Белорусский государственный институт
инженерных изысканий

И. А. Бусел

ПРОГНОЗИ-
РОВАНИЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ

СВОЙСТВ
ГРУНТОВ

МИНСК
«НАУКА И ТЕХНИКА»
УДК 624.131

Б у с е л И. А. Прогнозирование строительных свойств
грунтов. — Мн.: Наука и техника, 1989.—246 с. — 18ЕШ
5-343-00099-1.

В книге дана систематизированная инженерно-геологическая характери-
стика основных генетических типов ледниковой формации антропогена Бело-
руссии и осуществлено их. типологическое районирование. Рассмотрены за-
кономерности пространственной изменчивости состава и свойств грунтов в
области взаимодействия геологической среды с сооружениями. Освещены
современные методы прогнозирования механических свойств грунтов и не-
сущей способности свай. Приведены рекомендации по оценке прочностных
и деформационных характеристик песчано-глинистых грунтов скоростными
методами. Изложены принципы комплексирования методов изучения соста-
ва и свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях. Рассмотре-
ны методологические основы инженерно-геологического изучения и оценки
ледниковых отложений для массового строительства.

Рассчитана на инженеров-геологов, проектировщиков и строителей; мо-
жет быть полезна студентам вузов.

Ил. 59. Табл. 75. Библиогр.: 177 назв.

Редакто р

д-р геол.-минер. наук И. С. Комаров

Рецензенты:

д-р геол.-минер. наук С. Н. Чернышев,
канд. геол.-минер. наук М. И. Горальчук

3303000000—121
Б-----------------98—89

М 316 (03)—89

I8В^ 5-343-00099-1

© Издательство
«Наука и техника», 1989
ВВЕДЕНИЕ

В Основных направлениях развития народного хозяйства
СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года в области
капитального строительства поставлены задачи существенного
сокращения сроков возведения объектов, обеспечения высоко-
го технического и экономического уровня проектов, снижения
стоимости строительства зданий и сооружений. Один из эффек-
тивных путей достижения экономичности проектных реше-
ний — повышение точности и надежности оценки механичес-
ких свойств грунтов. Достоверные данные об этих свойствах и
их изменчивости в пределах строительной площадки позволя-
ют принять технические решения, наиболее экономичные с точ-
ки зрения стоимости и трудозатрат при выполнении работ ну-
левого цикла.

Определение механических свойств грунтов прямыми мето-
дами сопряжено с существенными затратами средств и вре-
мени. Поэтому большое значение приобретает установление
показателей этих свойств по косвенным признакам, что позво-
ляет снизить стоимость и значительно сократить сроки выпол-
нения инженерно-геологических изысканий.

Высокие темпы строительства влекут за собой необходи-
мость ускорения процесса инженерно геологического изуче-
ния застраиваемых территорий. Одним из путей такого уско-
рения является установление и практическое использование
законов взаимосвязи инженерно-геологических свойств пород
на основе изучения их пространственной изменчивости.
В. А. Приклонский относил задачу поиска корреляционных
связей свойств к числу важнейших проблем грунтоведения.

Исследование взаимосвязей и прогноз прочностных и де-
формационных свойств различных генетических типов грунтов
по косвенным признакам — серьезная проблема, сложность ко-
торой объясняется как огромным разнообразием грунтов в
природе, так и отсутствием единой методики в производстве
испытаний грунтов и в обработке материалов. Ее решение свя-
зано с народнохозяйственной целью инженерно-геологических
изысканий, которая заключается в экономии затрат на нуле-
вой цикл при обеспечении необходимого уровня надежности.

Установление точных и надежных нормативных и расчет-
ных характеристик механических свойств пород имеет боль-
шое значение для инженерной геологии. В современной прак-
тике для этого применяются различные полевые и лаборатор-
ные методы.

Полевые методы (опытные нагрузки на штампы, сдвиги
целиков, динамические и статические испытания свай), во-
влекающие в испытание большие массивы грунта, наилучшим
образом моделируют реальные условия работы грунта под
фундаментами сооружений и наиболее точны. Однако они тру-
доемки, требуют значительных затрат времени и средств.
В связи с этим количество таких испытаний обычно невелико,
они не всегда эффективны, особенно в тех случаях, когда пло-
щадка проектируемого строительства имеет сложное и измен-
чивое строение.

К лабораторным методам относятся компрессионные ис-
пытания, испытания на срез и др., относительная простота ко-
торых позволяет выполнять их в больших объемах и детальнее
отражать основание проектируемого сооружения. В то же вре-
мя точность отдельных результатов заметно снижается. По-
этому в практике изысканий нередко прибегают к комплекси-
рованию полевых и лабораторных методов, что позволяет по-
лучить достаточно представительные результаты (в смысле
опробования) и одновременно установить коэффициенты пе-
рехода от менее надежных лабораторных оценок к более на-
дежным полевым.

Подобный подход достаточно эффективен, но тоже требу-
ет выполнения значительного объема трудоемких исследова-
ний. Особенно большие сложности возникают на ранних эта-
пах проектно-изыскательских работ—при составлении схем,
обосновании проектов районных планировок, разработке ген-
планов промузлов или населенных пунктов, когда в короткие
сроки необходимо дать оценку инженерно-геологических усло-
вий строительства на обширных территориях.

Для решения этих проблем в Советском Союзе и за рубе-
жом уже не один год ведутся поиски таких методов, которые
позволяли бы установить показатели механических свойств
пород при минимальных затратах труда и времени. Один из
возможных и перспективных путей решения этого вопроса за-
ключается в использовании для оценки деформационных и
прочностных свойств пород различной косвенной информации.
В основе такого подхода лежит основополагающий принцип
современного грунтоведения, согласно которому механические
свойства пород — сжимаемость, прочность и другие — опре-
деляются их текстурой, структурой, вещественным составом и
физическим состоянием. Отсюда вытекает не менее важное
следствие: между этими свойствами пород (точнее, их коли-
чественными показателями) должны устанавливаться связи,
которые можно использовать для прогноза, т. е. для предска-
зания значений показателей одних свойств по другим, о кото-
рых имеется нужная информация [67].

Одной из мер эффективности методики инженерно-геологи-
ческих изысканий может служить степень снижения их стои-
мости и продолжительности. При этом необходимо учитывать,
что основная стоимость и продолжительность инженерно-гео-
логических исследований приходится на ту их часть, которая
связана с изучением свойств горных пород. Так, по данным
В. П. Огоноченко [107], изучение свойств горных пород состав-
ляет 44% всего срока изысканий, причем на полевое исследо-
вание затрачивается 54% этой продолжительности. Приведен-
ные данные характеризуют изыскания для обоснования про-
мышленного и гражданского строительства в сравнительно
благоприятных инженерно-геологических условиях (сметная
стоимость изысканий 1—5 тыс. руб.). В иных ситуациях отно-
сительная продолжительность и стоимость полевых исследо-
ваний значительно выше.

Существует два основных направления повышения эффек-
тивности инженерно-геологических изысканий.

1.	Максимально возможная замена стандартных испытаний
(штампоопыты, динамические и статические испытания свай,
сдвиги целиков и др.) экспресс-методами [107].

2.	Использование косвенной информации для количествен-
ной оценки прочности и деформируемости горных пород [149].

Для этого должны быть установлены достаточно надежные
зависимости прочностных и деформационных характеристик,
в том числе несущей способности свай, от физических свойств
грунтов и параметров зондирования. Одним из наиболее рас-
пространенных способов многофакторных прогнозов является
корреляционно-регрессионный анализ, позволяющий построить
адекватные регрессионные модели, пригодные для прогнози-
рования.

Систематические исследования в этом направлении были
начаты в конце 40-х годов в НИИОСП им. Н. М. Герсеванова.
Большую роль в развитии исследуемой проблемы сыграли ра-
боты И. С. Комарова, Н. В. Коломенского, Г. К. Бондарика,
Н. Н. Маслова, Э. В. Пильгуновой, Э. И. Ткачука, С. Н. Его-
рова, И. М. Горьковой, В. С. Зиангирова, Н. Я. Денисова, Н. Н.
Иванова, И. Н. Ивановой, В. Д. Казарновского, С. Г. Рапо-
порта и др.

Сформировавшиеся в последние годы представления о не-
обходимости учета в процессе поиска корреляционных зависи-
мостей естественно-исторических условий образования горных
пород привели к созданию ряда региональных систем обоб-
щенных показателей (работы Е. Ф. Винокурова и В. Г. Лобо-
денко для Белоруссии, В. Е. Бронштейна и др. для Донбасса,
Ф. С. Тофанюка и др. для Новосибирского Приобья, И. Ю.
Шимкуса для Литвы, В. Б. Швеца для Урала, А. М. Шисселя
для Ярославского Поволжья и др.). На основе результатов ра-
бот И. А. Агишева, В. М. Веселовского, М. И. Горбунова-По-
садова, О. И. Игнатовой, В. В. Михеева, С. И. Синельщикова
и др. созданы корреляционные нормативные таблицы обоб-
щенных показателей в действующих СНиП.

Сравнение общесоюзных норм с региональными данны-
ми показывает, что характер связей между свойствами песча-
ных и глинистых пород всегда сохраняет значительную инди-
видуальность [67], которая определяется их генезисом и про-
цессами дальнейшего преобразования и проявляется в первую
очередь в различиях состава глинистой фракции и структурно-
текстурных особенностях. Поэтому поиски любых зависимос-
тей должны производиться только в пределах отдельных воз-
растных и фациально-генетических типов отложений.

В настоящей работе рассмотрены различные аспекты про-
гноза прочностных и деформационных свойств, в том числе
несущей способности свай, отложений ледникового комплекса
Белоруссии по косвенным признакам, к числу которых отно-
сятся: 1) показатели физических свойств грунтов; 2) парамет-
ры статического и динамического зондирования грунтов.

Отложения ледникового комплекса в пределах Белоруссии
составляют 88% всего объема антропогеновых пород и явля-
ются в большинстве случаев основанием проектируемых зда-
ний и сооружений. Объектом исследований служили отложе-
ния, связанные с оледенением как непосредственно (морена,
флювиогляциальные и озерно-ледниковые), так и косвенно
(лессовые и аллювиальные образования). Наиболее подробно
в инженерно-геологическом отношении изучены моренные гли-
нистые грунты сожского (московского) горизонта (Е. Ф. Ви-
нокуров, В. Г. Лободенко). Практически не изучены моренные
отложения поозерского и днепровского горизонтов. Исследо-
вания свойств песков, охватывающие территорию республики
целиком, отсутствуют.

Для песков, особенно водонасыщенных, характерна недо-
оценка их несущей способности, связанная в первую очередь
с малым количеством штамповых опытов, и наблюдений за
осадками. Отрицательную роль играет оценка плотности пес-
ков по коэффициенту пористости и по зондированию, сущест-
вующая в ГОСТ 25100-82, СН 448-72 и перешедшая без изме-
нений в СНиП 1.02.07-87. Так, например, многие песчаные
грунты республики, которые по ГОСТ 25100-82 и СН 448-72 от-
носятся к рыхлым, имеют степень плотности 0,6—0,8, иногда
даже большую.

Исследование связей между показателями физико-механи-
ческих свойств ленточных глин севера Белоруссии было вы-
полнено Л. К. Морозовой и И. Г. Лукинской. Однако сопостав-
ление результатов исследований по всему региону и оценка
пространственной изменчивости свойств не производились.
Все прогнозные значения прочностных и деформационных
характеристик моренных и озерно-ледниковых грунтов полу-
чены по физическим свойствам на ограниченном фактическом
материале. Вместе с тем в Белоруссии при изучении отложе-
ний ледникового комплекса наблюдается тенденция к увели-
чению объемов скоростных методов исследований, в частности,
статического и динамического зондирования. Для повышения
информативности этих методов необходимо установление за-
висимостей физико-механических свойств грунтов от парамет-
ров зондирования, учитывающих региональные особенности
грунтов, что существенно повысит качество и эффективность
их применения при инженерно-геологических изысканиях.

До настоящего времени не разработаны вопросы рацио-
нального комплексирования различных видов исследований
в зависимости от информативности каждого из методов и кон-
кретных инженерно-геологических условий площадки проекти-
руемого строительства. Отсутствуют конкретные разработки
по методике инженерно-геологических исследований леднико-
вых отложений для массового строительства.

Точность и надежность прогноза механических свойств
массивов грунтов, служащих естественным основанием для
объектов промышленного, гражданского и других видов строи-
тельства, обеспечивает высокую достоверность расчетов осно-
ваний зданий и сооружений, выполняемых проектировщиками.
Существующие методы расчета оснований зданий и сооруже-
ний по предельным состояниям базируются, как правило, на
традиционном представлении о преимущественно односторон-
нем воздействии сооружений на их естественные основания,
что сводит задачу инженера-геолога к получению исходных
данных о природных условиях площадки и физико-механиче-
ских свойствах слагающих ее грунтов, а проектировщика —
к расчету осадки сооружения, определению расчетных сопро-
тивлений грунтов оснований и расчетных нагрузок на основа-
ние и пр. Такой подход обусловливает методику инженерно-
геологического изучения и оценки грунтов для массового
строительства, которая сводится, как правило, к получению
информации о массиве в отрыве от его взаимодействия с буду-
щим сооружением. Однако в большинстве случаев взаимодей-
ствие между сооружением, фундаментом и естественным осно-
ванием имеет гораздо более сложный двусторонний характер
и может быть оценено только при учете всей системы прямых
и обратных связей [64].

В настоящее время в строительной практике назрела необ-
ходимость применить такие инженерные решения, где выде-
ление сооружения, фундамента и основания стало бы в извест-
ной мере условным, т. е. объединить их в единый геолого-тех-
нический объект, представляющий собой сложную геотехно-
генную систему [64] определенного структурного уровня (по
Г. К. Бондарику, элементарную природно-техническую систему
[7]). В связи с изложенным актуальной и важной задачей яв-
ляется разработка теоретических и методических основ’ ин-
женерно-геологического изучения и оценки таких систем как
целостных комплексов.

Одна из основных проблем оптимального инженерно-гео-
логического изучения геолого-технических объектов — коор-
динация локальных проектно-изыскательных решений для до-
стижения наилучшего пространственного, структурного и па-
раметрического построения разрабатываемой системы.

В данной работе автор решает следующие задачи.

1.	Получить обобщенную инженерно-геологическую харак-
теристику основных генетических типов ледниковых отложе-
ний, развитых на территории БССР.

2.	Изучить закономерности пространственной изменчивости
отложений ледникового комплекса.

3.	Установить корреляционные зависимости прочностных,
деформационных характеристик и несущей способности свай
от различных сочетаний физических свойств и параметров
зондирования.

4.	На основе инженерно-геологических особенностей, зако-
номерностей пространственной изменчивости и взаимосвязи
показателей свойств осуществить инженерно-геологическое
районирование и типизацию отложений ледниковой формации
Белоруссии.

5.	С инженерно-геологических позиций разработать основ-
ные методические принципы комплексирования методов про-
гноза прочностных и деформационных свойств ледниковых от-
ложений применительно к условиям БССР.

6.	Изложить методологические основы оптимального
инженерно-геологического изучения и оценки ледниковых от-
ложений для массового строительства.

В книге определена логическая последовательность приме-
нения различных геологических и формально-математических
методов прогноза, комплексного изучения и оценки свойств
ледниковых отложений (геолого-структурный анализ, изуче-
ние закономерностей пространственной изменчивости физико-
механических свойств, прогноз показателей свойств грунтов,
инженерно-геологическое районирование и типизация образо-
ваний, комплексирование методов прогноза свойств, методика
инженерно-геологического изучения ледниковых отложений
для массового строительства).

В основу работы положены результаты исследований, про-
водившихся автором в течение 1971—1986 гг. в процессе изу-
чения инженерно-геологических условий строительства в пре-
делах территории Белоруссии, а также архивные материалы
БелГИИЗа. Систематизированы и обобщены результаты опре-
делений физико-механических свойств отложений ледникового
комплекса, выполненных более чем на 300 площадках, кото-
рые расположены в различных районах республики. Исполь-
зовано более 4000 результатов испытаний на сдвиг, около 800
результатов испытаний грунтов штампами, а также 60 испы-
таний свай статическими и динамическими нагрузками с па-
раллельным определением физических свойств и зондирова-
нием грунтов. Все расчеты выполнены на ЭВМ ЕС-1022. Про-
анализирован и обобщен опыт инженерно-геологических
исследований ледниковых отложений для массового строитель-
ства, которые проводятся БелГИИЗом с 1965 г. по заказам
различных проектных организаций республики.
Глава 1

ФОРМИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛО»ГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ОТЛОЖЕНИЙ ЛЕДНИКОВОЙ ФОРМАЦИИ
АНТРОПОГЕНА БЕЛОРУССИИ

1.1.	История геологического развития
ледниковой формации и ее влияние на формирование
инженерно-геологических условий

В антропогене на территорию Белоруссии пять раз надви-
гались ледники мощных равнинных оледенений. Уже в конце
неогенового периода значительно похолодало. В начале антро-
погена всю Белоруссию почти до Полесья перекрыл большой
Скандинавский ледник. Белорусское (нижнеберезинское, ва-
ряжское) оледенение сменилось вендским (беловежским, нали-
бокским) межледниковьем, климат стал умеренным и влаж-
ным, близким к современному прибалтийскому. Новое бере-
зинское (верхнеберезинское, окское) оледенение по размерам
было почти таким же, как и белорусское. Первые древние лед-
ники оставили следы своей деятельности на территории Бело-
руссии: на возвышенностях доледникового рельефа накапли-
вались мощные конечные ледниковые образования, понижения
древнего рельефа (особенно долины рек) углублялись ледни-
ком до 100—150 м и более и образовывали ложбины леднико-
вого выпахивания и размыва. В среднем плейстоцене (350—
300 тыс. лет назад) на территории Белоруссии было самое
продолжительное — лихвинское (александрийское) межлед-
никовье: климат стал теплым и влажным, достигли расцвета
флора и фауна, развились большие полноводные прареки.
Позже территорию Белоруссии перекрыл самый большой —
днепровский ледник, образовав мощные морены. После днеп-
ровского оледенения наступило рославльское (шкловское)
межледниковье, достаточно теплое и умеренно сухое. Москов-
ское (сожское) оледенение продолжалось недолго. В начале
позднего плейстоцена (около 140—90 тыс. лет назад) насту-
пило самое теплое,— микулинское (муравинское) межледни-
ковье. Его сменил последний валдайский ледник, двигавшийся
на Восточно-Европейскую равнину из Фенноскандинавии и до-
стигший Белоруссии только около 25 тыс. лет назад. Валдай-
ское (поозерское) оледенение охватило все Белорусское По-
озерье. Его следы—отчетливо выраженные цепочки конечных
морен и многочисленные озера.
На геологическое развитие Белоруссии в плейстоцене и
формирование ее современного рельефа существенное влияние
оказали морфоструктурные особенности, сложившиеся на этой
территории к началу четвертичного периода. Со строением по-
верхности коренных пород тесно связаны не только многие чер-
ты геоморфологии Белоруссии, но и характер строения и со-
става четвертичных образований, их мощность, распределение
по территории и т. д. Структурно-тектонические особенности
контролировали в первую очередь объем ледниковой седимен-
тации и соответственно общий орографический облик форми-
ровавшейся дневной поверхности [97].

