Корзина
34 отзыва
+380 (67) 760-76-88
Контакты
ПП Будпостач: газобетон и газоблок по оптовой цене
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или физического лица-предпринимателя.
+380675486412kyivstar
+380677607688kyivstar
+380660875308мтс
+380662600001МТС
+380445675357укртелеком
Александр Здоров, Дарья, Виктория, Надежда, Оксана.
УкраинаКиевул. Бориспольская 10 ком 6 (Дом культуры Днепр) напротив радио завода
Карта

Основы инженерной геологии

В инженерной геологии применительно к наблюдаемым в природе или возникающим в результате деятельности человека процессам и явлениям используются различные МММ. При этом применение МММ определяется как внутренними потребностями самой науки, так и необ

Основы инженерной геологии

Особенно интенсивно они стали внедряться в инженерную геологию с 50-х годов. Накоплен определенный опыт использования этих методов для решения различных задач. Привлечение механико-математических методов (М.М.М) обусловлено желанием использовать их достижения для количественного решения инженерно-геологических задач, что, однако, не всегда сопровождалось обоснованием их адекватности геологическим объектам, а также установлением возможности и границ их рационального применения. Работ, в которых в той или иной форме рассматриваются отмеченные аспекты, очень мало, и многие специальные методологические аспекты применения МММ в инженерной геологии остаются недостаточно разработанными.

Более того, подавляющее большинство специалистов, использующих МММ в инженерной геологии, пока не осознали необходимость исследования методологических аспектов их применения. Полезность разработки методологических основ вытекает из того, что они составляют научную базу для дальнейших исследований в направлении использования специфических методов в инженерной геологии.

В общем, методология применения МММ в инженерной геологии не отличается от методологии, характерной для других наук не механико-математического цикла. Некоторая специфика заключается в том, что инженерно-геологическая информация, полученная геологами, внедряется в практику путем принятия на ее основе проектировщиками совместно со строителями определенных инженерных решений. В силу этого существует разрыв между инженерно-геологической информацией и проектными решениями, особенно в части влияния строительства и эксплуатации зданий и сооружений на полноту и детальность инженерно-геологической информации (установление не только прямых, но и обратных связей между геологами и строителями.)

В связи с определенной сложностью рационального применения МММ, особенно использования их результатов, учитывая многоплановость самой инженерной геологии (грунтоведение, инженерная геодинамика, региональная инженерная геология) и многообразие решаемых задач, следует остановиться на некоторых положениях, без учета которых невозможно использование МММ в инженерной геологии.

Методологические основы применения механико-математических методов в инженерной геологии.

В инженерной геологии применительно к наблюдаемым в природе или возникающим в результате деятельности человека процессам и явлениям используются различные МММ. При этом применение МММ определяется как внутренними потребностями самой науки, так и необходимостью достижения практических целей, что возможно только при взаимодействии теоретических положений и экспериментальных данных в сочетании с использованием приближенных приемов и методов.

Необходимыми условиями рационального применения МММ в инженерной геологии является формулировка задачи и выделение объекта исследования в региональном или локальном (для строительной площадки) плане, а также использование разного рода определений, понятий и функций.

Поставленная задача может быть решена только после идеализации, упрощения реальности. Здесь необходимо пояснить одно фундаментальное понятие современной научной методологии - понятие модели. Создание модели объекта или процесса является предварительным условием рационального анализа для принятия соответствующих решений. Модель воплощает наиболее существенные свойства реального объекта, а второстепенные игнорирует. Любые модели, отражающие явления природы, всегда приблизительны, что выражает относительность и конкретность научной истины.

В механике и физике вообще такие объекты, как идеальное упругое тело, абсолютно твердое тело и др., понимают как модели, характеризуемые определенными свойствами. Упрощение действительных условий и концентрация внимания на основных свойствах позволяют хорошо описывать реальность с точки зрения наших потребностей, т. е. делают задачу доступной для математического и экспериментального решения. Модели - это инженерные представления, которые могут быть сформулированы математически (математические модели) и материализованы в виде физических моделей. Примером первых является представление о грунтовом массиве как о линейно-упругой среде, напряженно-деформированное состояние которой анализируется при помощи линейной теории упругости.

