К.т.н. В.А. Барвашов А.П. Дубень (НИИОСП им.Герсеванова, Москва), О КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ ДИАЛОГА МЕЖДУ ИЗЫСКАТЕЛЯМИ И ПРОЕКТИРОВЩИКАМИ

Проблемы получения, обработки и использования данных инженерно-геологических изысканий (ИГИ) 1. Данные ИГИ – это нечеткое множество из-за дефицита, неопределенности и разрозненности исходных данных. 2. Операции получения, обработки, передачи и использования данных ИГИ большей частью и повсеместно выполняются вручную на основе субъективных оценок и хранятся на бумажных носителях. 3. Нет интерактивного диалога между геологами и геотехниками, а есть правила разделения ответственности, основанные на выполнении обязательных принципов и процедур которые практически не изменились после появления компьютеров. 4. Информационные технологии (ИТ) шагнули далеко вперед, создавая широкие возможности для обработки данных и взаимодействия между геологами и проектировщиками.

Ручные операции, выполняемые геологами, включают измерение, регистрацию и обработку данных ИГИ, полученных в испытаниях; упаковку данных, т.е. построение границ инженерно-геологических элементов (ИГЭ), в которых характеристики грунтов условно принимаются постоянными; построение графических разрезов; составление отчетов. Хотя частично и используются компьютеры, доля ручных операций и субъективизма весьма велика. Геотехник (проектировщик) должен распаковать эти данные, т.е. выполнить те же самые операции, которые ранее выполнил геолог- изыскатель, но в обратном порядке. Это двойная работа, причем опять вручную. проектировщику нужны не только ИГЭ, но и подробные числовые 3D распределения характеристик грунтов, каждой в отдельности. Такие распределения строят по нечетким данным. Однозначно это сделать невозможно, поэтому здесь велика доля субъективизма.

Данны е НПЦ «Геотех», Москва

а

В таких условиях и геолог, и проектировщик стремятся к консервативным решениям: Геолог занижает характеристики грунтов, а проектировщик завышает запасы надежности. Благодаря ИТ можно полностью исключить ручные операции, исключить субъективизм и бумажные носители информации обеспечить диалог между геологами и проектировщиками на основе математического моделирования системы основание-фундамент- сооружение (СОФС) передавать данные ИГИ не на бумаге, а на электронном носителе или по Интернету и сразу вводить в компьютер, стыкуя с цифровой моделью сооружения (SCAD).

Модуль деформации Изолинии в вертикальном разрезе, не проходящем через выработки Функции Шепарда р=2 и р=4

Изолинии Е, с и φ. Разрез не проходит через выработки. р=2 и р=4

Задавая различные сечения 3D цифровых массивов характеристик грунта, можно строить как угодно много геологических графических разрезов с непрерывными изолиниями характеристик и аксонометрией залегания грунтов. Автоматическое построение ИГЭ и РГЭ с помощью цифровых массивов проще (опознавание образов), чем построение границ напрямую. Эта графика выводится на экран монитора, и тогда виртуальное основание можно «рассматривать» в самых различных ракурсах, что, безусловно, эффективнее, чем изучение бумажных отчетов об изысканиях с небольшим числом разрезов, выполненных субъективно вручную. ИГЭ и РГЭ, рекомендованные в ГОСТ [6], это кусочно-постоянные распределения усредненных характеристик грунта Лучше не кусочно-постоянные, а непрерывные 3D-распределения характеристик грунтов, построенные автоматически по интерполяционным формулам.Так проще для расчетов. Дискретизация данных с помощью разрывных кусочно-постоянных функций – это лишняя и трудоемкая операция Для учета влияния неопределенности данных ИГИ на результаты расчета СОФС нужно математическое моделирование для оценки чувствительности СОФС, к вариациям исходных данных. Это исследование виртуальной реальности, что дает более подробную информацию, чем данные мониторинга.