Образование ледникового покрова Белоруссии происходи-
ло в условиях сложного взаимодействия эндо- и экзогенных
факторов, что вызвало значительное разнообразие и ритмич-
ность слагающих его осадков. Важную роль при этом играл
рельеф ледникового ложа, представляющий собой сложную
полигенетическую и полихронную поверхность. В мезоплейсто-
цене днепровский ледник вклинился по долине Днепра далеко
на юг. Дальнейшее его продвижение было приостановлено
тектонической структурой Украинского кристаллического щи-
та (УКЩ), испытывавшей в этот период неотектонические под-
нятия. В результате край днепровского ледника разместился
вдоль этой тектонической структуры. В период таяния на вы-
ровненной поверхности между конечными моренами и краем
отступавшего ледника образовались обширные области акку-
муляции переработанного им материала. Приподнятый край
УКЩ затруднял отток талых ледниковых вод к югу, и они пе-
реполняли речные долины, способствуя боковой эрозии, в ре-
зультате чего сформировались широкие террасы, сложенные
аллювием и водно-ледниковыми образованиями этого време-
ни. Поднятие УКЩ и пониженная транспортирующая способ-
ность переполненных насосами рек, текущих к югу, способст-
вовали частичной разгрузке талых вод в сторону Припятской
впадины, где эти воды и переносимый ими обломочный мате-
риал создавали подпор рек, направлявшихся к Днепру (При-
пяти, Березины и других притоков Днепра, которые имеют
устойчивые направления долин и широкие песчаные террасы,
сложенные аллювием днепровского времени). Подпруженные
реки разливались, образуя обширную аккумулятивную рав-
нину [8]. Во время днепровского максимального оледенения
Русской равнины сплошным ледяным покровом была покры-
та вся территория Белоруссии. Двигаясь по территории с рез-
ко расчлененным рельефом, встречая на своем пути крутые
уступы и глубокие долины, днепровский ледник производил
значительное разрушительное воздействие на свое ложе, пере-
углублял днища долин, изменял их поперечный профиль и
конфигурацию.

Деятельности московского ледника обязаны своим проис-
хождением наиболее обширные возвышенности Белоруссии,
расположенные к югу от границы последнего оледенения, а
также сложенные среднеплейстоценовыми образованиями цо-
коли многих валдайских возвышенностей. О периоде роста
днепровского и московского ледников известно очень мало.
Вторая половина максимальной стадии оледенения состояла
из ряда остановок края или кратковременных надвигов дегра-
дировавшего ледникового покрова и интервалов более быст-
рого убывания его.

Краевая зона ледникового покрова при его отступании под
влиянием главнейших неровностей доднепровского рельефа
носила лопастный характер, что определило фестончатый об-
лик системы днепровских и московских краевых образований,
часто имеющих вид концентрических дуг. Депрессии додне-
провской поверхности занимали лоевская, верхнеприпятская,
нижнеберезинская, центрально-белорусская, брестская, под-
ляшская, верхнеясельдинская, западно- и восточно-верхнене-
манские; верхнеберезинская, верхнебобрская, лидская, вилей-
ская крупные лопасти и ряд более мелких. Между ледниковы-
ми лопастями и языками формировались межлопастные
моренные массивы, к числу которых относятся, например, Ново-
грудская возвышенность, районы гор Дзержинская, Маяк, Лы-
сая, восточная часть Волковысской возвышенности, Медицин-
ские высоты и др. Барановичско-Новогрудское межъязычье
приурочено к северной части Полесской седловины. Структур-
но-тектоническую обусловленность имеют также другие осо-
бенности краевых зон. Следующие одна за другой концентри-
ческие дуги краевых образований юго-восточной и централь-
ной части Белоруссии фиксируют осцилляции языка льда,
который в разных фазах называется лоевским, нижнеберезин-
ским и центрально-белорусским (бобруйским) и который
представлял собой уменьшившийся остаток огромной днепров-
ской лопасти ледникового покрова. Длительная сохранность
этого языка объясняется приуроченностью его к западной
части Припятской впадины и Центрально-Белорусской доднеп-
ровской депрессии.

В позднемосковское время произошло энергичное врезание
рек, вызванное не только гляциостатическим тектоническим
поднятием территории, но и потеплением климата. Смягчение
климата привело к быстрому отступанию края московского
ледника.

Особенности довалдайской поверхности, в частности чере-
дование московских возвышенностей и низин, способствовали
расчленению краевой зоны ледникового покрова на ряд ло-
пастей, занимавших Суражскую, Лучесинскую, Чашникскую,
Нарочанско-Вилейскую, Средненеманскую и другие низины.
Московские возвышенности (Минская, Ошмянская, Гроднен-
ская и т. д.), послужившие непреодолимой преградой для на-
ступавшего ледника в связи с небольшой (50—100 м) мощ-
ностью и малой активностью его краевой зоны, играли роль
межлопастных опорных массивов. Обусловленная строением
довалдайской поверхности лопастная конфигурация леднико-
вого покрова при достижении им максимальных размеров и
последующей деградации определила фестончатый рисунок
системы его краевых образований, полосы которых имеют в
плане вид концентрических дуг.

Строение толщ ледниковых отложений различного возраста
однотипно: в основании разреза залегают флювиогляциальные
и озерно-ледниковые отложения этапа наступания ледника,
выше по разрезу следует морена и завершают разрез флювио-
гляциальные и озерно-ледниковые образования этапа отсту-
пания ледника. Ледниковые толщи разного возраста либо не-
посредственно налегают друг на друга, либо разделены меж-
ледниковыми отложениями — комплексом образований, ти-
пичных для континентального осадконакопления в условиях
умеренного гумидного климата (аллювиальных, озерных, бо-
лотных и др.).

В процессе оледенения на территории Белоруссии не только
сформировались специфические генетические типы отложе-
ний, прямо или косвенно связанные с образованием ледников
(моренные, флювиогляциальные, озерно-ледниковые, лессовые
и др.), но и существенно изменились свойства более древних
пород, оказавшихся под статическим и динамическим воздей-
ствием ледникового покрова [24]. Континентальное оледене-
ние должно было вызвать естественную мелиорацию пород,
значительно увеличив их плотность и несущую способность.
Результаты исследований не противоречат в целом этим пред-
ставлениям, но наблюдаются случаи, когда под толщей лед-
никовых отложений залегают неуплотненные озерные, озерно-
ледниковые и болотные породы, что пока не находит достаточ-
но убедительного объяснения. Ледник разрушал подстилающие
породы и переносил обломочный материал на значительные
расстояния от места его образования.

Одной из важнейших задач инженерно-геологических ис-
следований является определение генезиса осадочных толщ.
Существуют разные взгляды на образование составных эле-
ментов ледниковой формации. Относительно сходны лишь
представления о формировании флювиогляциальных и озерно-
ледниковых отложений. Здесь различия касаются преиму-
щественно не способа возникновения того или иного типа
осадка, а места его накопления [96].

Так, образование флювиогляциальных отложений связано
с деятельностью ледниковых вод. С ледников стекало огром-
ное количество поверхностных и внутриледниковых вод. Сли;
ваясь, они формировали у края ледника неглубокие (в совре-
менных ледниках до 0,3 м), но достаточно быстрые площадные
потоки, которые за счет выносимого из ледника материала и
частичного размыва пород ложа образовывали плосковолнис-
тые поверхности зандров в форме обширных конусов выноса.
По мере удаления от ледника зандровые потоки локализова-
лись по долинам и эрозия приобретала линейный характер.

Озерно-ледниковые отложения формировались в прилед-
никовых озерах, запруженных конечными моренами и грядами
ледникового происхождения и являющихся аккумуляторами
тонкообломочного материала. Ленточные глины — наиболее
характерные осадки ледниковых озер. Они образованы в ре-
зультате сезонного поступления обломочного материала. Оби-
лие талых вод и большая скорость потоков в летнее время
обусловливали принос большого количества грубого материа-
ла. В зимнее время осаждался тонкий глинистый материал и
в течение годового цикла образовывалась одна «лента» осад-
ков.

Серьезные расхождения существуют во взглядах на про-
исхождение моренных и конечно-моренных отложений. Анализ
современных представлений о генезисе и условиях формиро-
вания свойств морен наиболее полно дан в работах Ю. А. Лав-
рушина [76], А.В. Матвеева [96, 98], А. А. Кагана и М. А. Со-
лодухина [56]. Из зарубежной литературы интерес представ-
ляет работа Р. Флинта [160].

До последней четверти XIX в. господствовала дрифтовая
гипотеза образования морен, развивавшаяся и поддерживав-
шаяся крупными учеными того времени П. П. Гельмерсеном,
Ч. Дарвином, А. А. Иностранцевым, Ч. Лейелем, И. В. Мушке-
товым и др. Впоследствии многие из этих исследователей пе-
решли в ряды сторонников теории покровных материковых
оледенений, созданной трудами О. Тореля, Г. Гревингка,
Д. Гейки, К. Ф. Рулье, Г. Е. Щуровского, Ф. Б. Шмидта,
П. А. Кропоткина.

Однако до сих пор появляются публикации, которые ста-
вят под сомнение ледниковый генезис морен (II. С. Макеев,
И. Г. Пидопличко, Г. У. Линдерберг, В. Г. Чувардинский и
др.). Основательной критике антигляциалистов подвергли
К. К. Марков [94], Е. В. Шанцер [164], С. А. Яковлев [174].

Среди геологов, придерживающихся теории ледникового
генезиса морен, также нет единства во взглядах на способ об-
разования этих горизонтов.

Достаточно подробно обоснована точка зрения на накоп-
ление основных морен под движущимся ледником, минуя вод-
ную стадию (Е. В. Шанцер, Ю. А. Лаврушин и др.).

К. И. Лукашев [84], Р. Флинт [160] и Ж. Пуарел [177]
связывают образование морен с таянием ледника при его от-
ступании. Какого-либо определенного механизма уплотнения
морен они не выделяют.

Наиболее полный и комплексный подход к рассмотрению
образования морен предпринят в работе Дж. Болтона [175],
который на основании фундаментальных исследований совре-
менных ледниковых покровов на Шпицбергене и изучения
древнеледниковых отложений пришел к выводу, что морены
имеют сложный генезис. Сложный генезис морен и их возник-
новение в неодинаковых обстановках отмечают и многие дру-
гие специалисты. Следствием господства сугубо механической
теории образования морен, по которой этот генетический тип
считается сформированным в результате деятельности только
механических, в значительной степени случайных факторов,
явился широко распространенный взгляд на моренные отложе-
ния как на грубую механическую смесь, состав и свойства ко-
торой не подчиняются никаким закономерностям [68, 111].

А. А. Каган и М. А. Солодухин [56] предполагают следую-
щую гипотезу формирования свойств моренных отложений.
После вытаивания из тела ледника моренный материал в ре-
зультате самоуплотнения, которому в высшей степени способ-
ствуют его разнородный гранулометрический состав, при
возрастающем давлении вышележащих слоев приобретает вы-
сокую плотность, меняющуюся по глубине. Скорость самоуплот-
нения моренного материала зависит от скорости его вытаива-
ния из льда, условий отложения, мощности мореносодержащей
толщи, рельефа пород коренного ложа и гранулометрического
состава. Подчеркивается, что вытаивание моренного материа-
ла не имеет ничего общего с осаждением твердых частиц в
водных бассейнах. Здесь идут два процесса: там, где концент-
рация обломков высокая,— постепенное вытаивание льда из
морены, а там, где она невелика,— образование очень жидкой
массы. Участки, где эти процессы протекают одновременно,
могут сменять друг друга по простиранию и по вертикали.
В обоих случаях вода способствует наиболее удобной укладке
частиц, образующих плотную породу. Часто еще долго после
отложения морена содержит включение льда, который, вытаи-
вая, увлажняет породу и способствует образованию так назы-
ваемых слабых морен. Условия формирования отражаются на
текстурных особенностях морены. Абляционные морены Бело-
руссии имеют преимущественно комковатую текстуру. В основ-
ной морене местами отмечается сланцеватая текстура, позво-
ляющая расщеплять суглинки на довольно тонкие слои [56].

Приведенная гипотеза помогает объяснить закономернос-
ти, характерные для моренных отложений: увеличение плот-
ности, прочности и деформируемости с глубиной.

В настоящее время в литературе обсуждается роль двух
возможных факторов происхождения повышенной плотности
морен — динамического воздействия ледникового покрова и
особенностей гранулометрического состава [70, 165]. Н. И.
Кригер, анализируя причины плотности основных морен, при-
шел к выводу о том, что главным фактором является разно-
родность гранулометрического состава. Как и некоторые дру-
гие исследователи, он считает гранулометрический состав
основных морен близким к составу так называемых оптималь-
ных смесей, которые всегда приобретают высокую плотность.
В то же время обнаружены существенные различия между
плотностью моренных отложений и теоретической плотностью
оптимальной смеси с аналогичным гранулометрическим соста-
вом [23].

Образование конечных морен, по наблюдениям С. А. Ев-
теева [49], в Антарктиде связано с отчленением мореносодер-
жащего льда и в редких случаях с осыпанием моренного мате-
риала у края ледника. Е. В. Шанцер [165] рассматривает
краевые (конечные) морены двух видов — насыпные и напор-
ные, отмечая при этом, что нет чистых форм.

Фактические данные по территории Белоруссии [97] и
смежных регионов позволяют говорить о значительной дисло-
цированности отложений краевых форм рельефа. Довольно
часто подобные нарушения связывают с активностью края
ледникового покрова. Однако характер дислоцированных го-
ризонтов и условия их залегания в ряде случаев не позволяют
объяснить особенности строения вытаиванием глыб погребен-
ного льда. А. В. Матвеев [96] считает краевые гряды Бело-
руссии в большой степени результатом деятельности предлед-
никовых потоков. Различия фациальных условий отложения
основных и конечных морен отражаются на их физико-меха-
нических свойствах.

Многие исследователи подчеркивают двучленное строение
донной морены: верхний слой — абляционная, нижний —
основная морена [56, 90, 128, 130, 160]. По данным Е. В. Ру-
хиной, М. М. Максимова, А. А. Кагана, М. А. Солодухина,
Б. А. Лаврушина, К. И. Лукашева, А. В. Матвеева, С. Д. Аста-
повой, Э. А. Левкова и др., абляционная морена отличается
от основной гранулометрическим^ минералогическим, химичес-
ким составом и физико-механическими свойствами. По В. Г.
Лободенко, формирование свойств грунтов верхнего слоя мо-
рены связано главным образом с процессами гипергенеза (вы-
ветривания, миграции и накопления его продуктов) [55, 69,
80, 82].

Рассматривая гипотезы о происхождении и условиях фор-
мирования свойств моренных толщ, заметим, что ни одна из
них не позволяет в полной мере объяснить закономерности
пространственной изменчивости инженерно-геологических
свойств морен как по площади, так и по глубине. Уточнить су-
ществующие представления о процессах транспортировки и
седиментации моренного материала можно на основе изуче-
ния закономерностей пространственной изменчивости их фи-
зико-механических свойств .(подробнее об этом см. в главе 2).

Инженерно-геологические-'свойства горных пород отложе-
ний ледникового комплекса формировались в течение всей
истории их геологического развития. Особенности среды пер-
вичного осадконакопления пород, условия их преобразования
в процессах диагенеза наследуются и отражаются в составе,
свойствах пород и закономерностях изменения в пространстве,
характерных для каждого генетического типа ледниковых от-
ложений. Обусловленность инженерно-геологических свойств
пород процессами литогенеза позволяет использовать их по-
казатели как дополнительные критерии не только при реше-
нии ряда геологических задач, но и при исследовании взаимо-
связи и пространственной изменчивости физико-механических
свойств отложений ледникового комплекса с целью установле-
ния региональной системы их обобщенных показателей.

1.2.	Ландшафтно-геохимическая зональность
и ее инженерно-геологическое значение

Процессы формирования инженерно-геологических условий
территории республики протекают и в настоящее время. Будучи
проявлением различных форм взаимодействия литосферы с
окружающей средой, они подчиняются некоторым пространст-
венным закономерностям, находящим отражение в ландшафт-
ной (ландшафтно-геохимической) зональности [63]. Так, сре-
ди покровных отложений на территории Белоруссии, по
В. К. Лукашеву, выделяются три литогеохимические провин-
ции: северная, центральная и южная, которые отражают гео-
логическое строение территории, особенности выветривания
и современных геологических процессов. Северная провинция
совпадает с зоной валдайского оледенения на территории рес-
публики (Белорусское Поозерье и прилегающие районы), от-
личается повышенными концентрациями глинозема, окислов
железа и магния; содержание кремнезема понижено. Цент-
ральная провинция приурочена к Белорусской гряде и приле-
гающим к ней возвышенностям. Содержание элементов близко
к среднекларковому составу покровных пород республики в
целом. Южная провинция, занимающая обширную Полесскую
низменность и относящиеся к ней зандровые равнины, харак-
теризуется преимущественным развитием песчаных аккумуля-
ций водного генезиса, болотными ландшафтами и пониженным
содержанием многих элементов при максимальных концентра-
циях кремнезема. Литогеохимическим провинциям соответст-
вуют три педогеохимические провинции, которые различны по
типам и видам почвенного и в известной мере растительного
покрова [86].

По природным условиям Белоруссия относится к таежно-
лесной ландшафтной зоне. В зоне гипергенеза здесь энергично
происходят геохимические и биохимические процессы, чему
благоприятствуют климатические условия.
В целом особенности почвенных процессов и гипергенной
миграции химических элементов в ландшафтных условиях Бе-
лоруссии можно охарактеризовать следующим образом [86].
Гидротермический режим поверхности благоприятствует ак-
тивной миграции большинства породообразующих элементов
в зоне гипергенеза. Богатая лесная и травянистая раститель-
ность обеспечивает образование значительного количества ор-
ганического вещества, которое накапливается в виде торфа,
гумуса и других органических соединений. В ходе разрушения
и минерализации органического вещества поверхностные и
почвенные воды обогащаются СО2, органическими кислотами
и минеральными солями, становятся кислыми и приобретают
высокую химическую активность. Образующаяся кислотная
среда способствует глубокому разложению минеральной мас-
сы. Алюмосиликаты распадаются на кремнезем, окись алюми-
ния и особенно железа, которые выделяются в свободном со-
стоянии в виде гидратов и мигрируют в толще почв и коры
выветривания. Щелочные и щелочноземельные элементы в
значительной мере выносятся из почвы и участвуют в форми-
ровании химического состава природных вод.

Выветривание и почвообразование сопровождаются ново-
образованиями кремнезема, глинистых минералов (гидрослю-
ды, каолинит, хлорит), карбонатов (кальцит, сидерит, реже
родохрозит), окислов и гидроокислов железа и марганца (ге-
тит, гидрогетит, пиролюзит), а также образованием фосфатов
окисного и закисного железа (вивианит).

Ландшафтно-геохимическая зональность определяет не
только литогеохимические особенности состава ледниковых
отложений, но и гипергенные преобразования в моренах, вод-
но-ледниковых и озерно-ледниковых отложениях, что имеет
важное значение для формирования инженерно-геологических
свойств горных пород.

В литогеохимическом отношении ледниковые отложения
характеризуются гетерогенностью компонентов, состоящих из
трех основных комплексов [86]: 1) принесенных из областей
сноса из центров движения ледниковых покровов (устойчивые
к гипергенному воздействию породы: граниты, амфиболы,
гнейсы и минеральные продукты их разрушения); 2) мине-
ральных компонентов местных подстилающих осадочных пород
Русской платформы (песчаники, глины, известняки, доло-
миты и продукты их разрушения); 3) новообразований мине-
ралов, возникающих в результате перераспределения вещест-
ва как в процессе транспортировки и отложения, так и в пост-
седиментационное время. Последнее свидетельствует о том,
что наряду с динамическими процессами захвата и перемеще-
ния материала ледниками при деформировании морен важную
роль играли процессы геохимической дифференциации и преоб-
разования вещества. Гипергенные процессы способствовали
разрушению, переотложению и новообразованию карбонатно-
го материала, осаждению гидроокислов железа, выветрива-
нию полевых шпатов, слюд, фосфатов, окислению пирита и
ильменита, относительному уменьшению содержания других
минералов тяжелых фракций [86].