Основной смысл моделирования.

По назначению физические модели условно делят на демонстрационные, определительные и эвристические, а но методам решения и исследования - на эквивалентные и аналоговые.

Основной смысл моделирования заключается в том, что по результатам опытов на физических эквивалентных моделях можно судить о характере эффектов и численных значениях различных величин, связанных с явлением или процессом в натурных условиях.

В физике и механике имеют дело с моделированием в двух главных аспектах: построение моделей полей и вещества; моделирование постановок задач в рамках выбранных моделей для рассматриваемых объектов. Например, упругое тело по Гуку - это модель вещества. А примером моделирования постановки задачи является расчет основания сооружения как упругого тела определенной геометрической формы (основание сооружения, откос и т. п.).

При разработке теорий и расчетах исходят из двух предположений: известны механизм взаимосвязи и взаимовлияния факторов, а также факторы, которыми мы пренебрегаем; имеется лишь феноменологическое описание связи параметров на «входе» и на «выходе», т. е. отсутствует представление о скрытых существенных или несущественных свойствах, обстоятельствах и механизмах явлений (принцип «черного ящика»). Постановка задач в рамках принципа «черного ящика», как показывает практика, часто позволяет делать правильные выводы и прогнозы.

Для решения одной и той же задачи могут быть выбраны разные модели, причем предпочтение отдается таким моделям, которые в наибольшей степени отражают существенные с точки зрения поставленной задачи черты реальности (объекта), являются достаточно простыми и характеризуются параметрами, которые могут быть легко определены экспериментально. Решение задач с использованием выбранной модели должно быть практически доступным для инженера и экономически оправданным. При этом для решения задачи часто используется несколько моделей. Так, для оценки напряженно-деформированного состояния трещиноватого скального массива нередко применяются модели линейно-упругой и зернистой среды.

Модель линейно-упругой среды.

Решения, полученные на основе модели линейно-упругой среды, несмотря на ее неправомерность в ряде случаев, представляют существенный интерес, так как они образуют последовательную логическую основу («эталон сравнения»), на которой базируется опыт.

Для решения прямых задач инженерной геологии в основном применяются модели трех типов: модели полей и вещества; модели постановок задач в рамках выбранных моделей полей и вещества (расчетная схема); модели структуры геологического массива.

Модели первых двух типов позволяют описывать реакцию грунтового массива на внешнее (главным образом, механическое) воздействие. К ним относятся модели упругого тела по Гуку, вязкой жидкости, плоской упругой деформации основания сооружения, среда с линейным законом сопротивления фильтрации и т. п. Выбранные модели характеризуются соответствующими параметрами. В перечисленных моделях - это модуль упругости и коэффициент фильтрации. Решение задач с использованием таких моделей обычно составляет предмет геомеханики.

Модели структуры геологического массива предназначены для прогноза естественной изменчивости параметров свойств и строения грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях между точками экспериментального опробования грунта. Примером могут служить модель слоистой среды, в которой каждый слой грунта наделен различными свойствами, или градиентные модели, в которых свойства непрерывно меняются по тому или иному направлению (например, с глубиной). Приняв структурную модель массива грунта, следует охарактеризовать ее соответствующим выбранной модели способом. Так, для слоистой модели необходимо указать число и последовательность слоев, их мощности и свойства, а для градиентной модели - закон изменения параметров грунта (например, модуля деформации) в пространстве. Структурные модели по сравнению с моделями полей и вещества и расчетными схемами являются вспомогательными и служат для рационального отображения информации, полученной в процессе изысканий.

Методологические проблемы, возникающие в инженерной геологии.