Ретроспективный анализ геотехнических данных Data mining (интеллектуальный анализ данных, добыча данных, промывка данных и т.д.) – это выявление скрытых закономерностей или взаимосвязей между переменными в больших массивах необработанных данных (raw data). Направление Data Mining зародилось 20 лет назад и широко используется за рубежом. Методы Data Mining разнообразны, например широко используются нейронные сети (курс читается в МГСУ).закономерностейданных Необходимость новых нормативных документов Так в НПП «Геотек» (г. Пенза) и в других организациях данные статического зондирования и лабораторных испытаний грунтов можно регистрировать, обрабатывать автоматически и представлять в необходимом цифровом формате, совместимом, например, с комплексом программ расчета зданий и сооружений системы SCAD. Аналогичные возможности имеются и в других российских организациях. Однако нет соответствующей унифицированной системы, регламентированной нормативными документами.

Коммерческие аппаратные комплексы за рубежом

Британский математик Джордж Е.П. Бокс утверждает: «Все модели ошибочны, но некоторые из них полезны» или «…все модели ошибочны; практический вопрос – насколько ошибочными они должны быть, чтобы не быть полезными?» Или все модели ошибочны, а большинство из них бесполезны Принцип Парето-Джордано: «Существенных факторов немного, а факторов тривиальных множество» («принцип 20/80») Эти утверждения задают путь уточнения моделей: существенные факторы (20%) следует оценивать возможно точнее, а несущественные (80%) – с гораздо мéньшей точностью. 12

Ошибочность не страшна, если модель правдоподобна. Примеры полезных правдоподобных моделей и их ошибочность 1.Первый закон Ньютона 2.Поверхность Земли плоская. Задачи Буссинеска, Фламана 3.В геотехнике : линейно-деформируемый слой и полупространство, сжимаемая толща, закон Кулона-Мора Правдоподобная модель становится полезной, если ее параметры откалибровать по экспериментальным данным (обратная задача – back analysis), получив закон, формулу или алгоритм Число логических условий типа «если…, то» (если а

Консервативные проектные решения. Часто устраивают и инвестора, и подрядчика (на фундаментах не экономят!). В геотехнике лишние затраты не столь запретны как в других областях, где массу, прочность, габариты и стоимость конечного изделия конфликтуютстко ограничивают. Консерватизм надежность При проектировании нужен научный поиск, численное моделирование. В нормативных документах много пар a доксов Например. В СП рекомендовано три модели свайных фундаментов. 14

Зоны разрушения грунта под краями фундамента (прорезка)

В.В. Mихеев, М.И. Cмородинов, Р.В. Cеребряный. О зонах пластических деформаций в основании. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1961, 3.

Краевая зона в увеличенном масштабе. 3D В расчете по МКЭ нельзя учесть локальные разрывы, тем не менее, у края видны «скачки» перемещений.

Скачок перемещений под краем фундамента Сдвиговых разрывов нет (особенность PLAXIS)

Пластические зоны разной глубины в грунте под краями фундамента на основании однородном по сжимаемости (Е=const) и неоднородном по прочности (cconst и φconst)

Рост кренов жесткого фундамента при росте нагрузки на основании однородном по сжимаемости (Е=const) и неоднородном по прочности (cconst и φconst)

В СС нет прорезки, поэтому графики асимметричны, В ССС прорезка учитывается, поэтому графики симметричны,

Искажение эпюры изгибающих моментов в фундаменте при незначительной глубине прорезаемого слоя м

Доклад на международную конференцию «Геотехнические проблемы мегаполисов» 7-9 июня 2010 О компьютеризации диалога между изыскателями и геотехниками В.А. Барвашов НИИОСП, в.н.с, к.т.н,, член РОМГиФ, Москва, Россия. Г.Г. Болдырев НПЦ Геотек, ген директор, д.т.н., проф. ПГУ, член РОМГиФ, Пенза Р.С. Зиангиров Мосгоргеотрест, д.г.-м. н., проф., член РОМГиФ, Москва, Россия. А.А. Маляренко ООО НПФ «SCAD Soft», генеральный директор, Москва, В.В. Монахов Группа компаний «ГЕОТЕХ», председатель совета директоров, Москва,