Каждая из выделяемых зон отличается от соседних не
только по геохимическим показателям, но и по всему комп-
лексу природных условий: климатической обстановке, расти-
тельному и почвенному покрову, поверхностным и подземным
водам, составу и свойствам ледниковых отложений и многим
другим характеристикам, определяющим гипергенные преоб-
разования в приповерхностных горизонтах ледниковых толщ.
Таким образом, ландшафтно-геохимическая зональность от-
ражает смену в пространстве климатических, ландшафтных,
геохимических и в значительной степени инженерно-геологи-
ческих условий [63]. Геологическое строение территории в
пределах отдельных зон не отличается постоянством, что не
может не сказаться на ландшафтной оболочке, которая также
не является однородной, а представляет собой сложную мо-
заику природно-территориальных комплексов. Ландшафтно-
геохимические особенности оказывают существенное воздей-
ствие на изменения инженерно-геологических свойств горных
пород, заключающиеся в перестройке их структурно-текстурных
особенностей [69] — одного из главных факторов, влияющих
на прочностные и деформационные характеристики грунтов,
а также на их взаимосвязь с физическими свойствами и пара-
метрами зондирования, о чем более подробно будет сказано
далее.

1.3.	Состав, строение и физико-механические
свойства основных генетических типов
ледниковых отложений

По классификации А. В. Матвеева [96], к основным гене-
тическим типам отложений ледниковой формации Белоруссии
относятся моренные, потоково-ледниковые (флювиогляциаль-
ные) и озерно-ледниковые. На долю морены приходится 52%,
на флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения —
36% от общего объема антропогенового покрова.

Изучение антропогеновой толщи показало, что зачастую
специфика разрезов определяется не столько наличием и соче-
танием определенных генетических типов отложений, сколько
присутствием слоев разного литологического состава [96].
В сложении антропогенового чехла главное участие принима-
ют моренные глинистые грунты (52%), пески (38,5%), ленточ-
ные глины (4%), песчано-гравийный материал (4%). Средние
показатели минералого-петрографического и гранулометриче-
ского состава как антропогеновой толщи в целом, так и на-
званных литологических разностей показаны на рис. 1.1, 1,2.
Наиболее близкий средний состав антропогеновой толщи от-
ражают моренные горизонты, которые были материнской
основой для формирования других генетических типов [96].

Широко развиты и особенно важны в инженерно-геологи-
ческом отношении отложения днепровского, сожского и по-
озерского горизонтов, разделенных межморенными песчано-
глинистыми образованиями изменчивого состава и мощности.
Схема границ распространения этих горизонтов и их генети-
ческих типов приведена на рис. 1.3. Условия залегания различ-

Рис. 1.1. Усредненный гранулометрический состав ледниковых отложений:
1 — озерно-ледниковая глина; 2 — песчано-гравийно-галечный материал;
3 — морена; 4 — лессовидные образования; 5 — песок; 6 — среднее по антро-
погеновому покрову (по А. В. Матвееву)

В'

ДИ Аш.

Полевые Карбонаты

шпаты

Глинистые
минералы

Рис. 1.2. Распределение основных минералого-петрографических компонен-
тов в различных типах отложений антропогеновой толщи Белоруссии: 1 —
озерно-ледниковая глина; 2 — песчано-гравийно-галечный материал; 3 —
морена; 4 — лессовидные образования; 5 — среднее по антропогеновому
чехлу; 6 — песок (яо А. В. Матвееву)
ных генетических типов ледниковых отложений и взаимоотно-
шения между ними показаны на геологическом разрезе
(рис. 1.4), пересекающем территорию республики в меридио-
нальном направлении.

Днепровский горизонт. Днепровский ледник покрывал всю
Белоруссию и продвигался по долине Днепра далеко на юг за
ее пределы [96]. Оставленные им отложения представлены
собственно ледниковыми, водно-ледниковыми и перигляциаль-
ными горизонтами. Залегают они на более древних породах
антропогена, а на севере в глубоких погребенных ложбинах —
часто на коренных породах.

В пределах моренной равнины днепровская морена залега-
ет обычно на меловых породах, а в районе Оршанско-Моги-
левского плато — на породах девона на глубинах от 1—10 до
30—80 м. На моренной возвышенности днепровская морена
лежит на известняково-мергелистой толще верхнего девона,
меловых и песчаных породах верхнего мела, местами на
кварцево-глауконитовых песках палеогена. Северо-западнее
Молодечно в основании морены залегают песчаники и серые
глины нижнего кембрия [56]. На значительной части террито-
рии республики, главным образом на юге и в центре, днепров-
ская толща выходит на поверхность, а в местах, перекрытых
более поздними образованиями, вскрывается по берегам рек
и оврагов. Мощность морены изменяется в широких преде-
лах — от 1 до 50 м, в отдельных случаях до 100 м и более.
В Полесской низменности вследствие длительного размыва в
днепровско-поозерское время на значительной части террито-
рии, особенно в долине Припяти, днепровская морена размыта
и сохранилась в виде отдельных разрозненных пятен в преде-
лах древних водораздельных плато на абсолютных отметках
120—130 м. Здесь ее мощность обычно не превышает 10—15 м.

Сожский горизонт занимает обширную часть территории
БССР [99] и залегает чаще всего на отложениях Шкловского
межледниковья. Собственно ледниковые (морены) образования
горизонта неравномерно распространены на территории Бе-
лоруссии. В значительной степени они развиты в пределах
Полоцкой низменности на Гродненской и Витебской возвы-
шенностях, по долинам рек Днепра, Лучесы, Немана, Берези-
ны и Сожа [96]. В Припятской низменности они встречаются
отдельными пятнами. Мощность моренных образований боль-
шей частью составляет 10—25 м (в среднем 15 м). На низмен-
ных участках она не превышает 10 м, тогда как на Новогруд-
ской и Минской возвышенностях и в некоторых других местах
иногда достигает 60—135 м. Слагающие сожский горизонт
водно-ледниковые осадки представлены в основном флювио-
гляциальными песками и озерно-ледниковыми глинами и суг-
линками, которые накопились в стадию наступания и отсту-
пания ледника и имеют мощность 30—45 (чаще 5—15) м.
Рис. 1.3. Схема распространения ледниковых отложений (по Н. М. Гри-
пинскому, М. С. Кичкиной, Р. И. Левицкой и др. с сокращениями): поозер-
ский горизонт: 1 — аллювиальные отложения, пески, супеси, суглинки, гли-
ны, 2 — лессовые образования проблематичного происхождения: супеси, су-
глинки, 3 — озерно-ледниковые отложения времени отступания ледника,
глины, суглинки, пески, 4 — флювиогляциальные отложения времени отсту-
пания ледника, пески, 5 — моренные отложения, супеси, суглинки, пески;
6 — муравинский горизонт: озерные аллювиальные и болотные отложения,
супеси, суглинки, глины, пески, илы, гиттии; 7 — нерасчлененный комплекс
водно-ледниковых, озерных и болотных отложений: пески, супеси, суглинки,
глины, торф, илы; сожский горизонт: 8 — флювиогляциальные отложения
времени отступания: ледники, пески, 9 — моренные отложения, супеси, суг-
линки, пески; 10 — нерасчлененный комплекс водно-ледниковых, аллювиаль-
ных и озерно-болотных отложений: пески, глины, суглинки, супеси; днеп-
ровский горизонт: И — флювиогляциальные отложения времени отступания
ледника: пески, 12— моренные отложения: супеси, суглинки, пески; 13—
александрийским горизонт: озерные, аллювиальные и болотные отложения:
глины, суглинки, супеси, пески, гиттии, торф; 14 — нерасчлененный комплекс
водно-ледниковых аллювиальных, озерных и болотных отложений: пески,
супеси, суглинки, глины; 15 — березинский горизонт: моренные стложения,
Поозерский горизонт включает приповерхностные образо-
вания, накопившиеся во время последнего оледенения. Мощ-
ность отложений поозерского ледникового комплекса в сред-
нем составляет около 25—30 м, возрастая в эрозионных пони-
жениях и полосе краевых образований до 60—70 м и более.
Мощность морены 10—30 м. Флювиогляциальные пески и пес-
чано-гравийно-галечные отложения наиболее развиты в крае-
вых зонах оледенения, где их мощность достигает 10—25 м и

Л
200
100
о
-100

аИ1р7. (.1^11(1-52

е21М

МКН-|||
^,р/ 1г!Прг

11В1-П

[.1д1Ш-52 ^11(1

^1Ьг ^Пзг

е1пг
Г.1^1пг-Ьг

е!Ьг
(.181-11

Б
200
100
0
НОЯ

Рис. 1.4. Геологический разрез по линии А—Б. Усл. сбозн. см. на рис. 1.3

более. С деградацией поозерского ледника связано возникно-
вение мощных толщ озерно-ледниковых ленточных глин,
тонко- и мелкозернистых песков, заполняющих обширные про-
странства в пределах Полоцкой, Суражской и других низин
северной части БССР.

К югу от Белорусского Поозерья довольно часто встреча-
ются перигляциальные аналоги описанных образований. Среди
них прежде всего следует отметить лессовые (лессовидные)
отложения (супеси и суглинки), которые покрывают значи-
тельные участки Оршанской, Минской и Новогрудской возвы-
шенностей, Мозырской, Копыльской и Ошмянской гряд, Ор-
шанско-Могилевского плато. Во внеледниковой зоне в это вре-
мя сформировались образования, слагающие надпойменные
террасы большинства белорусских рек, а также многие озер-
ные и прочие аккумуляции. Разновозрастные морены пред-
ставлены валунными супесями и суглинками с прослоями пес-
ков, песчано-гравийно-галечного материала и других пород.

Своеобразные условия образования моренных отложений
обусловливают формирование их специфического грануломет-
рического состава и, как следствие, инженерно-геологических
особенностей. В ледниковых отложениях в условиях естествен-
ного залегания нет резких скачкообразных переходов между
супесями и суглинками, как, впрочем, и песками различной

суглинки, супеси, пески; 16 — нерасчлененный комплекс водно-ледниковых
аллювиальных и озерно-болотных отложений: пески, супеси, суглинки, гли-
ны; 17 — наревский горизонт: моренные отложения, суглинки, супеси, пески;
18 — нерасчлененный комплекс отложений перигляциальной зоны: пески,
супеси, суглинки, глины; 19 — дочетвертичные отложения; границы оледене-
ния; 20 — максимальной стадии поозерского оледенения; 21 — максималь-
ной стадии сожского оледенения; 22 — геологические границы; 23 — буро-
вые скважины
Таблица 1.1. Основные показатели физических свойств моренных глинистых грунтов днепровского горизонта

Пункт опробова- ния	Порода, зона	Естественная влажность, %	Плотность грунта, г/см3		Степень влажности	Коэффициент пористости	Показатели пластичности, %	
			влажная порода	скелет грун- та			граница теку- чести	число пластичности
Брест	Супесь, верхняя	т>>			0,69			
	Супесь, нижняя				^(Н) 0,14 к 1			
Рогачев	Супесь, верхняя	9 2  лт(15)		1,93  7ЛГ<10>	0,63  ттг(15>			5,5  ——(15) 0,9 к
	Супесь, нижняя	8,9  —<24)		1,96  ^Г<24)	0,65  тп-(24)	0,38  	(24) 0,06 к }	17,0  —<24)	6,0 тг<24)
Мозырь	Суглинок, верхняя	12,4  —(,36)	-НЬ“>	1,92  З^Г<136)	^-(136)  0,10	}	0,41  —	(136)  0,06 к 1	22,5  —<136)	7,9  —(>36)
	Суглинок, нижняя	12,4  —(191)		1,96  ТТГ<191)	0,86  1ТГ(191)	0,38  -о7оГ(191)	23,1  —(19|)	8,9  —<191)
Светлогорск	Супесь, верхняя		2,15		0,79  “о7п”(1О)	0,41  “о?оГ(1О)	17,6  —(10)	5,9 тг<|0)
	Супесь,. нижняя				———(19) 0,12 4	0,36  твг<19)	17,2 тг(19)	5,8  —(19)
Речица	Супесь, верхняя	9,8 тг<15)			0,63  ттт(15)	О’41 „X ^г<|5)	16,6  —<15)	-Н-(,5)
	Супесь, нижняя		2,17 -^—(17)  0,07 *	1,98  0,07 (	0,68  ^Г<17)	О’36 ,„х  0,05 (	16,0	„  —(17>	
Жлобин	Супесь, верхняя		2,18  Тй<76>	1,95  -зк<76)	0.80 „„х  Т1Г(76)	———(76) 0,04 к '	17,9  1,4 <’26)	-ТТ(127)
	Супесь,	11,3	„	2,24	2,00	0,85	0,33	17,2	5,6
	нижняя	—	7^<160)	0,05 <160)	0,10 <160)	"о?оГ(|6о)	—(358)	тг<357)
Гомель	Супесь, верхняя		2,07  ‘о7п-(179)	—	0,60  ^г(,79)	О»44	х  -^Г(179)	16,9  тг<179)	тг(,79)
	Супесь, нижняя	-ТТ‘259)	2,25  Ьг<259)	—	0,80  |о?1Г(259)	0,32  ^г<259)	16,3  —<259>	л^-(259)

Примечание. Здесь и далее в числителе — среднее арифметическое значение, в знаменателе — среднее квадратичес-
кое отклонение, в скобках — число определений.


Таблица 1.2. Основные показатели физических свойств моренных глинистых грунтов сожского горизонта

Пункт опробова- ния	Порода, зона	Естественная влажность, %	Плотность грунта, г/см3		Степень влаж- ности	Коэффициент пористости	Показатели пластичности, %	
			влажная поро- да	скелет грунта			граница теку- чести	число пластичности
Гродно	Супесь, верхняя	10,4	„  	(25)  1,8 к	2,08  -5710 (25)	1,89	0,65  Т1Г<25)	0,43  -575Г(25)		5,4 —<25)
	Супесь, нижняя	9,5 тг(80)	2,14 тбг<81)	1*95 о ч ^г(81)	0,68	0,38 „ ч  0,06		5,6 —<80)
Лида	Супесь, верхняя	10,3 тг(34)	2,10  Т1Г(34)	-1^(34) 0,11 к		0,43  -^г<34)		———(34) 0,9 ' ’
	Супесь, нижняя	9,7  —<34)	^(34) 0,08 к	1,96  —	(34)  0,07 ' 7		0,38		6,0  —(34)
Солигорск	Супесь, верхняя	10,2 тг<9,)	2,12	1,93 тт^9»		0,40	16,9 —<9,)	5,2 тг(9,)
	Супесь, нижняя	10,2  ^Г(б3>	2,16  -^(52)	1,96  ^Г(52>		0,38  ^г(52)	16,5  -оТ~(53)	4,9 ^Г(53)
Могилев	Супесь,	-1011 ,102>	
	верхняя	1,4 (102)	о.ю (102)
	Супесь, нижняя	9,6 (102) 0,9 *	2,10  —— (102) 0,10 '	'
Бобруйск	Супесь, верхняя	10,8  -ТГ<Ю|	
	Супесь, нижняя		
Минск	Супесь, верхняя	^>	
	Супесь, нижняя		2,23  "о?оГ(195)
Слуцк	Суглинок,	13,9	2.19
	верхняя	тг(36)	0,09 <
	Суглинок, нижняя	12,4 тг(42)	2,24  "о?об"(41)
-н>>	0,68  мГ(102)		17,6  — (,02)	тг(102)
	0,65  Т1Г(102)	т5-<«	16,8  1,3 <102)	ть-<102)
	0,70  Т1Т(55)		17,7  —<">	5,4  —(55)
1,92 тзг(24)	0,87 тлг(34)	0,39  ^Г<24>	-ТГ<>«	-^<24>
1,93  "о7Г(69)	0,79 тлг(69)	-^(67) 0,04 к 7		-Н-(б7)
2,00  т^(,95)	0,80  мГ<“>	—-(197) 0,03 к ’	17,0  ^г(210)	6,5  м '2|0>
1,92  Т7Г(36)			22,2 тг(35)	
1,98  ^Г<41)			18,7  -ГГ(4,)	
Таблица 1.3. Основные показатели физических свойств моренных глинистых грунтов поозерского горизонта

Пункт опробования	Порода, зона	Естественная влажность	Плотность грунта, г/см3		Степень влажности	Коэффициент влажности	Показатели пластичности, %		
			влажная порода	скелет грунта			граница теку- чести	число пластичности	
Полоцк	Супесь,	11,5	2,20	1,98	0,85	0,37	18,6	6,7	
	верхняя	— (167)	~о?оГ(167)	^г<167)	—		(167)  0,10 к 7	^Г(,67)	— (167)	1,0	(167)
	Супесь,	10,6	2,24	2,03	0,86	0,33	17,6	5,9	
	нижняя	1,2 (25)	—7— (202  0,06 4	7	^Г(203)	-ЦГ<202)	77Г(202)		1,0	(205)
Витебск	Супесь, верхняя		2,22  —	(124)  0,10 '	7	1,99  (МО <124)	0,87  ттг(124)	0,36  ТоГ(24)		6,1  1,1	(124)
	Супесь, нижняя	11,4	2,25	2,02	0,90	0,33	19,4	6,8	
		— (122)	———(122) 0,08 к 7	-^(122)	~олГ(121)	^г<121)	—(121>	1,0	(121)
крупности. Например, в пределах одного монолита высотой
20 см, предназначенного для сдвиговых испытаний, можно
встретить суглинки и супеси. Поэтому выделение в моренной
толще супесей и суглинков — сложная и практически нераз-
решимая задача. Для такого рода специфических грунтов
удобно пользоваться классификацией грунтов по грануломет-
рическому составу, предложенной И. М. Горьковой [36], кото-
рая дает полную и точную характеристику пород. Все много-
образие моренных грунтов по сочетаниям в них гранулометри-
ческих фракций не может быть охарактеризовано классифи-
кацией грунтов по числу пластичности.

При общей неоднородности гранулометрического состава
моренные отложения отличаются довольно постоянным рас-
пределением отдельных фракций. По мнению К. И. Лукашева
и С. Д. Астаповой [87], гранулометрический состав разновоз-
растных морен в одном районе более сходен, чем состав одно-
возрастной морены в разных районах, Это говорит о том, что
состав морен практически не зависит от их возраста.

Моренные отложения Белоруссии имеют массивные, слож-
ные, полосчато-плитчатые и слоеватые, глыбово-складчато-
чешуйчатые текстуры. Проведенные на территории Белорус-
сии исследования позволили установить своеобразную слоис-
тость моренных горизонтов, которая является достаточно рас-
пространенной [96].

В минеральном составе грубодисперсной части преоблада-
ет кварц, в подчиненном количестве содержатся полевые шпа-
ты, роговая обманка и рудные минералы. Состав тонкодис-
персной фракции сравнительно однородный—гидрослюдистый
с небольшой примесью тонкодисперсного кварца и каоли-
нита. Общим признаком минерального состава морен являет-
ся преобладание в легкой части песчано-алевритовых фракций
кварца и полевых шпатов с непостоянным количеством карбо-
натов, слюд, глауконита в виде примеси [86]. Пространствен-
ная дифференциация морен выражается в постепенном умень-
шении в южном направлении содержания дальнеприносного
материала вследствие большого влияния местного. Наблюда-
ется тенденция к увеличению содержания кварца, уменьшению
количества полевых шпатов и карбонатов с севера на юг [86].