Изложенные соображения охватывают основной круг методологических проблем, возникающих в инженерной геологии в связи с задачами обеспечения расчетов взаимодействия строительных объектов и массивов горных пород. Однако МММ в инженерной геологии имеют более широкое применение, и мы должны соответственно рассмотреть методологические вопросы, связанные с исследованием взаимосвязей характеристик, решением задач опробования и моделирования различных процессов, которые имеют свою специфику.

Исследование всякого рода взаимосвязей является одним из наиболее распространенных направлений применения МММ в инженерной геологии. Предметом изучения при этом служат различные показатели физико-механических свойств пород, связи между структурой город и их механическими свойствами, влияние различных факторов на геологические процессы (оползни, переработка берегов водохранилищ и т. д.). При решении этих задач используются различные методы и модели, как детерминированные, так и статистические. Однако здесь нас интересует классификация всего этого множества методов и моделей по другому признаку: основано решение задачи на вскрытии механизма взаимосвязи и взаимовлияния факторов или оно использует принцип «черного ящика». Существенно, что содержательная интерпретация результатов решения, полученного по этой схеме, как правило, неоднозначна. Примерами первого способа могут служить классические решения механики грунтов, задач об устойчивости откосов, о переработке берегов водохранилищ и др., а также ряд решений, связывающих параметры трещиноватости с механическими и фильтрационными свойствами пород в массиве; примерами второго - разнообразные корреляционные зависимости, парные и многомерные между показателями состава, структуры и свойств пород. Эти примеры свидетельствуют о многообразии решаемых задач и о том (важном с методологической точки зрения) факте, что одни и те же задачи решаются с использованием обоих способов. Последнее обстоятельство дает возможность рассмотреть преимущества и недостатки каждого из них на конкретных примерах.

Модельное представление о механизме деформирования.

Рассмотрим задачу об оценке деформируемости трещиноватых пород с использованием параметров трещиноватости.

Переход, аналогичный классической кинетической теории в статистической физике, описывающей макроскопические термодинамические свойства веществ на основе статистического распределения молекул, очень важен для инженерной геологии, так как позволяет связать механические характеристики массива с его структурными характеристиками.

Решение основано на определенном модельном представлении о механизме деформирования, суть которого сводится к анализу поведения материала на контактах противоположных стенок трещин. Это решение получено в предположении об упругой деформации материала в точках контактов. Известно решение, исходящее из хрупкого разрушения материала в тех же точках. Можно искать решение и предполагая упругопластическую деформацию контактов и т. д. С методологических позиций важны следующие общие свойства этих решений: учет механизма процесса деформирования; универсальность решения в рамках принятой модели; многообразие возможных моделей и соответствующих решений.

Очевидны недостатки и преимущества иллюстрируемых ими подходов. Непременным условием их использования является экзамен получаемых результатов по экспериментальным данным, причем во втором случае экзаменационный материал не должен быть применен при выводе зависимости.

Широкое распространение в инженерной геологии корреляционно-регрессионного анализа заставляет напомнить о формальных предположениях, на которых он основан. Его модификации связаны с принятием той или иной модели для результатов наблюдений и существенно различаются используемым математическим аппаратом. К сожалению, в прикладных инженерно-геологических исследованиях этот факт, как правило, не учитывается, что приводит к ошибочным решениям. Следует отметить необходимость точной фиксации характера анализируемого материала на «входе» и «выходе», или «материального субстрата» исследуемых зависимостей.

Основания методологического характера региональной инженерной геологии.

Одну и ту же задачу можно ставить в региональном плане, и тогда региональные особенности входных характеристик войдут в число аргументов, а можно ставить локально - для данного участка, и тогда региональные особенности участка будут играть роль внешних «условий», в рамках которых «работает» полученное решение. Для каждого участка получают свое решение, но зато более простое.

