|
Показатель текучести определяют по формуле [37] |
|
|
, |
( 2.9) |
где |
– естественная влажность грунта на момент определения его со- |
|
стояния в естественных условиях, %; |
– влажность на границе раскаты- |
|
вания, %;
– влажность на границе текучести, %.
Для несвязных грунтов приняты три степени водонасыщения: малой степени, средней и насыщенные водой. Состояние многолетнемерзлых грунтов характеризуется степенью льдистости: слабольдистые, льдистые и сильнольдистые.
Состояние грунтов и пород каждого слоя по степени увлажнения изза различных принципов расчета показателей оценивали по балльной системе в виде дискретной шкалы. При отсутствии характеристики показателя для ОТЕ его значение принималось равным нулю. В табл. 2.2 и 2.3 отражены показатели состояния грунтов и их характеристики при проведении таксономического анализа
Таблица 2.2
Дискретная шкала оценки состояния грунтов по степени увлажнения [37]
Вид грунтов
Связные |
|
Несвязные |
|
Дисперсные мерзлые |
||
Показатель со- |
|
Степень водона- |
|
|
|
|
стояния (кон- |
Балл |
|
Балл |
Льдистость |
Балл |
|
сыщения |
|
|||||
систенции) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Малой степени |
|
|
|
|
Твердые |
1 |
водонасыщения |
|
1 |
Нельдистый |
1 |
|
|
(маловлажные) |
|
|
|
|
Полутвердые |
2 |
|
|
|
Слабольдистые |
2 |
Туго- |
3 |
Средней степени |
|
|
|
|
водонасыщения |
|
2 |
Льдистые |
3 |
||
пластичные |
|
|||||
|
(влажные) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мягко- |
4 |
Водонасыщенные |
|
3 |
Сильнольдистые |
4 |
пластичные |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Текуче- |
5 |
− |
|
− |
Очень сильно - |
5 |
пластичные |
|
льдистые |
||||
|
|
|
|
|
||
Текучие |
6 |
− |
|
− |
− |
− |
45
Таблица 2.3
Показатели по интразональным факторам (геокриологическим условиям)
Показатель |
Размерность |
Состояние связных грунтов, верхний слой |
Балл |
Состояние несвязных грунтов, верхний слой |
Балл |
Состояние связных грунтов, нижний слой |
Балл |
Состояние несвязных грунтов, нижний слой |
Балл |
Льдистость ММГ, нижний слой |
Балл |
Плотность грунта верхнего слоя |
кг/м3 |
Модуль деформации верхнего слоя |
МПа |
Плотность грунта нижнего слоя |
кг/м3 |
Модуль деформации нижнего слоя |
МПа |
Степень пучинистости верхнего слоя |
Балл |
Уровень грунтовых вод |
м |
Глубина сезонного промерзания грунтов верхнего |
м |
слоя |
|
ВГММГ |
м |
Температура на глубине 4 м |
°С |
Глубина расчленения |
м |
Ритм рельефа, км |
км |
При формировании исходной информации иногда приходится считаться с ее доступностью и основываться на тех данных, которые доступны проектировщику.
В работе [132] рекомендуется использовать специальные методы предварительной обработки исходной информации в случае прерывистой шкалы показателей («низкочастотная градация»). При этом для сглаживания различий информация делится на группы (ранги).
Общее информационное обеспечение отдельных этапов концептуальной модели изображено на рис. 2.8 и связано с определенными расчетными характеристиками природных факторов, получаемых по результатам полного комплекса инженерных изысканий.
Для наглядного представления и упорядочения классификационных признаков природных условий на протяжении трассы дороги использованы ландшафтные продольные профили [29,60]. Комплексы характерных факторов располагаются один под другим, от ведущих к ведомым, образуя вертикальный профиль. Пример ландшафтного продольного профиля участка автомобильной дороги, по результатам инженерных изысканий, представлен на рис. 2.9.