Основные показатели физических свойств разновозрастных
морен приведены в табл. 1.1—1.3. Инженерно-геологическое
расчленение моренных горизонтов выполнено в соответствии
с РСН 27-78 [55] (показатели физических свойств приведены
раздельно для верхней и нижней зон морены). Анализ табл.
1.1 —1.3 показывает, что для всех моренных горизонтов харак-
терна повышенная уплотненность; это вполне согласуется с
условиями их образования и гранулометрическим составом,
близким к оптимальным смесям. Существенного различия в
плотности разновозрастных морен не установлено, хотя неко-
Таблица 1.4. Средние значения показателей сдвига днепровской
и поозерской морен при нагрузке 1, 2, 3-105 Па

Пункт оп- робования	Порода, зона	Сдвигающие усилия тг-, 10? Па			Удельное сцепление с, 10? Па	Коэффициент внутреннего трения ф
		Т1	т> 1	1		
Мозырь	Супесь	0,81  — (46)  0,12к '	1,29  (46) 0,17'	1.78 _ 	(46) 0,22'	0,37  —	(46)  0,13 4	0,48  —		(46)  0,10 4
Светло- горск	Супесь, нижняя	0,97 ^<16)	1,61  	(16)  0,19Ч ’	2,23 0Т18<16>	0,33  тлг<16)	0,63  —:—(16) 0,05
Речица	Супесь	0,92	1-59	2,14	-°^(8) 0,15 к 7	0,6!
		0,24 (8)	0,27 ( *	0,23 ( >		0,12 <
Полоцк	Сугли- нок, верхняя	0,83 ч — (И) 0,16*	1,34 х  0,21 (Н)	1’91 , х  0,24	0,28  тгг(1,)	0,54
	Супесь, нижняя	0,97  0—о<19)	1,62 о71з( 19)	2,23 к  <ГЙ(19)	0,34  ^Г<19)	0,64  	(19)  0,10 к '
Витебск	Супесь,		1.45 _  0,12 ( *	2,05 оТз*10*	0,32  ТБГ(,0)	0,57  —	(10)  0,04 к
	верхняя	0,11 (8)				
	Сугли- нок, нижняя	I’00 .„х ^(58)	I’50 .X ^Гб<46)	1,93 ^2(45)	0,54  -^Г(58)	0,47  ^бг(58)

Таблица 1.5. Средние значения показателей сдвига сожской морены
при нагрузке 1, 2, 3105 Па

Пункт оп- робования	Порода	Сдвигающие усилия т		10? Па	Коэффициент внутреннего трения (д ф	Удельное сцепление с, 1 0? Па
		Т1		Т,		
Минск	Супесь	—	—	—	-^1644)	-^- 16441
					0,099 6 )	0,18 (644)
Слуцк	Супесь	0,89	1,52	2,13		-^-<691
		о,1в <7 )	0,24 <64	0,33(7	0,138 (	0,08
Гродно	Супесь	0,85 1лч	1,36  0-8<19)		0*508	^_Пох
		0,16 (		0,16 (1 *	0,080 <	0,14
Могилев	Супесь	2192		1,97 о"д9(ЗО)	21** 30)	0,39
		0,12 3	0,17(30)		0,065 ( *	0,15 (30)

торая тенденция к повышению уплотненности наблюдается с
юга на север и на участках, приуроченных к конечно-морен-
ным возвышенностям. Физические свойства верхней зоны мо-
рены хуже, чем нижней.

Степень влажности для днепровской морены юго-восточной
части Белоруссии и в большинстве пунктов опробования сож-
ской морены меньше 0,8, что указывает на возможность их до-
полнительного увлажнения и связанного с этим ухудшения
физико-механических свойств. Средние значения показателей
консолидированного сдвига, выполненного по ГОСТ 12248-78
при удельных нагрузках 1, 2, 3-105 Па, для разновозрастных
морен приведены в табл. 1.4 и 1.5, из которых видно, что отно-
сительно более высокие параметры сдвига имеет морена по-
озерского горизонта.

С целью выяснения влияния метода проведения испытаний
(консолидированный и неконсолидированный) автором были
обработаны результаты испытаний, выполненных по двум ме-

Та блица 1.6. Сопоставление параметров сдвига, полученных
различными методами

и	Порода, консистенция	Консолидированный врез		Неконсолидированный срез	
			с	и <Р	с
1	Супесь, твердая	————(87) 0,093 ' }	0,40 тпг<87)	0,515 о^Г(44)	0,76  —		(44)  0,20
2		0,627 оТЙГ(128)	0,44  Т5Г(128)	°-^-(39)  0,131 * 7	0,65  Т^(39)
3	»	0,648  0ТйГ<29)	0,44  ТЛГ(29)	0,445  ^<20)	0,77  Т^(20)
4	»	0,595	0,44  -6ЛГ(88)	0,518	_  0,140	>	0,79  0,22 ( >
5	»	21$$. (71) 0,104 к '	—-(71) 0,17 к '	0,602  0?НГ(27)	0,59 _ ^Г<27)
6	»	0,602 	(53)	0,43  (53)	(19)	— (19)
7	»	0,522  0,078	0,33  —— (6) 0,18 '	0,575	„  0,097 (1	0,72 п тлг<16>
8	Супесь, пластичная	0,585  0,093 (10)	0,26  БЛГ<10)	0,475  ^пг<17)	0,32  тлг<17)
9	»	0,046 1 '	-°^(7) 0,14 1 '	^(6) 0,083 к 7	-^(6) 0,06 к ’
10	Супесь, твердая	0,490 одЙ8~(12)	0,36  “олГ(11)	0,480  ^(27)	0,55  ^<27)
11	Суглинок, твердая	0,420 _  0,085 <	0,42  ^г(15)	О’270 ^<59)	0,92
12	Суглинок, полутвердая и ту- гопластичная	^(23) 0,110 ' '	0,46  "олё <19)	0,200	„  0,087	*	О’73 „х 0,19 (1 >
Таблица 1.7. Основные показатели физических свойств моренных
грунтов, подвергшихся испытаниям на срез

		Плотность грунта.				Показатели пластич-	
а	Естествен-	г/см3		Степень	Коэффи-	ности	. %
са	ная влаж-			влажности	циент по-		
		влажная	скелет		ристости	граница	число пла-
		порода	грунта			текучести	стичности
			Консолидированный		! срез		
1	9,4	2,26	2,06	0,83	0,31	16,5	5,9
	Об(87)	о7оё<87>	0?05 <87>	0Л0<87>	0,03	ТТГз <87>	Го(85)
2	9,6	2,25	2,05	0,82	0’31 , ™	17,0	6,2
	0^(128)	Об (128>	0Т5(128)	оТ(128)	0,03 (128>	оТ*128)	677 <128)
3	9,6	2,29	2,09	0,90 п	0,29	16,7	6,1
	ОТ <29>	Щ04 <29)	Щ94 (29)	0,08 ( 29)	0,02 (29)	То (29)	О(29)
4	9,4	2,21	2,02	0,76	0,33 _	16,9 ™	6,2
	0^(88)	6ТО5 <88>	0,06 <88'	0,09 <88)	Оз <87>	ОТ <88)	О(86)
5	9,2	2,24	2,05	0,78	0,31 ™	16,7	6,0
	То <71>	05 <71>	04 <7°)	оТо^	0,03 <69>	0Т<7°)	6Тб<71)
6	9,5 (53)	2,25(52)	2,06(51)	0,82(52)	0,31 (51)	17,0(52)	6,2 (52)
7	9,8 (6)	2,15(6)	1,96(6)	0,70(6)	0,39(6)	17,7 (6)	6,7(6)

Неконсолидированный срез

1	9,5 , 0Т0<47>	2,27  04 <47>	2,07  004 <47>	0,84  009 <47>	0,31  Оз<47>	Ю.8  То<47>	5,9 о<47)
2	9,6  Т8<39>	2,23  О5(39)	2,04	  0,06 (391	0.79 о 0,08 (39)	0,32  004 <39>	Ю.4 _ 1,2 (39)	5,6 1То<39)
3	9,7  Кв'20)	2,28  05 <2°>	2,08  04 <2°>	0,87  0Т<20>	0,30  0,03 <2°)	тк(2°)	6,0 л ч 0,6 (2°)
4	г1<|2>	2,21  0,03 (12)	2,02  0,04 (12)	0,72 _ 0,10 (12)	0-2 <12>	&2>	6,0 о<16>
5	О<26)	2,21  О4(27)	2,02  04 <27>	0,73  Оё<27)	о1<27>	16,9 оТ<27)	6,2 о<27>
6	9,1 (19)	2,26 (19)	2,07 (19)	0,81 (19)	0,20(19)	16,8(19)	6,0(19)
7	9,7 (17)	2,25(17)	2,04(17)	0,83(17)	0,32(17)	16,7(17)	6,9(17)

тодикам на 12 опытных участках, расположенных в Минске,
Могилеве и Мозыре (табл. 1.6). В табл. 1.7 приведены основ-
ные показатели физических свойств моренных грунтов. Из
табл. 1.6 видно, что при консолидированном срезе существенно
уменьшается удельное сцепление грунтов при одновременном
увеличении коэффициента внутреннего трения. Это связано
с тем, что нарушаются естественное сложение грунта и проч-
ность его структурных связей, которые были главным факто-
ром, обусловливающим общее сопротивление сдвигу (по
Н. Н. Маслову [95], «структурное сцепление»). При предвари-
тельном уплотнении грунта структурные связи разрушаются.
По мере увеличения нормальных нагрузок происходит пере-
стройка первоначальной природной структуры грунта, в про-
цессе которой за счет повышения плотности под действием

Рис. 1.5. Зависимость сдвигающих усилий от нормального давления при
консолидированном (1) и неконсолидированном (2) срезе (цифры в круж-
ках означают номера участков по табл. 1.6)

дополнительного давления в грунтах возрастают силы внут-
реннего трения, роль сцепления падает. Абсцисса точки пере-
сечения прямых т=р-1^<р + с отражает, по нашему мнению,
величину структурной прочности грунта. Первый участок (до
Рстр) на рис. 1.5 отражает сопротивление грунта, обусловлен-
ное главным образом структурными связями (цементация час-
тиц и др.). Второй участок (после рСтр) отражает последова-
тельно увеличивающееся разрушение структурных и других
связей между частицами до полного сдвига грунта. Если за-
писать формулу

т = р4ё<р + с + с0,	(1,1)

где с0 — структурное сцепление, то последнее получается как
разница между сцеплениями, полученными при неконсолиди-
рованном (сн) и консолидированном (ск) срезах:

с0 = сн ск.	(1.2)

В рассматриваемых грунтах структурное сцепление обуслов-
лено как условиями диагенеза, так и эпигенетическими преоб-
разованиями, вызвавшими цементацию моренных грунтов
(окремнение, карбонатизация, осаждение гидроокислов же-
леза и др.).

Среднее значение модуля общей деформации по результа-
там компрессионных испытаний в интервале удельных нагру-
зок (1—2) -105 Па колеблется от 3,7 до 7,5 МПа у суглинков

3. Зак. 844

33
и от 4,9 до 13,9 МПа у супесей; в интервале нагрузки (2—3) X
X105 Па — от 4,8 до 13,9 МПа у суглинков и от 6,2 до 18,5 МПа
у супесей.

Для сопоставления значений модулей общей деформации,

полученных в результате компрессионных и штамповых испы-
таний, выполнены параллельные опыты для моренных, флю-

виогляциальных, озерно-ледниковых и лессовидных грунтов.
Эксперименты показали, что наиболее существенные различия

между значениями модулей
деформации, определенными
пробными нагрузками и по
компрессионным испытаниям,

Рис. 1.6. Осредненные графики испы-
таний моренных грунтов штампами:
1 — нижняя зона, 2 — переходная
зона, 3 — верхняя зона

наблюдаются для моренных и озерно-ледниковых глинистых
грунтов. Значения модулей деформации, определенных штам-
повыми испытаниями, в зависимости от коэффициента порис-
тости морен в 1,5—4, а в отдельных случаях до 10 раз превы-
шают компрессионные. Это явление связано главным образом
с масштабным эффектом, а также разуплотнением глинистых
грунтов перед испытаниями их в компрессионных приборах
после снятия природного давления при отборе образцов нена-
рушенного сложения. Оказывают влияние также условия и ме-
тодика производства опытов при естественном залегании грун-
тов и в лабораторных приборах. Кроме того, при отборе об-
разцов в известной мере нарушается и их естественное сложе-
ние (структурно-текстурные особенности), что приводит к уве-
личению сжимаемости.

По результатам штамповых испытаний модуль деформа-
ции моренных грунтов изменяется для верхней зоны от 2 до

Таблица 1.8. Минимальные, максимальные и средние
осадки фундаментов, мм

56-квартирный дом			Общежитие на 276 чел.			Производственный корпус № 1			П ро извод ственный корпус Ке 2		
мин.	макс.	ср.	мин.	макс.	ср.	мин.	макс.	ср.	мин.	макс.	ср.
13,65	22,15	16,94	7,75	11,2	9,08	3,25	8,65	4,73	5,30	8,95	6,69
20 МПа, для нижней — от 20 до 60 МПа (рис. 1.6). При испы-
таниях штампами моренных грунтов верхней зоны предел про-
порциональности часто не превышает 0,15—0,2 МПа [55]. Во
время испытаний грунтов нижней зоны при конечных нагруз-
ках 0,5—0,6 МПа заметного увеличения осадок, как правило,
не наблюдается.

Интересны результаты опытов Е. Ф. Винокурова [27], про-
водившего наблюдения за осадками сооружений, выстроенных
на моренных грунтах (табл. 1.8).

Наиболее высокие осадки получены для жилого дома,
фундаменты которого укладывались в неблагоприятный зим-
не-весенний период (февраль—март), на переувлажненное и
недостаточно тщательно подготовленное основание. Монолит-
ные фундаменты общежития также заложены в неблагопри-
ятный период. Однако ввиду хорошего контакта подошвы фун-
дамента с грунтовым основанием средняя величина осадок
значительно меньше, чем для фундаментов 56-квартирного
дома. Кроме того, по нашему мнению, судя по геологическому
разрезу фундаменты 56-квартирного дома опираются непо-
средственно на верхнюю зону морены, обладающей более вы-
сокой сжимаемостью по сравнению с основной. Монолитные
фундаменты производственных корпусов № 1 и 2, построенные
в благоприятный период (апрель—май), дали минимальную и
довольно равномерную осадку.

Анализ результатов наблюдений позволил судить о дефор-
мации моренных грунтов, находящихся в естественном состоя-
нии, о величинах осадок фундаментов, численном значении
модуля общей деформации и влиянии качества работ на де-
формации фундаментов. Отметим, что численные значения
модуля общей деформации, определенные по результатам на-
блюдений за осадками сооружений, существенно превышают
рекомендуемые нормативными документами по физическим
свойствам [55].

Практика строительства подтверждает возможности повы-
шения расчетных давлений на моренные глинистые грунты,
что позволит значительно снизить стоимость строительства.
Опытное строительство жилых домов на моренных грунтах с
повышенными расчетными давлениями показало, что макси-
мальные осадки фундаментов не превышали 30 мм, а модули
деформации — не менее 61 МПа [137]. Главными осложняю-
щими факторами при строительстве на моренных грунтах яв-
ляются неоднородность их состава, присутствие песчаных линз
и прослоев, содержащих напорные воды, а также относительно
более низкие прочностные и деформационные свойства верх-
ней зоны.

Флювиогляциальные надморенные и межморенные
отложения также широко распространены на территории Бе-
лоруссии. Состав их весьма разнообразен (от гравийно-галеч-
Таблица 1.9. Основные показатели физических свойств
флювиогляциальных песков днепровского горизонта

Пункт опробо- вания	Порода	Плотность грунта, г/см3		Коэффи- циент по- ристости	Естествен- ная влаж- ность, %
		влажная порода	скелет грунта		
Брест	Песок средней крупности средней плотности	1.71  09 <“>	1,62  0,07 (44)	0,64 (ГоИ44)	4,9  -±-(44)
Пинск	Песок средней крупности плотный	1,93 ч  0,04 (9)	1,79  0,02 (9)	0,48 ч  0,02 <9)	6,1 -37(9)  4,5 Л ч ±Г (24)
	Песок мелкий плотный	1,82 Л ч 0,09 (24)	о^б<24)	0,50 п ч 0,06 (24)	
	Песок пылеватый плотный	1»73  0,06(13)	1,62  0,0б(13)	0,65  0,04 <13)	6,5  -±(13)
	Песок мелкий плотный	1,82  ОК7)	1,75 ч 0,09 <7)	0,53 ч 0,0б(7)	6,9  — (7)
Светло- горск	Песок мелкий плотный	1,84  0,08	1,76  0,06 <22)	0,51 Л  0,05 (22)	4,7  — (19)
	Песок мелкий средней плотности	1,66  0,06 (17>	1,57 одй<17)	0,69  0,04 (17)	4,8 ±7(17)
	Песок пылеватый плотный	1,92 х 0,07<14)	1,79 0,10(14)	0,44  0,08(14)	9,6 ±3(14)
Речица	Песок пылеватый плотный	1,87 Л х оТ1<2о)	1,81  0?08 (20>	0,47 Л ч 0,06 (2°)	8,0 ±7(20)
Жлобин	Песок мелкий плотный	1,80  0705 <26>	1,71  0,04 (26)	^<26>	4г* (26)
	Песок мелкий средней плотности	1,69  6ЛГ5<41)	1,60 х 0,05 (41)	&41>	4г (41)
Жлобин	Песок пылеватый плотный	(И! <27>	1,75 ч 0,09 (26)	0,52  0?07 (27)	44(27)
	Песок пылеватый средней плотности маловлажный	<г1(17)	1,58 0^6<17>	0,68  0?07(17)	6,8  -±(17)
	Песок пылеватый средней плотности влажный	о§<19>	1,60  0,05 (19)	0,65  0,05 (19)	16,6  3±(19)

ных до супесчано-суглинистых), но, как правило, преобладают
пески, которые и представляют особый интерес для строитель-
ства. Пески зандровых полей, широко распространенные и
лучше всего изученные в инженерно-геологическом отношении,
обычно средней крупности и мелкие, реже пылеватые. Грубо-
обломочный материал приурочен в основном к краевым обра-
зованиям.

Седиментация флювиогляциальных осадков, особенно в
районах развития краевых гряд,— сложный процесс. Наряду
с мощными и относительно постоянными потоками существо-
вала густая сеть мелких, блуждающих водотоков. Различная
скорость потоков, условия осаждения и переноса материала
предопределяли отложение различных по грансоставу и плот-

Рис. 1.7. Осредненные графики испытаний флювиогляциальных песков’
штампами: а — плотных (/) и средней плотности (2); б — рыхлых

ности песчаных грунтов. Ряд других факторов способствовал
дальнейшему структурному разупрочнению грунтов за счет
суффозии и выщелачивания. Кроме того, происходил доволь-
но интенсивный процесс цементации и упрочнения песков.
Первичная неоднородность отложений способствовала неоди-
наковому протеканию эпигенетических процессов на разных
участках.

Таким образом, условия седиментации, диагенеза и после-
дующих эпигенетических преобразований обусловили наличие
в толще флювиогляциальных песков грунтов различной плот-
ности сложения (от рыхлых до плотных). Особенности форми-
рования и преобразования песчаных грунтов предопределяют
значительную пространственную изменчивость их физико-ме-
ханических свойств (см. главу 2).

Основные показатели физических свойств флювиогляци-
альных песков приведены в табл. 1.9—1.11.