Среди главнейших оснований методологического характера региональной инженерной геологии следует выделить: онтологию вещественных геологических объектов и процессов их развития: физические поля и их системы, геологические взаимодействия, отношения физических и геологических полей. Информационные начала и вклад последействия в геологические процессы; специализированное геологическое, инженерно-геологическое пространство, время и их свойства; сущность и понимание вероятности в инженерной геологии; инженерно-геологические параметры, возможности их измерения в точке и в пределах некоторой области пространства, ошибки и их учет.

Обсуждение методологических аспектов применения МММ в инженерной геологии предполагает рассмотрение свойств пространства -времени геологических объектов. В свою очередь, топологические свойства геологического пространства -времени полностью определяются режимом и характером геологического процесса, под которым здесь понимается развитие Земли как геологического тела и ее литосферы.

Процесс формирует свойства пространства - времени геологических объектов. Геологический процесс представляет собой взаимодействие некоторого набора физических полей, в котором присутствуют более или менее постоянные компоненты и компоненты, не имеющие постоянного характера, действующие в некоторые периоды геологического времени.

Положение диалектического материализма о движении материи.

Совокупность физических полей, при взаимодействии которых достигается новый качественный уровень (уровень геологического процесса), в целях обсуждения методологических аспектов следует рассматривать как поле геологического процесса, обусловливающего процесс геологического развития (геологическую форму движения). Этот процесс характеризуют: необратимость (поскольку он является частью более широкого в пространственно-временном отношении процесса развития); периодичность разных порядков, накладывающаяся на необратимую, коррелированную по времени составляющую процесса развития; случайность результатов его проявления в каждой отдельной точке пространства - времени геологического тела.

Необратимость геологического процесса вытекает из основного положения диалектического материализма о движении материи, о развитии. Необратимая составляющая геологического процесса обусловлена главным образом эволюцией более или менее постоянных составляющих ноля геологического процесса: гравитационного и магнитного полей Земли. Эти поля, постоянно присущие небесным телам, постепенно эволюционируют, изменяя характер геологического процесса, а следовательно, и свойства геологического пространства - времени.

Так, вероятно, об эволюции звезды, уменьшении напряженности электромагнитного поля Солнца и соответствующем уменьшении количества лучистой энергии, получаемой Землей, можно говорить как о необратимых в целом, в масштабе времени, процессах. Гипотеза расширения (разуплотнения) Земли опирается на тезис о необратимом уменьшении характеристик поля гравитации Земли. Предполагается, что это поле, действующее в масштабе времени планеты Земля, обнаруживает тенденцию к ослаблению, внося соответствующий вклад в необратимую составляющую геологического процесса. Результатом действия необратимой, коррелированной по времени компоненты геологического процесса следует считать усложнение структуры геологического пространства, проявляющейся в свойствах геологических объектов. При этом одна и та же степень усложнения структуры достигается при относительно меньших затратах энергии.

Высокочастотные периодические компоненты геологического процесса.

Геологический процесс связан с другими процессами (космическими, атмосферными, биологическими) многоступенчатыми взаимодействиями, часто не вполне выясненными с позиции причинно-следственных зависимостей. Спектр гармонических компонент, отражающих периодический режим процессов небесной механики, а также атмосферных, гидросферных и биологических, наследуется геологическим процессом и проявляется в его продукте. Например, замечено, что, пожалуй, наиболее низкочастотная компонента геологического процесса, с которой совпадают главнейшие фазы орогенеза, отвечает по частоте галактическому году.

Высокочастотные периодические компоненты геологического процесса, в котором взаимодействуют физические поля не только Земли, но и других небесных тел, связаны с циклами солнечной активности, с периодами вращения Земли вокруг Солнца и с другими процессами. Ими обусловлено периодическое изменение характеристик физических полей - компонентов поля геологического процесса и других полей его составляющих (например, биохимических).