46
Этап I. Общая характеристика объекта по данным инженерных изысканий
ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ: среднегодовая
Этап II. Районирование трассы |
|
|
|
температура |
|
|
|
воздуха, |
||||
дороги по зональным природно- |
|
|
|
продолжительности |
|
|
периодов |
|||||
|
|
|
положительных |
и |
отрицательных |
|||||||
климатическим факторам |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
температур, |
минимальные |
и |
|||||||
|
|
|
|
|
максимальные |
|
|
температуры |
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
воздуха, |
|
количество |
и |
сезонное |
|||
|
|
|
|
|
распределение |
осадков, солнечная |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
Этап III. Обоснование |
|
|
|
активность, |
испарение, |
высота |
||||||
|
|
|
снегового |
покрова, |
|
степень |
||||||
параметров классификации на |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
увлажненности территории и др. |
|
||||||||
основе инженерно-геологических |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
изысканий Оценка показателей |
|
|
|
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ, |
|
|||||||
по линейным дорожным |
|
|
|
ГЕОКРИОЛОГИЧЕКИЕ ФАКТОРЫ: |
|
|||||||
элементам (ЛДЭ) |
|
|
|
- |
рельеф |
и |
местности, |
|||||
|
|
|
|
|
деформационные |
прочностные |
||||||
Этап IV. Формирование |
|
|
|
показатели грунтов, плотность, |
||||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
состояние |
по |
текучести |
связных |
||||||
операционных территориальных |
|
|
|
грунтов, |
водонасыщение несвязных |
|||||||
единиц (ОТЕ) |
|
|
|
грунтов, пучинистость; уровень и |
||||||||
|
|
|
|
|
характеристика грунтовых вод; |
|
||||||
|
|
|
|
|
- мерзлотные условия: мощность |
|||||||
|
|
|
|
|
многолетнемерзлых |
|
|
пород, |
||||
|
|
|
|
|
криогенная структура, льдистость, |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|||||||||||
Этап V. Реализация |
|
|
|
температурный |
режим |
пород, |
||||||
|
|
|
сезонное оттаивание и промерзание |
|||||||||
агломеративного |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
иерархического алгоритма, |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ : |
|
||||||||
формирование ЛДК |
|
|
|
– топографические условия (пологий |
||||||||
|
|
|
|
|
или крутой склон определенной |
|
||||||
|
|
|
|
|
экспозиции, долина ручья, лог и |
|
||||||
|
|
|
|
|
т.д.); геоботанические факторы |
|
||||||
Этап VI. Выделение |
|
|||||||||||
|
|
|
(напочвенный покров, |
|
|
|
||||||
характерных участков по |
|
|
|
растительность, заболоченность и |
|
|||||||
региональным признакам |
|
|
|
т.д.); |
|
|
|
|
|
|
|
|
(микрорайонирование) |
|
|
|
– сейсмические и тектонические |
|
|||||||
|
|
|
явления (уровень сейсмичности) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.8. Блок-схема информационного обеспечения концептуальной модели ЛДР на ММГ
47
Номер скважины |
С-25 |
С-26 |
С-27 |
С-28 |
С-29 |
|
Уровень ВГВМГ ,м |
3,8 |
4 |
3,3 |
3,2 |
2,4 |
|
Температура на глубине 4 м, |
-1,2 |
-1 |
-1,3 |
-1,3 |
-1,4 |
|
°С |
||||||
|
|
|
|
|
||
Толщина растительного |
0 |
0 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
слоя, м |
||||||
|
|
|
|
|
||
ИГЭ растительного слоя |
- |
- |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1-й слой грунта |
|
|
||
Толщина слоя, м |
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1,6 |
2,1 |
|
ИГЭ |
2 |
2 |
17 |
5 |
11 |
|
Состояние по влажности |
1 |
1 |
4 |
5 |
1 |
|
|
Супесь |
|
Суглинок |
Песок мел- |
Супесь |
|
|
Супесь пес- |
легкий пыле- |
кий плот- |
|||
|
песча- |
песчанис- |
||||
Вид грунта |
чанистая |
ватый теку- |
ный, насы- |
|||
нистая |
тая твер- |
|||||
|
твердая |
чеплас- |
щенный во- |
|||
|
твердая |
дая |
||||
|
|
тичный |
дой |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Плотность грунта, г/см3 |
1,65 |
1,65 |
2,06 |
1,6 |
1,65 |
|
Модуль деформации, МПа |
16,0 |
16,0 |
5,0 |
38,0 |
16,0 |
|
Условное сопротивление, |
3,0 |
3,0 |
- |
2,0 |
3,0 |
|
МПа |
||||||
|
|
|
|
|
||
Коэффициент пористости |
0,65 |
0,65 |
0,54 |
0,55 |
0,65 |
|
Группа грунта по степени |
3 |
3 |
3 |
4 |
3 |
|
пучинистости |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
2-й слой грунта |
|
|
||
|
|
… |
|
|
|
|
|
Параметры нижележащих слоев |
|
|
|||
Рис. 2.9. Фрагмент ландшафтного профиля участка автомобильной дороги
48
2.4. Математическое моделирование и алгоритмы классификации линейных дорожных комплексов
Математическое моделирование классификации ЛДК направлено на разделение трассы дороги на участки с относительно однородными климатическими и геокриологическими условиями, т.е. модели классификации – это первая ступень в комплексе моделирования проектных решений земляного полотна на ММГ.
Математико-географическое моделирование (МГМ) представляет собой сложный многоэтапный исследовательский процесс, который в работе [132] представлен в виде единой системы количественных методов автоматизированного районирования и классификации (ЕСМАРК). Схема ЕСМАРК представлена на рис. 2.10. Предложенная система позволяет увязать отдельные звенья (этапы): цель – исходная информация – метод – результат. Для инженерного районирования вполне приемлем такой подход к математическому моделированию, тем более авторы отмечают, что на основе полученных результатов можно осуществлять формальный или неформальный выбор. Окончательный выбор определяется искусством, опытом специалиста, ведущего инженерное районирование. Авторы [132] в то же время отмечают, что выбор определенного типа модели путем набора отдельных модулей требует содержательного (концептуального) обоснованного подхода. Такой концептуальный принцип сформулирован нами в подразделах 2.2 и 2.3.
На втором этапе концептуальной модели (см. подраздел 2.2) на основе общей характеристики объекта и района строительства решается задача разграничения зон действия ближайших к дороге метеостанций по зональным климатическим факторам. С точки зрения системы ЕСМАРК (см. рис. 2.10) этот подход в самом общем виде можно определить набо-
ром следующих блоков модели ЕСМАРК: 1 − выбор объектов и признаков районирования; 2 − многомерное шкалирование, нормирование призна-
ков; 3 − классификация по функционалу качества; 4 − оценка результатов методом аддитивного случайного поля.
Для решения данной задачи принята методика, разработанная М.В. Бадиной, С.В. Ефименко, В.Н. Ефименко [5, 58, 59] для районирования территорий Западной Сибири. Аналогичный подход использован Ю.В. Коденцевой [73] для районирования территорий регионов по условиям зимнего содержания.
49