Пески средней плотности и плотные характеризуются ма-
лой сжимаемостью под нагрузкой. По полевым опытам при
давлении до 0,5 МПа осадка штампа не превышает 8 см. Рых-
лые пески имеют относительно большую сжимаемость. Кроме
того, при нагрузках 0,15—0,3 МПа часто отмечается предел
пропорциональности линейной зависимости осадка штампа от
нагрузки. Осадка при этом резко возрастает, иногда происхо-
дит разрушение грунтов.
Таблица 1.10. Основные показатели физических свойств
______флювиогляциальных песков сожского горизонта___

Пункт опробова- ния	Порода	Плотность грунта, г/сма		Коэффициент пористости	Естествен- ная влаж- ность, %
		влажная порода	скелет грунта		
Минск	Песок крупный	1,72 0^5 <169)	1,65  6ТО4 <169>	0,60  6ТО4 <169)	3,9  — (167)
	Песок средней крупности	1,69 0Т06<677>	1,63 одй <678>	0,63  0,04 (68°)	3,9 — (678)
	Песок мелкий	1,66 О6<304>	2,58 _ 0,04 <304)	0,67 0^4 (303)	4,7  — (301)
	Песок пылева- тый	1,65 0Т06<27)	1,55  бТ05 <27>	0,71  0,06 (27)	6,3  — (27)
	Песок граве- листый	1,76  0,06 <39)	1,68  0,05 39	0,58 л 0,03 (39>	4,4  — (39)
Могилев	Песок крупный	1,74  0,12	1,67  0,07 <13)	0,60  0,07 (13)	5,8  — (10)
	Песок средней крупности	1,70 0ЛТ(68)	6^(54)	0,64 _ 0,07 <54>	5,3 ±(67)
	Песок мелкий	I’69 „ V 0,10(62)	^Г8<72)	0,64 „ ч 0,08 (72>	4,7  — (62)
	Песок пылева- тый	1,76  0,18 <36)	1,60  0,11 (57)	0,66 _ % блт(57)	7,6 — (34)
Борисов	Песок средней крупности	1,62  0,09	1,56  0—о<17)	0,71 0Лб<17)	4,0 ±(17)
	Песок мелкий	1,64  0^6 <12°)	1,56  0,06 (12°)	0,70  6706 <12°)	5,2  — (120)
Борисов	Песок пылева- тый	1,76 0Л5<14)		0,66 0712<14>	9,9  — (14)
Бобруйск	Песок крупный	1,82 оч 0,08	1,70  0,08 (8)	0,56 % 0,07 (8)	7.2 оч — (8)
	Песок средней крупности	б?09 <93)	1,69  0,07 <93)	0,57 к 0,07 <93)	5,9 ±(93)
	Песок мелкий	1,81 блб*101)	1,69  0,08 (109)	0,57 б^^109)	6,5  — (ЮИ
	Песок пылева- тый	1,90 бЛ5(2°)	1,75  0,09	0,51  0,09 (19)	9,6 ч — (20)
Лида	Песок средней крупности	1,72  0,08 (119)	1,65 (Г08<119)	0,61 6^8<119)	4,2  — (Н9)
	Песок мелкий	1,68 _  0,10	1,6! еч 0,06 <15)	0,64  0,06	4,6  — (15)
Таблица 1.11. Основные показатели физических свойств
флювиогляциальных песков поозерского горизонта

Пункт опробова- ния	Порода	Плотность грунта, г/см3		Коэффициент пористости	Естествен- ная влаж- ность, %
		влажная порода	скелет грунта		
Полоцк	Песок пылева- тый	1,76  0,12	1,53  0,04	0,72  0,06	17,о _ (10)
	Песок мелкий	1,75  0,09	1,64  0,06	0,70  0,04	4г (9)
Витебск	Песок пылева- тый	1,75  0,12	1,57  0,06	0,69  о.об <48>	““(48)
	Песок мелкий	1,70  0,07 <25>	1,61  0,04 <25)	0,65  0,04 <25^	3,5  — (25)

Результаты штамповых испытаний песков различной круп-
ности приведены на рис. 1.7, из которого видно, что осадки
штампов при предельных нагрузках у рыхлых песков в 2 раза
больше, чем у песков со средней плотностью, и в 3 раза боль-
ше, чем у плотных. По данным штамповых испытаний, модуль
общей деформации для песков средней плотности изменяется
от 25 до 40 МПа, у плотных — от 40 до 80, у рыхлых — от 2 до
20 МПа. Для рыхлых песков могут быть получены и более
высокие модули деформации, но в узких диапазонах измене-
ния удельных нагрузок до 0,15—0,2 МПа, после которых на-
ступает фаза сдвигов.

Показатели сопротивления сдвигу, полученные по методике
ГОСТ 12248-78, следующие: угол внутреннего трения 25—41°,
удельное сцепление 0,02—0,20-105 Па, в отдельных испытани-
ях до 0,3—0,5-105 Па, что является следствием заклинки зерен
и крупного песка в щели срезного прибора. Высокие по сравне-
нию с рекомендуемыми СНиП 2.02.01-83 значения сцепления
обусловлены как зацеплением, так и структурным сцеплением
упрочнения песчаных грунтов.

На основе теоретических и экспериментальных исследова-
ний прочностных и деформационных свойств песчаных грун-
тов Белоруссии проведено опытное строительство зданий и
сооружений с повышенными по сравнению с СНиП 2.02.01-83
расчетными сопротивлениями грунтов [34, 89, Г38], которое
подтвердило высокую несущую способность песков.

Длительные наблюдения за деформациями зданий и соору-
жений Гомельского химического завода, построенных на мел-
ких и пылеватых флювиогляциальных песках, доказали пред-
положение о сравнительно хороших прочностных и деформа-
ционных свойствах песков [137].

Анализ использования песчаных и глинистых (преиму-
Таблица 1.12. Основные показатели физических свойств озерно-ледниковых отложений

Пункт опро бования	Порода	Естественная влажность, %	Плотность грунта, г/см3		Степень влажности	Коэффициент пористости	Показатели пластичности, %	
			влажная порода	скелет грунта			граница текучести	число пластичности
Витебск	Суглинок	Ь4<12>	3^(12)	<ш<12>	0,96 ,ЛЧ  0,09 ( 2)	0,74 ч 0,09 (12)	29,6 3^<12>	12,2  Хз (12>
	Глина	%Г<45)	1,93  0,08 <45)	й<28)	0,91  0,13 <45)	0,87  0,11 <45)	Й (45>	25,5
Полоцк	Суглинок	21,2  3,3 (38)	2.05 _ 0,07 <38>	1,69  0?09 (38)	0,94 ппч 0,08 <38)	0,61 АПЧ  0,09 <38)	И(38)	^(38)
	Глина	26,8 ^(122)	1,98  0^06 <122>	1,57  0,07 <122)	0.97 , 0,05 <122>	0,75  0?08 (122>	46,0  Тб-(122)	
Новополоцк	Глина	28,8  3,6 (22)	1,93  0,06 <22)	07б8<22)	О»94 Л ч 0,06 (22)	0,82 _ 0,08 <22)	40,8 6^<24)	з^(24>
Брест	Глина	30,3 ппч  Т4 (23)	1,94  0?02 <23)	1.49  бТбз <23)	0,92  0,05 <23)	0,83  0,04 (23)	45,4  3,0 (23)	20,3  23 (23)
Новополоцк	Суглинок	21,9  2^(!°7)	о! (К»)	5^7 (,07)	0,94	„  0,10 <107>	0,64  0Т8(12°)	29,7  2,7 (I29)	10,9 з7Г(12°)
Новополоцк	Супесь	17,3 2Т<23)	Ци	й<23)	0.83 Л х 0,15 (34)	0,55 ч 0,13 (23>	25,9 ч  2,2 (34)	5,0 2Л-(34)
Таблица 1.13. Средние значения показателей сдвига
озерно-ледниковых отложений при нагрузке 1, 2, 3-105 Па

Пункт опробова- ния	Порода	Сдвигающие усилия	1 0ь Па			Коэффициент внутреннего трения Ф	Удельное сцепление с, 10» Па
			т2	т3		
Полоцк	Глина	0,71  0,15 (54)	1,04  6716	1,35  0,22 (54)	0,32  0,11 (54)	0,39  Щ21(54)
	Сугли- нок	0,71  0,08 <17)	1,18  0Л4 <17)	1,75  0,25 (17)	о»47  0,09 <17)	0,24  (ПК17)
Витебск	Глина	0,74  0,09 <20)	0,88  ОПТ*13)	1,29 оТо*19)	0,34 ч  0,10	0,54  0,13 (2°)
Новопо- лоцк	Глина	—	—	—	0,27 _ 0,10 (13)	0,40  0,06 <13>
	Сугли- нок	—	—	—	0,42  0,09	0,26  олз(86)
Новопо- лоцк	Супесь	—	—	—	О’58  0,06<П)	0,33  0,21 (11)
	Песок	—	—	—	0,56 _ 0,12 (39)	0,09  0,23 <39)

щественно моренных) грунтов в качестве оснований свайных
фундаментов за 1972—1978 гг. выполнен М. А. Ситниковым
[137]. Путем сравнения несущей способности свай, принятой
в проекте, с несущей способностью, полученной контрольными
статическими испытаниями, он показал, что средний коэффи-
циент использования несущей способности свай (отношение
несущих способностей свай, принятых в проекте, к фактичес-
ким по контрольным испытаниям) по пяти регионам БССР
составляет 0,77, т. е. несущая способность грунтов в основа-
ниях свайных фундаментов используется не полностью.

О з е р н о-л едниковые отложения залегают обычно на
морене и только местами перекрываются маломощным чехлом
голоценовых осадков. Мощность озерно-ледниковых образова-
ний разнообразна и увеличивается от периферийной части
бассейна (от 0,5 до 2—3 м) к центральной, где достигает 15—
20 м. Наиболее широко развиты, имеют значительную мощ-
ность, а также лучше изучены в инженерно-геологическом от-
ношении озерно-ледниковые отложения северной части рес-
публики (поозерского горизонта). Сравнение показателей гра-
нулометрического состава и физико-механических свойств
озерно-ледниковых осадков из различных регионов БССР по-
казало, что они различаются несущественно. Особенностью
озерно-ледниковых осадков является широкое развитие в них
ленточных текстур. По своему гранулометрическому составу
эти отложения близки к мелкозему морен, в результате пере-
отложения которых они и образовались. Гранулометрический
состав пород неоднороден, преобладают пылеватые и сильно-
пылеватые (содержание пыли 70—90%), что совместно с их
текстурными особенностями предопределяет склонность к пу-
чению при промерзании. В минеральном составе грубодис-
персной фракции доминирует кварц, тонкодисперсной — гид-

0,10 0,20 0,30 р.МПа

рослюды. В северной и запад-
ной частях республики, где лед-
ник эродировал известняково-
доломитовую толщу верхнего
девона и мергельно-меловые от-
ложения меловой системы, в

Рис. 1.8. Осредненные графики испы-
таний штампами озерно-ледниковых
отложений: 1 — пески; 2 — супеси;

3 — суглинки; 4 — глины

ленточных глинах отмечается до 20% карбонатов. В южном и
восточном направлениях количество карбонатов в ленточных
глинах уменьшается, как и в подстилающих их моренах, слу-
жащих основным источником накопления карбонатов в лен-
точных глинах. В составе отложений преобладают глины и
суглинки, значительно реже встречаются супеси и пески.

Из табл. 1.12 видно, что породы имеют низкую плотность
и слаболитифицированы. На упрочнение пород в верхней зоне
заметное влияние оказывают процессы выветривания.

В табл. 1.13 показано, что при ускоренном методе опреде-
ления сопротивления срезу, как и в моренных грунтах, проис-
ходит увеличение сцепления и уменьшение, угла внутреннего
трения. Природа этих явлений рассмотрена выше.

По данным компрессионных испытаний, пески по сжимае-
мости относятся к средне- и слабосжимаемым. Модуль их де-
формации в интервале давлений от 0,5 до 2,0-105 Па изменя-
ется в широких пределах от 9,2 до 26,6 МПа при среднем зна-
чении 12,2 МПа.

Как показали результаты штамповых испытаний, в усло-
виях естественного залегания они характеризуются высокими
деформационными свойствами. Так, по данным шести полевых
испытаний из 12 выполненных на площадке Новополоцкого
ПО «Полимир», при удельном давлении (5—6) -105 Па не до-
стигнута не только критическая нагрузка, соответствующая
стадии разрушения грунта, но и предел линейной пропорцио-
нальности между нагрузкой и осадкой штампа. Большой диа-
пазон изменения модулей деформации песков (от 16,2 до-
127 МПа) обусловлен как различной плотностью песков, так
и неодинаковым протеканием вторичных эпигенетических про-

цессов, приводящих в одних случаях к разупрочнению песков
за счет выщелачивания и суффозии, в других — к появлению
цементационных связей за счет коагуляции свободной крем-
ниевой кислоты и полуборных окислов. Развитию цементаци-

онных связей способствует и
осаждение гидроокислов же-
леза.

На наличие цементацион-
ных связей в песчаных грунтах
указывает существенное разли-
чие в значениях модулей де-
формации по результатам ком-
прессионных и штамповых ис-
пытаний (осредненные кривые
приведены на рис. 1.8) при по-

Рис. 1.9. График штампов испытаний
ленточной глины при действии цикли-
ческих нагрузок

0.05 0,10 0,15 0.20 р.МПа

давляющем содержании в грунте пылеватой и тонкопесчаной
фракции (99,6%), а также высокие значения удельного сцеп-
ления песков, достигающие (0,2—0,34)-105 Па (при измене-
нии с от 0 до 0,34-105 Па, угла внутреннего трения — от 29
до 41°).

В связи с этим не совсем убедительно выглядит классифи-
кация песков по плотности сложения ГОСТ 25100-82, по кото-
рой из 41 пробы 23 отнесены к рыхлым, 14 — к пескам средней
плотности и 4 — к плотным. В то же время, используя показа-
тель относительной уплотненности [95], только в 5 случаях
из 41 пески относятся к рыхлым, т. е. показатель уплотненнос-
ти более достоверен при классификации песчаных грунтов по
плотности их сложения.

По результатам компрессионных испытаний модуль дефор-
мации в интервале удельных нагрузок (1—2)-105 Па изменя-
ется для супесей от 10,9 до 25,5 МПа, для суглинков от 5,3 до
25,1, для глин от 1,5 до 12,2 МПа. По данным штамповых ис-
пытаний, модуль деформации составил для супесей 14,0—
47,5 МПа при пределе пропорциональности (2,0—3,5) • 105 Па,
для суглинков 20,0—29 МПа при пределе пропорциональности
(2,0—3,5)-105 Па, для глин 10,0—20,0 МПа при пределе про-
порциональности (1,5—2,0)-105 Па. Для глин модуль дефор-
мации при нагрузках от 2 до 3-105 Па уменьшается до 1—
5 МПа.

Испытания на компрессию дают заниженные значения
модуля деформации по сравнению со штампами; особенно это
существенно для ленточных глин. Ленточные глины обладают
тиксотропными свойствами. Для их изучения производились
испытания штампом площадью 5000 см2 при действии на него
циклических нагрузок (рис. 1.9, пунктиром показаны ветви
разгрузок). Как видно из графика зависимости осадки от дав-
ления, в результате многократного нагружения и разгрузки
штампа в интервале давлений от 0,5 до 1,75-105 Па произошло
разжижение глин и резкое снижение их деформационных и
прочностных свойств, о чем свидетельствует нарастание осадки
штампа с каждым последующим циклом загружения.

Песчано-супесчаные разности могут служить вполне удов-
летворительным основанием для большинства промышленных
и гражданских зданий и сооружений. Ленточные глины и су-
глинки со строительной точки зрения породы более слабые.
При проектировании оснований и возведении на них сооруже-
ний с ленточными и столбчатыми фундаментами необходимо
ограничивать удельные нагрузки в пределах (1,5—2,0) -105 Па
и особое внимание обращать на сохранение природного сло-
жения, не допуская искусственного увлажнения, промерзания,
динамических воздействий и т. д. При строительстве на лен-
точных глинах небольшой мощности целесообразно применять
свайные фундаменты с опиранием свай на морены и другие
более прочные грунты.
Глава 2

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ
ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

2.1.	Анализ теоретических и экспериментальных данных

Несмотря на значительное количество работ, посвященных
региональной инженерно-геологической характеристике лед-
никовых отложений ([27], [56] и др.), данных об изменчиво-
сти их свойств пока немного. Кроме того, наряду с корректным
решением отдельных вопросов пространственной изменчиво-
сти свойств ([4], [54], [80], [169] и др.) можно встретить чис-
то содержательные попытки описания пространственной зако-
номерности.

Анализ литературы показывает, что наилучшим средством
для характеристики пространственной изменчивости свойств
пород является метод моделирования геологического поля. Он
сочетает в себе геологический и системный подходы к геоло-
гическим телам, дает наглядное представление об изменчиво-
сти, позволяет описать только те ее компоненты, которые бо-
лее всего необходимы для решения конкретных задач [54].

На первый взгляд установить главное направление измен-
чивости ледниковых отложений не представляет труда, так как
их образование связано с наличием локализованной области
питания [4]. Поэтому можно предположить, что главное на-
правление максимальной изменчивости должно совпадать с
движением ледника, а главное направление минимальной из-
менчивости ориентировано вдоль фронта ледника. Однако,
как отмечает Г. К. Бондарик, экспериментальная проверка
этой гипотезы связана с рядом трудностей, заключающихся в
том, что в процессе перемещения ледника и его эрозионной
деятельности возникали местные области питания, и это отра-
жается в составе и свойствах пород ледникового происхожде-
ния, а также вуалирует региональную составляющую измен-
чивости. Кроме того, логично предположить, что скорость и
направление движения ледника были непостоянными (изме-
нения физико-географической обстановки, в том числе темпе-
ратуры, рельефа подстилающих пород и их устойчивости по
отношению к ледниковой эрозии и др.). Ледник продвигался
очень своеобразно, с формированием выводных ледников, где
движение льда могло отличаться от основного. Поэтому нель-
зя ожидать, что главные направления изменчивости и
повсеместно будут иметь одну ориентировку [4].

В некоторых работах развивается положение об однород-
ности основных морен по составу и свойствам, приводятся
соответствующие обобщенные показатели и, как правило, ни-
чего не говорится об анизотропии свойств морен, которая име-
ет решающее значение для выбора методических аспектов
исследования морен, в том числе для получения объективных
обобщенных показателей.

Во ВСЕГИНГЕО проведены специальные работы по изу-
чению изменчивости отложений ледникового комплекса в
районе Нагорья (Ярославская область), позволившие с по-
мощью анализа корреляционной функции установить измен-
чивость морены московского оледенения, выявить ее режимы,
рассчитать характеристики, а также показать наличие анизо-
тропии.

Г. К. Бондариком построены карты тренда числа пластич-
ности и карты дисперсии числа пластичности основной морены
валдайского оледенения в пределах Северо-Запада европей-
ской территории СССР. По моделям полей для валдайской
морены отчетливо устанавливаются главные направления из-
менчивости, о которых можно априорно судить на основании
анализа геологических данных.

А. М. Шиссель [169] исследовал закономерности простран-
ственной изменчивости московской морены Ярославского По-
волжья. Применение методики, предложенной Г. К. Бондари-
ком, и основных положений теории случайных функций дало
возможность установить наличие по профилю длиной в 20 км,
ориентированному по предполагаемому главному максималь-
ному направлению изменчивости (направлению движения лед-
ника), четко выраженной закономерной изменчивости обоб-
щенного показателя вещественного состава — предела теку-
чести. Для коэффициента пористости и сдвигающего усилия
значения средних оценок изменились менее существенно. По-
видимому, для этих показателей недостаточна длина экспе-
риментального профиля 20 км. Кроме того, сказалась разни-
ца в режимах изменчивости сингенетических и эпигенетиче-
ских свойств морен, которые рассматривались совместно, без
выделения приповерхностных горизонтов.

Путем аппроксимации оценок средних пределов текучести
и коэффициента пористости уравнением поверхности четвер-
той степени и последующей интерпретации результатов полу-
чены карты тренд-поверхностей изменения предела текучести
и коэффициента пористости на всей территории региона, поз-
волившие осуществить схематическое районирование москов-
ского горизонта. А. М. Шисселем установлено, что «распреде-
ление свойств на территории региона закономерно и взаимо-
связано с геоморфологическими особенностями моренного
рельефа» [169].