Случайную составляющую геологического процесса следует рассматривать как результат «сложения» физических полей - компонентов поля геологического процесса в каждой отдельно взятой точке области взаимодействия. Случайная составляющая накладывается на общий фон, математическое ожидание, в виде флуктуации различного порядка, обусловливая непредсказуемые отклонения от математического ожидания, в том числе ураганные.

Необратимая (коррелированная по времени) составляющая поля геологического процесса, которой предопределены главнейшие тенденции развития, обладает ярко выраженными антиэнтропийными свойствами. Энергия, адекватная необратимой составляющей, затрачивается на формирование структуры литосферы - продукта геологического процесса.

Периодические компоненты поля геологического процесса.

Результат действия этой составляющей выражается в создании и поддержании упорядоченности или неоднородности, отвечающей неоднородности структуры физических полей. Коррелированная по времени необратимая составляющая но своей сути является марковской. Периодические компоненты поля геологического процесса обладают марковскими свойствами, если их брать по отдельности как составляющие спектра, однако их сложение дает уже квазипериодическую составляющую. Следовательно, они могут «работать» в геологическом процессе и как конструктивное, упорядочивающее начало, формирующее и поддерживающее структуру геологических тел разных уровней, и как деструктивный элемент процесса.

Случайная составляющая поля геологического процесса, естественно, не способствует структурообразованию. В зависимости от величины флуктуации она вносит тот или иной вклад в создание беспорядка, в увеличение однородности геологических тел, в возрастание их энтропии. В случайной составляющей информационное начало проявляется лишь в мере рассеяния.

Компоненты поля геологического процесса формируют свойства продукта своего взаимодействия, вещества и структуры геологического объекта и свойства его пространства - времени. Земле как геологическому телу (и пространству Земли) свойственны ясно выраженная анизотропность и симметрия шара. Эти свойства предопределены полем гравитации Земли, являющимся компонентом любого эндо- или экзогенного геологического процесса.

В реальной ситуации инженеру-геологу приходится решать инженерно-геологические задачи не для Земли в целом, а для ограниченных территорий. Вследствие этого уровень рассмотрения поля геологического процесса (набор физических полей, их структура и характер взаимодействий) будет иным, хотя все его составляющие сохраняются неизменными.

Первая аксиома теории изменчивости.

В соответствии с первой аксиомой теории изменчивости можно утверждать, что литосфера, ее вещество, структура и свойства есть продукт геологического процесса, продукт взаимодействия обусловливающих его физических полей. В структуре и свойствах литосферы отражены черты этих полей (вторая аксиома теории изменчивости). Структуру и свойства пространства - времени геологических тел можно описать при помощи полей геологических параметров. В полях геологических параметров находят отражение, наследуются рассмотренные составляющие поля геологического процесса: коррелированная по времени (пространству), спектр периодических (квазипериодическая) и случайная. Такая структура поля геологического параметра является основанием для использования в целях описания структуры и свойств пространства - времени геологических объектов стохастических моделей. Естественно, не исключается применение детерминированных моделей, если это допускается условиями решения конкретной задачи. Универсальной стохастической моделью, которая позволяет описать пространственную структуру и режим функционирования геологического объекта, является модель случайного поля. Для областей геологического пространства, в которых поле геологического параметра по принятым критериям (точность оценки параметра в отдельной точке и доверительная вероятность) является однородным, можно использовать модель случайной величины.

Границами сферы применения моделей случайного поля геологического параметра и случайной величины следует считать границу области поля геологического параметра. Ее устанавливают с учетом статистических критериев однородности. Таким образом, изучение геологического процесса, понимаемого в широком смысле как процесс развития литосферы, показывает, что его результат в каждой конкретной точке геологического пространства содержит случайную компоненту.

Возможность применения аппарата теории вероятностей.

