно различаются. Возникает принципиальное различие моделей геологической среды, получаемых и используемых инженер геологами в России и в других странах.

Выявлено существование двух систем нормативных документов, регламентирующих лабораторные определения характеристик грунтов. Основой первой системы являются ГОСТы и СНиПы России, второй - ANSI/FSNMD США. Определение некоторых характеристик грунтов в обеих системах ведется по практически одинаковым методикам. Методики определения других отличаются отдельными операциями и подготовкой грунта к испытаниям, а третьи определяются по принципиально различным методикам.

Единые требования к качеству и надежности частных определений характеристик грунтов в нормативных документах обеих систем отсутствуют. В ряде работ даются рекомендации по величине допустимых расхождений при -параллельных определениях. Последние зависят от абсолютных значений показателей. Для расчетов устойчивости сооружений необходимо получение достоверных значений обрбщенных и расчетных показателей свойств грунтов.

Оценка качества оперативной информации осуществляется путем сопоставления полученных и действительных сведений о свойствах грунтов.

Разработана методика оценки качества лабораторной инженерно-геологической информации получаемой по разным системам стандартов. Для характеристики качества определения показателей свойств грунтов использованы величины систематической и случайной, погрешности определения характеристик грунтов. Произведена оценка зон приемлемых значений погрешностей определения свойств грунтов. Определены необходимые для осуществления корректной оценки качества количество исследуемых образцов и число лабораторий. Установлены периоды проведения

оце«ки качества лабораторной инженерно-х'еологической информации. Разработаны контрольные карты погрешностей характеристик грунтов. Результаты оценки качества лабораторного определения характеристик грунтов представляются в виде таблицы, где они сгруппированы в соответствии с положениями систематической и случайной погрешностей определения характеристик грунтов по отношению к зонам приемлемых значений. Составлена схема проведения оценки качества лабораторной оперативной инженерно-геологической информации, позволяющая не только оценить качество определения характеристик грунтов в отдельных лабораториях любой страны, но и сопоставить результаты, полученные в разных странах между собой.

Впервые проведено сопоставление качества определения характеристи грунтов зарубежными лабораториями (на примере лабораторий Германии и России).

Проведена оценка качества работы каждой лаборатории, участвующей в эксперименте. Итоги анализа полученных данных показали, что характеристики грунта определяются лабораториями России и Германии с разной степенью точности. Отсутствует лучшая по всем параметрам лаборатория. В Германии существуют значительные расхождения в точности определения отдельных параметров. В ряде случаев наблюдается существенные различия в точности определения классификационных показателей.

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

Определены переходные поправки к некоторым характеристикам грунтов исследуемым по стандартам России и Германии.

Уточнено соотношение некоторых классификационных наименований осадочных несцементированных грунтов принятых в России и за рубежом.

Проведена оценка расчетного сопротивления грунтов основания. Установлено, что использование данных зарубежных лабораторий при определении расчетного сопротивления грунта основания требует введения поправок и предварительной оценки идентичности в классифицировании грунтов.

Полученные результаты позволяют корректно использовать теоретические разработки и результаты производственных исследований, имеющиеся в России и других странах; выполнять совместные с иностранными фирмами инженерно-геологические исследования; использовать зарубежное специальное лабораторное оборудование, приборы, установки.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Точность измерения показателей свойств песчано-глинистых грунтов в инженерно-геологической лаборатории МГРИ./ Инженерная геология, 1985, № 5 (в соавторстве с В. В.Дмитриевым)...........

2.Статистическое регулированиеточности анализов грунтов с помощью контрольных карт./ Материалы конференции молодых ученых ВСЕГИНГЕО. М„, ВСЕГИНГЕО, 1986 { в соавторстве с В.В.Дмитриевым)

3. Оценка параметров контроля точности определения характеристик грунтов./ Применение математических методов и ЭВМ в геологии. Новочеркасск, 1987 ( в соавторстве с В.В.Дмитриевым)

4. О периоде контрольных анализов грунтов в инженерно-геологической лаборатории./Методы изучения свойств и состояния геологической Среды. М., ВСЕГИНГЕО, 1987.

5. Методика оценки точности определения показателей физико-механических свойств грунтов. М., ВДНХ, 1987 (в соавторстве с Г.К. Бондариком и В.В.Дмитриевым).

6. Контроль качества лабораторных работ при инженерно-геологических исследованиях». М., ВИЭМС, 1989 (а соавторстве с В.В.Дмитриевым)

7. Соотношение однотипной информации о грунтах, полученной в лабораториях России и Германии./ Ш международная конференция. Новые идеи в науках о Земле. М., 1997, т. 4 ( в соавторстве с В.В.Дмитриевым)

Заказ $¿6 Тираж £ .

Типография МИФИ, Каширское шоссе, 31

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Лега, Елена Аркадьевна, Москва

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЛЕГА ЕЛЕНА АРКАДЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ЛАБОРАТОРНОЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИИ, ПОЛУЧАЕМОЙ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель доктор г-м. наук, профессор В.В. Дмитриев

Москва 1998

Оглавление

Введение..........................................3

1. Состав и структура инженерно-геологической информации, получаемой в инженерно-геологической лаборатории...........................................10

2. Качество оперативной инженерно-геологической информации, получаемой в инженерно-геологической лаборатории...........................................15

3. Требования нормативных документов к качеству лабораторной инженерно-геологической информации.......19

4. Анализ существующих зарубежных стандартов по определению характеристик грунтов в лабораториях......28

5. Методика оценки качества лабораторной инженерно-геологической информации...........................36

6. Изучение качества результатов лабораторных исследований свойств грунтов в России и за рубежом. ...60

6.1. Методика сопоставления результатов исследования грунтов в России и за рубежом.....................60

6.2. Результаты оценки качества определения характеристик грунтов в лабораториях России................64

6.3. Результаты оценки качества определения свойств грунтов в лабораториях Германии.......................73

6.4. Сравнительная оценка факторов, влияющих на качество определения показателей свойств грунтов в лабораториях России и Германии..........................84

6.5. Результаты сопоставления качества определения характеристик грунтов, полученных по российским и немецким стандартам. •..................................90

7. Некоторые направления использования полученных результатов.....................................

98 1

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

России и за рубежом...................................98

7.2. Оценка расчетного сопротивления грунтов

основания............................................104

Заключение....................................109

Список использованной литературы..............113

Приложения....................................119

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.

Соста