Е. Н. Иерусалимской [54] построены математические мо-
дели полей гранулометрического состава основной морены
осташковского оледенения европейской части СССР для раз-
граничения этой территории на районы, однородные по составу
морены. Анализ структур полей показал, что ее состав подчи-
няется закономерностям, отражающим процессы седимента-
ции, и зависит, как правило, от состава подстилающих ее по-
род, за счет которых шло ее формирование, и только в неко-
торой степени определяется рельефом местности, по которой
шел ледник. В соответствии с этими закономерностями терри-
тория разделена на 33 района, в пределах которых залегает
морена преимущественно одного из литологических типов.

Определенные закономерности в изменении свойств мос-
ковской морены по площади (в районе Минска около 160 км2)
установлены В. Г. Лободенко [80].

Сотрудниками кафедры инженерной геологии МГРИ под
руководством Г. К- Бондарика построены макеты карт физико-
механических свойств пород, находящихся в сфере взаимо-
действия с наземными сооружениями, для флювиогляциаль-
ных пород днепровско-московского горизонта и морены
днепровского оледенения с использованием методов матема-
тического моделирования тренд-поверхности, основанных на
модели случайной функции [72].

Наиболее полный и комплексный подход к изучению и
оценке пространственной изменчивости ледниковых образова-
ний изложен в совместной работе Г. К- Бондарика, М. И. Го-
ральчук и Е. Н. Иерусалимской [9], в которой освещены за-
кономерности изменения в пространстве состава и свойств
ледниковых отложений, слагающих значительную часть тер-
ритории Нечерноземной зоны СССР.

Таким образом, одним из способов изучения пространст-
венной изменчивости физико-механических свойств является
математическое моделирование полей их показателей (геоло-
гических полей). В силу сложности структуры полей геологи-
ческих параметров невозможно их строгое математическое
описание. Поэтому при выборе класса функций для построе-
ния модели учитывают возможности ее получения с точно-
стью, достаточной для решения конкретной геологической за-
дачи, и простоту реализации метода построения. Для описания
экспериментальных поверхностей применялся метод полино-
миальной аппроксимации, позволяющий надежно определить
только самые общие закономерности изменчивости геологиче-
ского поля — его тренд и низкочастотную периодическую
компоненту [135].

Наиболее перспективным методом моделирования геоло-
гических полей в инженерной геологии в настоящее время яв-
ляется метод модельной автокорреляционной функции
(МАКФ) [135], разработанный Г. Ц. Тумаркиным и С. П.
Сидоркиной, так как он позволяет учесть нерегулярность сети
опробования и не требует ни предварительной обработки ре-
зультатов измерений параметра с целью построения равномер-
ной экспериментальной основы, ни сглаживания эксперимен-
тального материала для упрощения структуры изучаемого
поля. Метод позволяет получить более детальное изображе-
ние структуры, поскольку выделяет высокочастотные компо-
ненты. С его помощью можно строить модели структуры поля
разных ярусов, в том числе модели тренда, но наиболее целе-
сообразно использовать его, когда требуется детальный ана-
лиз поля инженерно-геологического показателя.

Из приведенного обзора видно, что при построении прост-
ранственных моделей обычно использовались такие показа-
тели, как пределы и число пластичности, плотность грунта,
влажность, гранулометрический состав и др., в которых не
находит отражение структурная прочность грунтов. Это ис-
ключало возможность сопоставления полей с прочностными и
деформационными характеристиками и снижало практиче-
скую ценность таких построений.

В заключение отметим, что к настоящему времени отсут-
ствует корректное описание закономерностей пространствен-
ной изменчивости показателей инженерно-геологических
свойств отложений ледникового комплекса, охватывающее
всю территорию Белоруссии. В связи с этим в научном и
практическом отношениях важно изучение пространственной
изменчивости свойств ледниковых отложений как в плане, так
и по глубине.

2.2.	Вертикальная изменчивость ледниковых толщ

Из ледниковых отложений наиболее подробно изучена вер-
тикальная изменчивость моренных грунтов [55, 69, 80, 82].
Так, например, в работе [69] отмечается, что по данным ди-
намического зондирования и временного сопротивления одно-
осному сжатию (рис. 2.1) в вертикальных разрезах моренных
отложений выделяется верхняя (ВЗ), переходная (ПЗ) и
нижняя (НЗ) зоны (по РСН 27-78 [55] — нижняя толща
(НТ)). Мощность верхней зоны изменяется от 0,5—1 до 2—
4 м, переходной — от 0 до 2—3 м. Подобные зоны в почти
однородных по гранулометрическому составу и ряду физиче-
ских свойств моренных разрезах выделяются и другими вида-
ми зондирования (статическим и ударно-вибрационным). Для
отложений верхней зоны характерны значения временного со-
противления образцов одноосному сжатию 0,01—0,13 МПа
()?сж=0,06), для нижней зоны — 0,08—0,2 и 0,5 МПа (7?сж=
=0,12). По направлению к верхней зоне значения модулей
деформации (Е), определенные с помощью штампов, снижа-
ются с 20—40 до 6—15 МПа, уменьшаются прочностные ха-
рактеристики грунтов. В отдельных случаях показатели меха-
нических свойств грунтов верхней зоны выше, чем нижней.
Это связывают с развитием в грунтах верхней зоны окислов
железа и алюминия, цементирующих агрегаты, и в меньшей
мере с обезвоживанием грунтов [82].

По В. Г. Лободенко [80], формирование верхней зоны свя-

Рд.МПа Карбонаты,% /?сж-МПа	е

Рис. 2.1. Графики изменения осреднениях показателей состава и инженерно-
геологических свойств морены по глубине: /?Сж — прочность на одноосное
сжатие; е — коэффициент пористости; ххо — естественная влажность;

— влажность на пределах текучести и раскатывания; /р — число пла-
стичности; /ь — консистенция (по В. Г. Лободенко); 1 — пески, 2—мо-
рена, 3 — ленточные глины

зано главным образом с процессами гипергенеза, приведшими
не столько к увеличению дисперсности грунтов, сколько к из-
менению их структурно-текстурных особенностей и снижению
структурной прочности. Границы зон устанавливаются путем
оценки пространственной изменчивости показателей физиче-
ских и механических свойств грунтов по результатам полевых
и лабораторных исследований. Лучшим методом при выделе-
нии зон является зондирование, отражающее структурно-тек-
стурные особенности грунтов, которые скрывают различия
физических свойств [55].

Для моренных грунтов Белоруссии наиболее характерны
типы разрезов из двух зон — верхней и нижней. Переходная
зона либо не выделяется в разрезе, либо ее мощность незна-
чительна и как самостоятельный инженерно-геологический
элемент эта зона не имеет практического значения.

Двучленное строение морены по вертикали отмечено в
ряде других работ [56, 90]. Подчеркивается, что верхний слой
характеризуется большей песчанистостью или пылеватостью
и иногда пониженной плотностью. Наблюдается также увели-
чение книзу содержания карбонатов. А. А. Каган и М. А. Со-
лодухин [56], установившие повышенную изменчивость пока-
зателей состава и физико-механических свойств по направле-
нию к кровле, связывают дифференциацию моренной толщи с
наличием абляционной и донной морен.

Практически отсутствуют публикации по вертикальной из-
менчивости других генетических типов ледниковой формации
Белоруссии (флювиогляциальных и озерно-ледниковых).

Существующее в инженерной геологии представление о
флювиогляциальных отложениях как о грунтах, обычно имею-
щих среднее и плотное сложение [83], в наших примерах под-
тверждается лишь частично. В главе 1 было показано, что
условия седиментации и последующих диагенеза и эпигенеза
предопределяют образование песчаных грунтов разной плот-
ности сложения. По В. Д. Ломтадзе [83]., длительный геоло-
гический процесс изменения состава, состояния и свойств
осадочных пород, в том числе песчаных, при литификации рас-
падается на две стадии. Первая — стадия осадка, т. е. свеже-
отложившихся песков, превращающихся под влиянием диаге-
неза в породы. Вторая стадия состоит из ряда последователь-
ных фаз, заключающихся в упрочнении пород вторичными
процессами (цементация и др.). Нами установлена значитель-
ная вертикальная изменчивость флювиогляциальных отло-
жений.

Один из типичных разрезов песчаной толщи показан на
рис. 2.2, из которого видно, что по глубине наблюдается рез-
кая изменчивость прочности грунтов, отражаемой удельным
сопротивлением под наконечником зонда (д3) при статическом
зондировании. Изменения прочности по глубине подтвержда-
ются результатами штамповых испытаний. Повышенная проч-
ность песчаных грунтов обусловлена формированием в песках
структурных связей (сцепление — упрочнение) при эпигенезе
(гипергенезе), в частности, с процессами вторичной цемента-
ции. Главный фактор, определяющий формирование структур-
ных связей в песках, — их минеральный, химический и меха-
нический состав (содержание аморфного кремнезема, карбо-
натов натрия, магния, гипса, наличие глинистой фракции и
др.). Это подтверждают большие значения упругой части де-
формации песков при испытаниях их штампами. На развитие
цементационных связей указывает и рост радиоактивности
пород по данным гамма-каротажа, связанный с повышением
глинистости пород.

В формировании физико-механических свойств пород
большую роль играют морфологические особенности зерен
песков [112], отражающие физико-географические условия

О	4	8	12	16?3,МПа	0	4	8	12 <7з,МПа

•--1--1----1-1----1	1---1--1---1	'	1

Рис. 2.2. Вертикальная изменчивость: а — флювиогляциальных песков; б —
озерно-ледниковых отложений; 1 — пески, 2 — ленточные глины, 3 — мо-
рена

среды, в которой образовались и существовали пески, способ
их транспортировки, отложения и переотложения, минераль-
ный состав и степень дисперсности.

М. И. Хазанов [162], изучавший флювиогляциальные пес-
ки, развитые в районе Рязани, установил, что зерна цементи-
руются глинистым веществом, реже гидроокислами железа.
В последнем случае цементация несколько прочнее. В. И. Оси-
пов [108] на основании детальных исследований установил,
что прочностное и деформационное поведение песков обуслов-
ливается 12 факторами, т. е. деформируемость представляет
собой функцию 1(М, Ят, (1,'Н, п, О, 8, V, с, С8, С\), где
М — минеральный состав зерен; №т — гидратная пленка
адсорбированных на поверхности зерен молекул воды; —
минеральные рубашки на поверхности зерен; (1 — средний
диаметр зерен; Н — однородность зерен по размеру; п — по-
ристость; О — ориентация зерен; 5 — сферичность (форма)
зерен; V — округлость (микрошероховатость поверхности)
зерен; о — внешнее напряжение; С8 — первичное структурное
сцепление; С& — капиллярное структурное сцепление.

Отмеченные особенности вертикальной зональности песков
имеют важное значение для правильной оценки их инженерно-
геологических свойств, служат основой для описания законо-
мерностей изменения прочностных и деформационных свойств
песчаных масс и составления научно обоснованных прогнозов
механических свойств по косвенным признакам.

Вертикальная зональность озерно-ледниковых отложений
связана главным образом с процессами гипергенеза, которые
видоизменили верхнюю часть толщи ленточных глин. Типич-
ный разрез ключевого участка представлен на рис. 2.2, б.

На характер гипергенных процессов оказали влияние ланд-
шафтно-геохимические условия. Под воздействием атмосфер-
ных осадков и разложения растительных остатков гиперген-
ные процессы видоизменили верхнюю часть толщи ленточных
глин [52]. Наличие в составе ленточных глин (особенно в се-
верной и западной частях республики) карбонатов привело к
формированию зоны выщелачивания, развитой на глубину
1—2 м. Процесс выщелачивания происходил за счет разложе-
ния алюмосиликатов под воздействием органических кислот,
образующихся при разложении лесной подстилки (кремние-
вая и угольная кислота и др.). Продукты разложения выноси-
лись в иллювиальный горизонт. Ниже по разрезу обычно сле-
дует упрочненный горизонт, прочность которого связана с про-
цессами вторичной цементации. Развитию цементационных
связей способствовали осаждение гидроокислов железа (за
счет выноса железа из верхних частей толщи глин) и карбо-
натизация. Карбонаты наиболее подвижны в зоне гипергенеза.
Под действием атмосферных осадков и подземных вод они
частично выносились на поверхность или вмывались в более
глубокие горизонты, где выпадали в виде карбонатно-глинис-
тых стяжений [143]. Карбонатные стяжения концентрируются
обычно в верхнем красно-буром горизонте ленточных глин до
глубины 1,5—3,0 м.

Таким образом, на формирование инженерно-геологических
свойств верхнего горизонта ленточных глин оказали сущест-
венное влияние характер и интенсивность гипергенных процес-
сов, вызвавших перестройку структурных связей в грунтах,
которые являются главным фактором, обусловливающим проч-
ность и деформируемость грунтов в зоне гипергенеза. Изме-
нение структурно-текстурных особенностей ленточных глин по
глубине хорошо отражается зондированием (рис. 2.2, б).
Вертикальная зональность толщи, устанавливаемая по дан-
ным статического зондирования, подтверждается повышением
(или понижением) прочности и деформируемости грунтов по
лабораторным определениям показателей сдвига и штампо-
вым испытаниям.

О роли процесса диагенеза и последующего гипергенеза в
формировании структурной прочности озерно-ледниковых от-
ложений более подробно будет сказано ниже.

23. Особенности методики моделирования
геологических полей глинистых моренных грунтов

Целевое назначение моделирования геологических полей
моренных грунтов БССР заключалось в исследовании законо-
мерностей их пространственной изменчивости для последую-
щего инженерно-геологического районирования отложений
ледникового комплекса Белоруссии, проверки и уточнения ис-
торико-геологических аспектов, связанных с процессами фор-
мирования пород, изучения свойств и разработки региональ-
ных таблиц показателей механических свойств грунтов.

В качестве основного объекта моделирования из генетиче-
ских типов ледникового комплекса была выбрана морена.

С учетом различий в физико-механических свойствах моде-
лирование выполнено раздельно для верхней и нижней зон
морены, в пределах которых режим изменчивости показателя
Рд имеет стационарный характер. В качестве основного пока-
зателя, используемого при моделировании, выбрана величина
условного динамического сопротивления моренных грунтов,
которая зависит не только от состава и состояния, но и от
структурной прочности грунтов, и тесно скоррелирована с их
прочностными и деформационными характеристиками. Выяв-
ление структуры поля этого показателя представляет несом-
ненный научный и практический интерес.

Показатель Рд кроме структурной прочности отражает и
водно-физические свойства морен. Так, для изученных мето-
дами КРИП (карт разностей и произведений) [134] установ-
лена хорошая взаимосвязь Рд (1) с естественной влажностью
(2), плотностью грунтов (3) и коэффициентом пористости (4)
(табл. 2.1). Из табл. 2.1 видно, что наиболее существенное
влияние на сопротивление зондированию из водно-физических
характеристик оказывает естественная влажность.

Для проверки сходства между показателями свойств разно-
возрастных морен проведено сравнение трех выборочных сово-
купностей, представленных материалами изучения морен на
24 площадках для поозерского, на 82 площадках для сожского
и на 30 площадках для днепровского горизонтов по величине
дисперсий и средних [30]. Оценка сходства выполнена по
показателю условного динамического сопротивления, который
является комплексным показателем водно-физических свойств,
прочности структурных связей, прочностного и деформацион-
ного поведения моренных грунтов.
Таблица 2.1. Значения коэффициентов взаимосвязи
между Рд и физическими свойствами морен

Верхняя зона			Нижняя зона		
Коэффициенты взаимосвязи	Метод карт разностей	Метод карт произведений	Коэффициенты взаимосвязи	Метод карт разностей	Метод карт произведений
1—2	0,787	0,957	1—2	0,733	1,000
1—3	0,617	0,936	1—3	0,533	0,933
1—4	0,681	0,936	1—4	0,667	0,833

Таблица 2.2. Результаты сравнения значений условного динамического
сопротивления разновозрастных морен по величине дисперсий и средних

Горизонт	Число пунктов опробова- ния	Среднее ариф- метическое значение Рд, МПа	Дисперсия а2	Критерий			
				X2		г	
				расч.	табл.	расч.	табл.
Поозерский	24	11,6	7,23	1,62	5,99	2,94	3,07
Сожский	82	11,5	10,26				
Днепровский	30	10,0	7,16				

Проверка нулевой гипотезы «однородности» дисперсий
основывалась на вычислении выборочной статистики (крите-
рий Бартлетта):

9 ЧЛЧ Г	_ &	1

х2= (21)

где С = 1 Н--------- ( V-----------------\, к — число

3(6—1) ъ — 1	л — к )

сравниваемых выборок; лг— число измерений в каждой выбор-
1

ке; 5/ = ——- У (*» — х,)2 — несмещенные оценки диспер-

П1~ 1 Й

1	А	1	к П1	__

сий; 52=2 (и‘ ~1)5,2 =	2 2-х,)2-

п К /=1	а к 1==1

взвешенная по числам степеней свободы средняя арифметическая
несмещенных эмпирических дисперсий; хи — частные значения
каждой выборки (/ = 1, 2, к\ / = 1, 2, ...» л,); хг—средние
арифметические (г = 1, 2, ...» к).

Для проверки нулевой гипотезы вычисленное по (2.1) зна-
чение выборочной статистики сравнивалось с табличным (по
таблицам квартилей %-распределения) при уровне значимости
а -0,05 и числе степеней свободы у = к—1. Результаты срав-
нения приведены в табл. 2.2, из которой видно, что нет осно-
ванпй для отклонения нулевой гипотезы и рассматриваемые
выборки принадлежат к одной генеральной совокупности.

Сравнение трех выборочных совокупностей по значению
средних выполнено методом однофакторного дисперсионного
анализа [30]. Проверка нулевой гипотезы основывалась на
вычислении выборочной статистики

1 к — =

К — 1

Г ------------,	(2.2)

1 к п1	4	1

— 1

где хг =--- \ха* 1= 1, 2, •••> — групповые средние ариф-

_	। к п1	к

метические; х = — 22хц, где п = ^П1 — общая средняя
п 1=1 /=1	;=1

арифметическая. Остальные обозначения те же, что и в фор-
муле (2.1).

Вычисленное наблюдаемое значение критерия Р сравни-
валось с критическими значениями Ра, т2, найденными по
таблицам квантилей ^-распределения при уровне значимости
а=0,05 и числе степеней свободы ч\=к—1 и т2=/г—к (табл.
2.2). Из таблицы видно, что нулевая гипотеза принимается и
изученные выборки относятся к одной генеральной совокуп-
ности.

Исследования показали, что морена нижней зоны практи-
чески не затронута вторичными процессами и поле Рд для
этой зоны можно считать сингенетическим, т. е. оно в извест-
ной мере сохранило черты, сформировавшиеся в процессе лед-
никового диагенеза. Поле показателя Рд верхней зоны эпиге-
нетическое, отражающее в основном пространственное рас-
пределение показателей вторичных свойств. По мере преоб-
разования морены в процессе литогенеза, перехода от одной
стадии литогенеза к другой происходили изменения геологи-
ческого поля, т. е. трансформация одних полей в другие.

Модели полей Рд построены для всей территории Белорус-
сии в масштабе 1 : 1 000 000. Моделирование выполнено по
изложенному в рекомендациях [135] методу МАКФ, позво-
ляющему учитывать в расчете моделей внутренние связи поля.
МАКФ относится к методам интерполяции полей с использо-
ванием аппарата случайных функций. На первом этапе сфор-
мулированы конкретные цели моделирования. Для решения
поставленных задач применялось мелкомасштабное матема-
тическое моделирование полей — показателей свойств пород
(масштаб 1 : 1 000 000) отложений ледникового комплекса.