Следовательно, любое значение геологического параметра в какой угодно точке пространства геологического тела проявляется с некоторой вероятностью. Вероятность применительно к пространству - времени геологических объектов (включая и разные геологические процессы) имеет онтологический аспект. Это основополагающее в методологическом отношении положение доказывает возможность применения аппарата теории вероятностей и соответствующих статистических моделей в геологии вообще и в инженерной геологии в частности. Статистическая природа распределения геологических параметров в пространстве и их режима во времени открывает возможности использования геологами математической статистики, но в то же время требует чрезвычайно точного и осторожного в геологическом отношении пользования ею. Геологические критерии всегда мощнее статистических и всегда предшествуют им. Этот тезис должен лежать в основе всех операций с геологическими параметрами, в ходе которых применяется математический аппарат.

Обоснование выбора математической модели и вычислительные операции с геологическими параметрами возможны лишь на базе тщательного анализа геологической информации и построения содержательной геологической модели, опирающейся на генетические и историко-геологические представления. При использовании аппарата статистики нередко недооценивают необходимость всестороннего геологического обоснования однородности (генетической, возрастной, минерального состава, свойств) материала о геологических параметрах, включаемого в состав выборочных совокупностей. Редко обосновывают возможность использования модели случайной величины.

Наличие в составе поля геологического процесса необратимой компоненты, отражающей тенденцию развития литосферы, дает основание считать геологический процесс существенно марковским и использовать для его описания адекватный математический аппарат.

Набор геологических параметров.

В то же время к процессу, действующему в течение небольших отрезков физического времени на ограниченной области геологического пространства, можно относиться как к процессу без последействия (процесс Бернулли). При этом естественно применение модели случайной величины.

Инженерная геология оперирует сравнительно ограниченным набором геологических параметров, используя их для описания структуры геологических объектов, их пространства - времени. Набор геологических параметров полностью описывает свойства объекта, используемые при его инженерно-геологической оценке. Если каждой точке пространства геологического объекта поставить в соответствие вектор геологических параметров, входящих в набор, то функция векторов по координатам пространства - времени дает многомерное поле геологических параметров. Его следует рассматривать как инженерно-геологическое пространство. Главными свойствами такого пространства являются непостоянство структуры во времени и анизотропность.

В геологии, в том числе и в инженерной, в связи со спецификой геологических процессов формирования геологических тел превалируют обратные задачи. Сейчас особенно острой представляется необходимость решения широкого класса прямых задач в рамках инженерно-геологического прогноза. Решение прямых задач в геологии опирается на аксиоматический подход, при котором формулируются геологические гипотезы, предполагающие, в свою очередь, наличие следствий, вытекающих из аксиом. Проверка следствий позволяет принять (отвергнуть) геологическую гипотезу. В ходе проверки следствий возможно привлекать математические методы. В подобных случаях при решении прямой задачи последовательность операций такова: анализ геологического материала и построение содержательной модели геологического объекта (процесса его формирования); разработка концептуальной математической модели; математическое моделирование объекта (процесса); анализ результатов моделирования, проверка следствия.

 

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статьи по кирпичу ( рядовому, лицевому,облицовочному,клинкерному, шамотному, силикатному,)

facebook twitter

Статті Від ПП Будпостач

Предыдущие статьи
  • Почему рекомендуют стеклянные перегородки?
    В этой статье хотелось бы рассмотреть основные достоинства стеклянных перегородок, которые с каждым годом становятся все более популярны среди отечественных потребителей.Начнем с того, что перегородки из стекла весьма привлекательны, а потому их...
    Полная версия статьи
  • Как построить лестницу
    О том, что при строительстве дома об устройстве лестницы нужно думать в самом начале, а устанавливать ее в конце отделочных работ, наверное, знает каждый строитель, но, тем не менее, наши рекомендации будут полезны и тем, кто строит, и тем, кто...
    Полная версия статьи
  • Особенности внутренней отделки домов из бруса
    Строительство и отделка домов из бруса имеет свои особенности Все начинается со споров, нужна ли вообще деревянным коттеджам внутренняя отделка?Противники дополнительных манипуляций не без оснований уверены, что брусовые дома «живые», несут...
    Полная версия статьи