Для составления экспериментальной основы поля выписы-
вались данные о показателях физико-механических свойств
моренных грунтов по результатам исследований на отдельных
площадках, почти равномерно разбросанных в пределах всей
моделируемой территории Белоруссии (ш, р, е, 1Р, Рл, д3).
Считая поле показателей в пределах одной площадки пред-
полагаемого строительства однородным (квазиоднородным),
для получения оценки его среднего значения использовалась
модель случайной величины. Среднее значение показателя
определяли как отношение _

_	у 7

* =	(2.3)

где Хг — средневзвешенное по глубине значение показателя
в 1-й выработке; М — число выработок. При построении
моделей полей Рд значение моделируемого геологического па-
раметра в экспериментальной точке было представлено оцен-
кой его среднего значения.

Полученные оценки нанесены на топографическую основу
масштаба 1 : 1 000 000. Изучены свойства моренных грунтов
верхней зоны на 173, а нижней — на 163 площадках, пред-
ставляющих различные районы БССР. На эксперименталь-
ную основу нанесена условная сетка координат. Прогнозные
значения Рд(/пр) рассчитывались в узловых точках, равно-
мерно распределенных по всей территории БССР. Всего выде-
лено 25 узлов. Для расчета /Пр использовалось, как правило,
4 точки, реже 3. Таким образом, для верхнего слоя в расчет
было включено 83 точки, для нижнего — 87. На втором этапе
производилось определение АКФ по сечениям полей с направ-
лением профиля, совпадающим с предполагаемым главным
направлением изменчивости (с северо-запада на юго-восток),
вдоль которого наиболее четко проявляются тенденции из-
менчивости поля. Длина профиля для верхнего слоя — 472
км, для нижнего — 452 км. АКФ построена на 8 точках по
программе «Структура». ,

Для аналитического выражения модельной АКФ поля Рд
была подобрана функция вида

г (е) = ета1 соз р/,	(2.4)

где I — расстояние между точками измерения параметра;
а, р — весовые коэффициенты уравнения (р — показатель
неоднородности поля). Для верхнего и нижнего слоя получе-
ны значения а=2,11, р = 0,42, что указывает на сходство авто-
корреляционных функций этих слоев.

На третьем этапе строились интерполяционное поле изу-
чаемого показателя и меры его рассеяния. Статистические
56 ‘
характеристики, вычисленные на втором этапе, с помощью
уравнения регрессии, весовые коэффициенты которого опре-
деляются известной к этому моменту пространственной АКФ,
позволяют построить непрерывную поверхность. Аналитиче-
ское выражение последней дало возможность получить оцен-
ку геологического параметра в узлах регулярной сетки, кото-
рые применялись для построения карт полей (третий этап).
В счете использовались точки, окружающие узел интерполя-
ции и находящиеся в области корреляции, которая определя-
ется статистической структурой поля [135].

На четвертом этапе производилась контрольная оценка
качества модели и ее геологической интерполяции. Оценка
качества модели выполнена с использованием значений оши-
бок интерполяции $Пр, вычисленных в программе «Поле» и
определяющих возможное отклонение расчетных значений от
экспериментальных. Анализируя ошибки и их распределение
по территории, можно заключить, что отклонение фактиче-
ских значений показателя Рд от расчетных несущественно и
находится в пределах точности измерения Рд и его среднего
квадратического отклонения.

2.4.	Геологические поля нижней зоны морены
и реконструкция условий их формирования

Как показано на рис. 2.3, в направлении с юго-запада на
северо-восток изолинии показателя совпадают с направле-
нием распространения насыпных краевых гряд, сложенных
мощной толщей конечно-моренных образований. В южной
части (центр и юго-восток) изолинии Рд следуют изгибам до-
лин Случи, Птичи, Березины, Днепра, Друти и Сожа. Мини-
мальные значения показателя приурочены к долинам Припя-
ти, Сожа и частично Западной Двины, максимальные — к об-
ласти Белорусской гряды.

Долины Западной Двины и Припяти не отражены в струк-
туре поля. Долина Припяти являлась транзитной арте-
рией, по которой осуществлялись перенос и транспортировка
материала, переработанного ледником, продвигающимся по
долине Днепра. Ее деятельность как области транзита, час-
тичной временной аккумуляции и питания материалом примы-
кающих водораздельных пространств была подавлена мощ-
ной деятельностью Днепра. То же относится к долине Запад-
ной Двины и других рек, которые также не оказали влияния
на крупные элементы структуры поля моренных грунтов нижней
зоны. Не отразились в структуре поля и долины более мелких
рек, возникшие после днепровского оледенения.

В неоплейстоцене область аккумуляции переработанного
ледником материала распространялась на северо-восток за
пределы границ рассматриваемой территории. Эта область
являлась одновременно и областью водосбора Днепра и
наиболее крупных его притоков. Обширная вблизи края вал-
дайского ледника зандровая равнина с удалением от него
локализовалась в долинах постоянной речной сети, образуя
долинные зандры. В этих условиях материал, переработанный
ледником, выносился полноводными в период таяния ледника

Рис. 2.3. Поле условного динамического сопротивления нижней зоны море-
ны. Усл. обозн. к рис. 2.3 —2.10 и 2.12—2.15: 1 — изолинии условного дина-
мического сопротивления; 2 — узловые точки, в числителе — номер точки, в
знаменателе — значение Рд; 3 — гидрографическая сеть

речными потоками к югу, частично аккумулируясь вдоль до-
лин рек.

Структура поля среднего квадратического отклонения на
ряде участков (рис. 2.4) напоминает структуру поля показа-
теля Рд. В центральной части моделируемой территории струк-
тура поля огрд безразлична к структуре поля самого показа-
теля. Изолинии орд вытянуты в направлении с северо-запада
на юго-восток, совпадающем с предполагаемым движением
ледников. Вдоль этого профиля получены самые высокие зна-
чения изменчивости условного динамического сопротивления.

Рассмотрим некоторые вопросы истории геологического
развития и реконструкции условий формирования леднико-
вых отложений с учетом анализа структуры поля Рд и его
среднего квадратического отклонения.

В структуре поля Рд нижней зоны морены заметна связь
между свойствами пород, отражаемыми условным динамиче-
ским сопротивлением, и крупными геоморфологическими
областями: Белорусским Поозерьем, Белорусской грядой, Вос-
точно-Белорусской равниной, равнинами Предполесья и Бело-

Рис. 2.4. Поле среднего квадратического отклонения оР д нижней зоны мо-
рены

русского Полесья. Более мелкие геоморфологические элемен-
ты не отражены в структуре поля Рд. Меньшее влияние на
структуру поля оказали другие факторы, определяющие зо-
нальность пород ледникового комплекса, например смена фи-
зико-географических и ландшафтно-геохимических зон. Не
оказали воздействия на структуру поля Рд положения границ
московского и особенно валдайского ледников. Это говорит о
том, что полученное поле Рд и его среднего квадратического
отклонения отражает регионально-коррелированную состав-
ляющую изменчивости. При более детальном анализе поля
Рд можно заметить его связь с дочетвертичным рельефом.

Отметим предварительно, что геологическое развитие в
плейстоцене и формирование современного рельефа республи-
ки в значительной мере обусловлено морфоструктурными
особенностями, которые .сложились к началу четвертичного
периода. От строения поверхности коренных пород зависят не
только геоморфологические условия Белоруссии, но и ряд черт
в строении и составе ледниковых отложений, их мощность,
распределение по территории и т. д.

Отличительное свойство поля Рд — относительная одно-
родность центральной части южной зоны по сравнению с пери-
ферийными участками. Максимальные значения Рд приуро-
чены к Новогрудской возвышенности, являющейся типичной
для подобного типа гляциоморфоструктуры, входящей в со-
став Неманско-Минской ледораздельной зоны. В основании
возвышенности расположена наиболее приподнятая часть Бе-
лорусского кристаллического массива — Центрально-Белорус-
ский свод, который простирается с юго-востока на запад-севе-
ро-запад в сторону Новогрудка.

Накопление ледникового материала и формирование со-
временного рельефа происходили в результате суммарного
воздействия ледниковых покровов раннего и среднего плей-
стоцена. В плейстоценовой толще главенствующее место за-
нимают отложения днепровского оледенения. Рельеф, сформи-
рованный в это время, предопределил деятельность последую-
щего ледника. Днепровский погребенный рельеф отразил
лопастный характер края ледника с ярко выраженным средин-
ным массивом, который явился ледоразделом и для надвигав-
шегося московского покрова [53].

Анализ поля условного динамического сопротивления ниж-
ней зоны морены показал, что его структура отражает текто-
ническое строение территории. Отчетливо выделяются такие
крупные тектонические образования, как Центрально-Бело-
русский массив, Оршанская, Припятская и Брестская впади-
ны, северо-западные склоны Днепровско-Донецкой впадины,
Латвийская, Жлобинская, Полесская и Лоевская седловины,
Западная периклиналь Вдронежской антеклизы. В то же вре-
мя на структуру поля Рд не оказали существенного воздейст-
вия положения границ между днепровским, сожским и поозер-
ским оледенениями. Модель поля Рд имеет непрерывную
структуру, подтверждающую вывод о том, что все три море-
ны представляют собой единое геологическое тело.

Таким образом, не рельеф определяет свойства грунтов,
как утверждает А. М. Шиссель [169], а структурно-тектониче-
ские особенности территории обусловливают и рельеф, и ин-
женерно-геологические свойства грунтов.

В северо-восточной части республики в районе Ошмян в
структуре поля Рд отражена, по-видимому, Западно-Белорус-
ская погребенная низина, которая приурочена к юго-восточ-
ному склону Балтийской синеклизы, уходящей в пределы тер-
Таблица 2.3. Сравнительная характеристика показателей
физико-механических свойств грунтов, относящихся к различным
частям платформы

Участки	Л	и/	Р	е			рд		с	<р 1	Е
Устойчивые части плат- формы, вовлеченные в поднятия	1561	10,4	2,26	0,32	17,1	6,2	12,1	11,0	0,65	29	45
Подвижные части плат- формы, испытавшие поднятия и опускания	1586	11,8	2,20	0,37	19,1	6,4	10,3	9,3	0,57	29	39
Подвижные части плат- формы, испытавшие устойчивые опускания	289	11,8	2,17	0,39	19,4	6,7	8,1	7,0	0,45	28	31

ритории Литвы или связанной с приразломной зоной Ошмян-
ской ложбины ледникового выпахивания и размыва, которая
заполнена значительными толщами ледниковых аккумуляций
[97]. Наиболее заметно в ледниковом литогенезе проявились
выступы кристаллического фундамента, активизировавшиеся
зоны разломов, значительная дифференциация новейших дви-
жений на относительно небольших площадях и структуры с
устойчивым режимом поднятий или опусканий. Перечислен-
ные особенности благоприятствовали формированию анома-
лий прочностных и деформационных свойств пород.

Вопрос о влиянии тектонических процессов на формиро-
вание инженерно-геологических свойств пород рассматривался
в работах В. А. Приклонского, В. Д. Ломтадзе, Г. А. Голод-
ковской, Е. М. Сергеева, Г. С. Золотарева, Н. В. Коломенско-
го и др. Воздействие неотектонических движений на состав и
свойства четвертичных отложений исследовалось А. М. Мо-
нюшко и Т. В. Максимовой, однако фактов, подтверждающих
это влияние, пока немного.

Анализ неотектонической обстановки территории Белорус-
сии в неоген-антропогеновое время позволяет выделить в пре-
делах республики три участка, различающихся направленно-
стью и режимом новейших тектонических движений. Первый
участок — устойчивые части платформы, вовлеченные в под-
нятия (Центрально-Белорусский массив, Латвийская седло-
вина, западные склоны Воронежской антеклизы). Второй учас-
ток — подвижные части платформы, испытавшие инверсию
тектонических движений: поднятия и опускания (Оршанская
и Припятская впадины, Жлобинская, Полесская и Лоевская
седловины). Третий участок — подвижные части платформы,
испытавшие устойчивые опускания (Брестская и Днепровско-
Донецкая впадины).

На этих участках вычислены средние значения показате-
лей физико-механических свойств грунтов (табл. 2.3).
Как видно из таблицы, моренные отложения, развитые в
пределах территорий, испытывающих опускания, характери-
зуются более низкими значениями показателей физико-меха-
нических свойств грунтов, чем морены, распространенные на
территориях, испытывающих поднятия. Инверсия тектониче-
ских движений также приводит к изменению инженерно-гео-
логических свойств моренных отложений: уменьшению плот-
ности, сопротивления зондированию, прочностных и деформа-
ционных характеристик, увеличению коэффициентов пористо-
сти и влажности.

Породы ледникового ложа оказывали существенное влия-
ние на вещественный состав основной морены [129], одного
из главных факторов, определяющих ее инженерно-геологиче-
ские свойства. Это влияние проявляется по-разному и нахо-
дится в прямой зависимости от экзарационной деятельности
активных ледников. В свою очередь интенсивность экзарации
зависит от состава пород, по которым продвигался ледник, и
доледникового рельефа, в значительной степени обусловлен-
ного устойчивостью коренных пород. Наименьшее воздействие
пород ледникового ложа на вещественный состав основных
морен отмечается на равнинных участках, где поле Рд имеет
простую структуру, наибольшее — на возвышенных участках,
служивших препятствием продвижению ледника, которым со-
ответствуют области с высокими значениями Рд, а также в
понижениях доледникового рельефа, где скорость ледниковых
потоков была максимальной (области низких значений Рд).

Для установления главных направлений изменчивости рас-
считаны градиенты Рл по ряду направлений: с северо-запада
на юго-восток вдоль предполагаемого направления сноса ма-
териала; с северо-востока на юго-запад по предполагаемому
фронту сноса; вдоль долин Западной Двины и Припяти. На-
правление с северо-запада на юго-восток является наиболее
общим, генеральным, главным. Для московской морены оно
совпадает с направлением движений Неманского и Минского
ледниковых потоков и Неманско-Минской ледораздельной
зоной.

Главные направления изменчивости валдайского и днеп-
ровского горизонтов совпадают с долинами Западной Двины,
Припяти, Сожа и Днепра (рис. 2.5).

2.5.	Геологические поля верхней зоны морены,
условия их формирования и преобразования

При рассмотрении поля Рд (рис. 2.6) верхней зоны морены
заметна характерная вытянутость элементов структуры поля
в юго-восточном направлении. В средней части поля изолинии
Рд в целом согласуются с направлением рек Березины и Слу-
чи. Отличительными особенностями поля условного динамиче-
ского сопротивления являются относительная однородность
центральной части поля по сравнению с периферийными
участками, а также достаточно четко выраженная симметрия
в площадном распределении показателя Рд. В структуре поля
не нашли отражения долины крупных рек: Днепра, Западной
Двины, Немана и Припяти.

Структуры с максимальными значениями Рд приурочены
к юго-западной (Барановичско-Новогрудское межъязычье,

Рис. 2.5. Схема главных направлений изменчивости Рд нижней зоны морены

относящееся к северной части Полесской седловины), северо-
восточной (Городокская возвышенность), а также к цент-
ральной части, простирающейся с северо-запада на юго-вос-
ток (совпадающей с направлением Минского ледникового
потока). Морены Неманского потока обычно перекрыты отло-
жениями Минского потока [29]. Это свидетельствует о том,
что Неманский поток образовался раньше Минского, быстрее
достиг максимального развития и распался. В северной части
Белоруссии образования московского ледникового покрова
почти полностью перекрыты валдайскими отложениями.

Высокие значения Рд приурочены и к Оршанской впадине.
Структура поля среднего квадратического отклонения оРд
верхней зоны морены (рис. 2.7) в первом приближении напо-
минает структуру поля самого показателя. Для поля харак-
терно согласие в ориентировке изолиний оРд с ориентировкой
изолиний Рд в центральной, юго-западной и в известной мере
северо-восточной частях моделируемой территории. Централь-
ная и юго-восточная части поля пРд относительно более одно-
родны. Значения оР д изменяются в них от 0,6 до 0,9. Струк-
турными элементами поля оРд являются области максиму-
мов, расположенные в юго-западной и северо-восточной частях
территории (оРд 1,3), области минимумов в долине Бе-
резины (орд = 0,5—0,7) и на водоразделе Немана и Вилии
(огРд=0,4—0,5). По сравнению с региональным фоном поля
структурные элементы выражены слабо, что позволяет гово-
рить об однородности поля Рд на большей части моделируе-
мой территории. Мера рассеяния возрастает в соответствии с
ростом самого показателя.

Рис. 2.6. Поле условного динамического сопротивления верхней зоны морены

Для детальной характеристики полей Рд и меры его рас-
сеяния, а также с целью выявления главных направлений из-
менчивости произведена количественная оценка полей с по-
мощью градиентов геологических параметров и модуля изо-
тропности. Максимальные градиенты поля Рд соответствуют
направлению с севера на юг и с запада на восток. В этом же
направлении наблюдаются максимальные градиенты средне-
го квадратического отклонения оРд и коэффициенты измен-
чивости. Можно предположить, что вдоль этих направлений
происходил снос материала, переработанного ледником (^1).
Тогда фронт сноса (^2) должен располагаться перпендику-
лярно к этому направлению и соответственно должны ориен-
тироваться сечения, которым отвечают максимальные значе-
ния градиентов. Главные направления изменчивости Рл на
карте поля совпадают с долинами Припяти, Немана и Запад-
ной Двины.

В юго-западной, юго-восточной и северной областях поля
Рд обладают более резкой анизотропией мер рассеяния по
сравнению с другими участками. В соответствии с максималь-
ными градиентами изменчивости составлена схема главных

Рис. 2.7. Поле среднего квадратического отклонения аРд верхней зоны
морены

направлений изменчивости Рд (рис. 2.8). Генеральному на-
правлению отвечают стрелки, обращенные к юго-востоку и
востоку, главным направлениям изменчивости второго поряд-
ка — стрелки, обращенные к западу и юго-западу.

Распределение значений Ра и мер его рассеяния в прост-
ранстве поля связано с палеогеографическими условиями тер-
ритории. Здесь уместно отметить, что первичная структура
поля в значительной степени изменена вторичными процесса-
ми диагенеза и эпигенеза моренных грунтов. Расположение и
ориентировка основных элементов структуры поля Рд и меры
его рассеяния указывают на связь структуры поля Рд с поло-
жением ледниковых потоков, ледораздельных зон, лопастей,
языков ледника и т. п. для всех трех изученных оледенений.
Так, северо-восточная часть структуры связана с лопастью
валдайского ледника, находящейся в пределах Городокской
возвышенности, восточная часть — с Днепровским леднико-
вым потоком и Минско-Днепровской ледораздельной зоной.
Центральная часть отражает направление Минского потока и
примыкающих к нему с обеих сторон ледораздельных зон.
Структура в юго-западной части связана с Неманским пото-

Рис. 2.8. Схема главных направлений изменчивости Рд верхней зоны морены

ком, вернее, его Барановичско-Новогрудским межъязычьем,
приуроченным к северной части Полесской седловины.

Максимумы значений Рд в описываемых структурах соот-
ветствуют расположению местных областей питания в период
оледенения или участкам остановки и интенсивного таяния
ледников. Так, например, за счет таяния городокской лопасти
валдайского ледника происходило накопление моренного ма-
териала. Главными транзитными артериями служили Запад-
ная Двина и Днепр.

Кроме городокской лопасти валдайского ледника можно
выделить еще две местные области питания — в центральной
части, пространственно совпадающей с направлением Мин-
ского ледникового потока, и в юго-западной части, приурочен-
ной к Барановичско-Новогрудскому межъязычью. Характерная
симметрия в распределении моренных горизонтов раз-
личной прочности относительно гипотетической области пита-
ния позволяет предположить, что образование верхнего гори-
зонта морены происходило водным путем при таянии ледника.
Наиболее прочные морены отлагались непосредственно в осе-
вой части потока, лопасти или языка ледника с уменьшением
прочности в стороны предполагаемого стока талых леднико-
вых вод, как правило, по долинам наиболее крупных рек. Та-
ким образом, изначальное формирование верхнего горизонта
морен связано с деятельностью ледниковых вод при деграда-
ции ледников. В исследованиях последних лет, проведенных
на территории Белоруссии, выдвигается гипотеза о том, что
образование верхних горизонтов морен связано в основном с
процессами гипергенеза [69, 80]. Вполне справедливо пред-
положение о влиянии вторичных процессов на приповерхност-
ные горизонты морен, однако существенное их отличие от
нижних заключается в условиях формирования и осадкона-
копления. Процессы гипергенеза, несомненно, отразились на
составе и физико-механических свойствах отложений верхне-
го горизонта. Причем наиболее низкие сопротивления верх-
ней зоны приурочены к возвышенным участкам территории.
Там, где моренные отложения перекрыты мощной толщей
озерно-ледниковых, лессовидных и флювиогляциальных отло-
жений, верхний горизонт подвергся воздействию процессов
выветривания незначительно. Наиболее низкие значения со-
противлений приурочены к долинам Березины, Днепра и Ви-
лии (в низовьях). Здесь ход процессов гипергенеза контроли-
руется главным образом гидродинамическими условиями тер-
ритории.

Формирование структуры минимумов Рд в юго-восточной
части территории связано с развитием здесь соляных поду-
шек и криптодиапиров (так называемая соляная тектоника).
Влияние соляной тектоники на физико-механические свойства
хвалынских глин показано В. Н. Синяковым [136]. Это влия-
ние выражается прежде всего в появлении среди днепровских
ледниковых отложений легкорастворимых галоидных пород,
выведенных на поверхность соляными диапирами. Соляноку-
польные структуры оказывают значительное воздействие на
формирование химического состава вод надсолевого комплек-
са. По тектоническим разломам высокоминерализованные во-
ды и рассолы мигрируют в вертикальном направлении, повы-
шая минерализацию вод этого комплекса. Выщелачивание
соленосных отложений приводит к повышению минерализа-
ции даже на небольших глубинах. Наличие в составе морен
легкорастворимых соединений и близкое от поверхности за-
легание уровней грунтовых вод способствовали интенсивному
гипергенному преобразованию приповерхностных толщ мо-
ренных отложений главным образом за счет химического
растворения и выщелачивания легкорастворимых пород.
2.6.	Сопоставление геологических полей
верхней и нижней зон морены

Поля показателей Рд верхней и нижней зон морены имеют
разную структуру. Нижняя зона морены сохранила в значи-
тельной степени свои первоначальные свойства, сложившиеся
в процессе ее образования. На формирование современных
инженерно-геологических свойств верхней зоны наложили от-
печаток эпигенетические процессы, характер протекания ко-
торых контролируется ландшафтно-геохимическими и гидро-
динамическими условиями территории.

Изучение структуры полей Рл моренных грунтов верхней
и нижней зон позволило реконструировать палеогеографиче-
скую обстановку периода их формирования и восстановить в
общих чертах механизмы переноса тонкообломочного мате-
риала этих пород к месту седиментации. Для выявления раз-
личий в палеогеографических обстановках и уточнения пред-
ставлений о них сопоставим структуры этих полей. Обе моде-
ли охватывают область распространения пород на территории
БССР трех разновозрастных морен (поозерского, сожского и
днепровского горизонтов) и отражают пространственную из-
менчивость Рд, начиная от северных границ территории и кон-
чая южными.

Рис. 2.9. Карта разностей условного динамического сопротивления нижней
и верхней зоны морены
При сравнении полей Рд верхней и нижней зон обнаружены
черты сходства и различия, связанные с палеогеографически-
ми условиями времени накопления песчано-глинистого осад-
ка. Простейшим примером является карта (поле) изопахит
(карта разностей двух поверхностей (рис. 2.9)). По ней можно
определить главные направления гипергенного преобразова-
ния материала в ходе ледникового литогенеза.

Структура поля карты разностей повторяет в общих чер-
тах структуру поля нижней зоны морены, что указывает
на близкие условия образования двух горизонтов морен, и
только наложение вторичных процессов изменило первона-
чальную структуру поля Рд верхней зоны. Наиболее харак-
терной чертой сходства этих полей является ярко выражен-
ная подчиненность их структуры положению ледников
соответствующих периодов оледенения и структурно-тектони-
ческим элементам. Вытянутость большинства структурных эле-
ментов Рд в юго-западном направлении соответствует облас-
тям остановки московского и днепровского ледников. Особен-
ности структур полей позволяют утверждать, что в верхней и
нижней зонах существовала тесная взаимосвязь процессов
осадконакопления исходного материала во время оледене-
ния.

Из карты разностей видно, что значительные изменения в
прочности пород произошли в пределах Центрально-Белорус-
ского массива (они совпадают с наиболее высокими значе-
ниями Рд в нижней зоне), минимальные — в пределах Брест-
ской впадины. Распределение ледниковых струй почти пол-
ностью определялось наличием крупных дочетвертичных
впадин. Следовательно, сравнительно небольшое различие вы-
сот (не превышающее нескольких сотен метров), которое на-
блюдается между дочетвертичными впадинами и возвышен-
ностями; заметно влияло на характер движения ледника.

Другой мерой сходства является таксономическое (или
стандартизированное и-мерное евклидово) расстояние с1,
определяемое по формуле [45]:

1/

й = Г ‘~'—п---------,	(2.5)

т. е. таксономическое расстояние равно квадратному корню
из среднего арифметического квадратов расстояний между
эквивалентными коэффициентами двух сравниваемых по-
верхностей.

В нашем примере р1г=хг>1 — значение к-й переменной в
нижней зоне и р2г=*/ь — значение к-й переменной в верхней
зоне. Исходные данные до вычисления расстояний подвергну-
ты стандартизации. Это позволило учитывать каждую
переменную с одинаковым весом. Для вычисления таксономи-
ческого расстояния использованы стандартизированные значе-
ния Рд, вычисленные по 25 узлам сетки. Получено таксономи-
ческое расстояние (1=8,422, что указывает на отсутствие по-
добия между сравниваемыми поверхностями.

Автокорреляционная функция, использованная при моде-
лировании, вида

г(ё) = е-“'со5у р/,	(2.6)

вычисленная по главному направлению изменчивости с севе-
ро-запада на юго-восток для верхней и нижней зон морены,
по профилям протяженностью 472 и 452 км имеет сходный
вид. Коэффициенты аир для верхнего и нижнего слоев оди-
наковые: а=2,11; р=0,42, что указывает на одинаковую
форму и направленность процессов осадконакопления и даль-
нейшего литогенеза горных пород. Одной из мер сравнения
полей показателя Рд может быть степень изменчивости сжи-
маемости моренных грунтов, т. е. отношение модуля дефор-
мации нижней зоны к верхней: Х=ЕН/ЕВ, которое можно вы-
разить через Х=Рдн/РДв, так как между Рд и Е для морен-
ных грунтов установлена тесная взаимосвязь (см. главу 4).

Рис. 2.10. Поле степени изменчивости сжимаемости моренных грунтов
Степень изменчивости сжимаемости моренной толщи кроме
узкоспециального назначения может в известной мере дать
представление о взаимоотношениях прочностных и деформа-
ционных свойств двух слоев морены и направлении их макси-
мального изменения (рис. 2.10).

Результаты исследований, изложенные в предыдущих раз-
делах, позволяют сделать некоторые предположения о гене-
зисе разных типов отложений, прямо или косвенно связанных
с оледенением, и об условиях формирования их инженерно-
геологических свойств.

Более подробно остановимся на собственно моренных и
лессовидных породах, развитых на территории Белоруссии,
вопрос о генезисе которых до настоящего времени окончатель-
но не решен.

Схема образования ледниковых отложений представляет-
ся следующей. Вначале перерабатывался и отлагался морен-
ный материал в виде слоев незначительной мощности под дви-
жущимся льдом. В дальнейшем при стационарном положении
ледника происходило таяние его в наиболее насыщенной та-
лыми водами нижней части и внутри ледника, где сосредото-
чена наибольшая часть обломочного материала, что имело
большое значение для накопления моренных отложений.
В нижней части талые воды преобразуют моренный материал
в основном на месте, поскольку скорость талых вод внутри
льда иная, чем на поверхности. Вода способствовала опти-
мальной упаковке состава вытаивавшего из льда разнород-
ного моренного материала и образованию плотных морен.
Влияние.давления ледника на уплотнение морены постепенно
уменьшалось, так как на этом этапе оно передавалось на мо-
ренный материал уже через слой воды, образовавшийся в
нижней части ледника при его таянии. Внутри ледника талые
воды просачивались по трещинам и приобретали значитель-
ную скорость лишь в туннелях. По мере таяния ледника и
уменьшения его размеров скорость ледниковых струй увели-
чивалась.

На поверхности льда даже самые слабые струйки талой
воды выносили мельчайшие обломочные частицы, и моренные
отложения на поверхности ледника сравнительно быстро те-
ряли значительную часть мелкозема, что обусловливало обо-
гащение песчаными частицами абляционных моренных отло-
жений, скапливавшихся на поверхности ледника, по сравне-
нию с основной мореной, образовавшейся в нижней его части.
Плотность поверхностной морены обусловлена главным обра-
зом процессами седиментации и эпигенеза. Ледник к этому
времени уже не мог оказывать решающего влияния на уплот-
нение морен, так как был маломощным.

Естественно, что на поверхности ледника обломочный ма-
териал в большой мере подвергался выветриванию и перера-
ботке талыми ледниковыми водами. Поэтому после стаивания
ледника отложенная морена распалась на два горизонта:
верхний, сложенный моренным материалом, который скапли-
вался на поверхности ледника (абляционная морена), и ниж-
ний — горизонт основной морены, состоящий из обломочных
частиц, перемещавшихся внутри (внутриледниковая и донная
морены). Таким образом, вода и сила тяжести являются глав-
ными факторами, преобразующими морену.

Периодичность процессов осадконакопления отражает реа-
лизация случайной функции показателя Рд по глубине
(см. рис. 2.1). Постепенный переход от нижней зоны к верх-
ней связан с ростом скорости таяния ледника и условиями
накопления обломочного материала. Переход от одной зоны к
другой выражается уменьшением вверх по разрезу глинисто-
сти, повышенным содержанием песчаных прослоев и линз,
уменьшением плотности и прочности морен. С глубиной уве-
личиваются естественная влажность, граница текучести, со-
противление одноосному сжатию, модуль деформации и со-
держание глинистых частиц.

Водное образование исследованных моренных горизонтов,
которые являются объектом инженерно-геологического изуче-
ния в пределах Белоруссии, подтверждает симметрия полей
Рд как верхней, так и нижней зоны. Участки с высокими зна-
чениями Рд отвечают максимальной мощности ледника и обо-
значают в известной мере осевые положения местных облас-
тей питания, с центральных участков которых и начиналось
таяние льда. Таяние ледников происходило в различных на-
правлениях в зависимости от гипсометрического положения
ледника.

Если исходить из принятого в современной литературе
предположения, что мощность ледникового покрова изменя-
ется от нескольких сотен метров до 1—2 км, то геостатическая
нагрузка на толщу горных пород должна была достигать
(100—200)-105 Па, что существенно превышает давления,
передаваемые на естественные основания инженерными со-
оружениями. Поскольку площадь загрузки можно считать
практически неограниченной, давление должно было распро-
страняться на значительную глубину, вызывая обжатие пород
толщи рыхлых отложений на глубину до сотен метров. Со-
стояние пород в момент обжатия — мерзлое или талое —
большого значения не имеет, так как при длительном прило-
жении нагрузки мерзлые породы уплотняются в той же сте-
пени, что и талые [24]. Последующая разгрузка и разуплот-
нение могли только частично восстановить их первоначальные
свойства. Таким образом, оледенение должно было значитель-
но увеличить плотность и прочность пород, что в основном не
противоречит имеющимся фактам. Однако в толще моренных
отложений или под мореной нередко залегают неуплотненные
разности озерных, озерно-ледниковых и болотных пород~
(д. Танежицы Слуцкого района, совхоз «Ловжанский» Витеб-
ской области, гг. Витебск, Минск и др.).

В главе 4 будет показано, что сопротивление зондирова-
нию отражает критическое давление на грунт. В нашем при-
мере для нижней морены Рл изменяется от 5,1 до 15,5 МПа,
т. е. эти грунты обжимались под нагрузкой не менее чем (5—
15) • 105 Па. Для верхней зоны морены Рд изменяется от 1,4
до 5,7 МПа, т. е. критическая нагрузка составляет (1,4—5,7) X
ХЮ5 Па, значит, ко времени образования верхней зоны лед-
ник был маломощным и не оказал существенного влияния на
уплотнение подстилающих пород.

Это подтверждается и результатами наблюдений над сте-
пенью уплотнения моренных отложений. Так, например, А. С.
Храмушев (1939) на основании компрессионных испытаний
каменноугольных и юрских глин, погребенных во время оле-
денения под ледником и испытавших вследствие этого значи-
тельное уплотнение, определил мощность ледника в 150 м.
Близкие данные получил А. А. Луга (1954). Для территории
Эстонии он определил величину' ледниковой нагрузки в
11 -105 Па, что примерно соответствует мощности ледника в
110—120 м. Близкие цифры для последнего ледника на терри-
тории Германии называет Дюкер (1951). Белорусские иссле-
дователи. отмечают, что мощность валдайского ледника со-
ставляла 50—100 м, что в целом не противоречит приведен-
ным результатам.

В дальнейшем скорость таяния льда увеличивалась. Быст-
рое таяние льда сопровождалось образованием мощных пото-
ков талых вод, которые затапливали приледниковую равни-
ну и выносили на ее поверхность большое количество песча-
но+гравийного материала (зандровые поля). Потоки расши-
ряли й углубляли древние речные долины. При снижении рас-
ходов и уменьшении живой силы потоков долины постепенно
заполнялись флювиогляциальными отложениями. В резуль-
тате на территории Белоруссии сформировался ряд широких
полос флювиогляциальных песков, опоясывающих внешние
границы оледенений различного возраста.

Ниже по течению в долинах рек флювиогляциальные об-
разования подвергались сортировке, постепенно переходя в
аллювий нормального состава. В понижениях перед дегради-
рующими ледниками возникали огромные приледниковые озе-
ра, в которых накапливались мощные толщи ленточных глин,
суглинков, тонко- и мелкозернистых песков.

На рис. 2.11 приведена схема образования генетических
типов отложений, прямо или косвенно связанных с оледене-
нием.

Между этапами осадконакопления нет резких перерывов.
В разрезах наблюдается постепенный переход от одного эга-
па к другому, выражающийся в уменьшении глинистости и
прочности пород, повышении содержания песчаных прослоев.
Заключительным этапом ледниковой деятельности является
образование лессовидных отложений, связанных с таянием
валдайского ледника. Подошва лессовых пород располага-
ется либо непосредственно на морене, либо на флювиогляци-
альных, озерно-ледниковых и других генетических типах отло-
жений, прямо или косвенно связанных с оледенением. Условия

Рис. 2.11. Схема образования ледниковых отложений

распространения и залегания лессовых образований на раз-
личных участках территории Белоруссии, связь их с подсти-
лающими породами, закономерное изменение гранулометри-
ческого состава, выражающееся в уменьшении содержания
глинистых частиц вверх по разрезу (особенно четко на водо-
разделах), сложная текстура по всему профилю лессовых
толщ, частые прослои и линзы пылеватых мелких и средней
крупности песков указывают на то, что основным фактором
образования исходного материала лессовых пород являлась
вода. Во всех изученных нами разрезах наблюдалось посте-
пенное замещение лессовых пород отложениями ледникового
комплекса. Контакт ледниковых отложений, подстилающих
толщу лессовых пород, с последними нечеткий, невыдержан-
ный.

На водное образование основной массы пылевато-глини-
стого материала, измененного в результате диагенетических
процессов и почвообразования в лессовидные макропористые
грунты, указывают в своих работах К. И. Лукашев [85],
В. М. Мотуз [105], А. И. Спиридонов [140], Б. П. Булавин
[12], В. В. Стецко [142], М. П. Казаков [57]. Отмучивание
пылевато-глинистых частиц из талых ледниковых вод, стекав-
ших по поверхности современных водораздельных участков,
происходило в условиях замедления потоков во время весен-
них разливов.

Таким образом, главным фактором, обусловившим форми-
рование первичного материала лессовых пород на территории
Белоруссии, явилась деятельность водных потоков во время
таяния валдайского ледника. При этом, разумеется, не исклю-
чается участие и других геологических факторов, действовав-
ших как в период отложения лессового осадка, так и при по-
следующих эпигенетических преобразованиях его, но они име-
ют подчиненное значение.

Так, например, в связи с заложением и развитием речных
долин, вызванным понижением местных приледниковых ба-
зисов эрозии и перестройкой гидрографической сети, происхо-
дил размыв и отложения лессовых пород на приводораздель-
ных понижениях, склонах речных долин, холмов, оврагов,
балок, гряд и террасах, что привело к накоплению аллювиаль-
ных и делювиально-элювиальных лессовых пород [105]. На
формирование лессовых признаков, в частности приобретение
породой макропористой текстуры, оказывали влияние также
процессы сезонного промерзания грунтов [103]. Процесс эро-
зионного расчленения поверхности, особенно после вырубки
лесных массивов и распашки обширной территории в истори-
ческую эпоху, способствовал значительному иссушению тер-
ритории, что повлекло за собой развевание лессовых пород и
частичное переотложение их ветром [105].

2.7.	Пространственная изменчивость свойств
озерно-ледниковых и флювиогляциальных отложений

Ленточные глины — своеобразный генетический тип осад-
ков озерно-ледникового комплекса антропогеновых отложе-
ний. Согласно теории де Геерд, дополненной Суарамо и Ант-
вее и обобщенной К. К- Марковым [52], они отлагались в
приледниковых озерных бассейнах преимущественно пресно-
водного характера за счет глинистого, пылеватого и частично
песчаного материала, который приносился талыми леднико-
выми водами в период стояния и особенно отступания ледни-
ка. Такие условия способствовали отложению слоев равно-
мерного механического состава, постепенно менявших свою
мощность. Закономерность изменения, механического состава
состояла в том, что более крупный материал отлагался ближе
к краю ледника, а более мелкий—дальше. Параллельно ме-
нялась мощность лент: с удалением от края ледника она по-
степенно уменьшалась [52].

Дифференциация отложений в озерно-ледниковых бассей-
нах обусловлена геоморфологией дна бассейна, положением
того или иного участка по отношению к источнику питания
(открытая часть бассейна, заливчики, отгороженные от откры-
той части косами, полуостровками и т. д.). В местах с боль-
шей гидродинамической активностью воды отлагался крупно-
зернистый (песчанистый) материал. В отдельные периоды
уменьшения гидродинамической активности, связанного, ве-
роятно, с неравномерностью таяния ледника и интенсивно-
стью поступления вод в бассейн, среди песчанистого материа-
ла накапливались супеси и суглинки. В центральной части
бассейна отложения всегда более тонкозернистые, что объяс-
няется следующим. Н. М. Страхов (1960) выделяет в водо-
емах зону взмучивания и зону осаждения тонкозернистого
материала. Тяготение грубых песчаных частиц к мелководной
части бассейна, а более мелких (алевролитовых, пелитовых)
к центральной — следствие того, что периферическая полоса
бассейнов целиком соответствует зоне взмучивания. В этой
зоне гидродинамическая активность вод не позволяет устой-
чиво оседать тонким частицам. После многократных оседаний
в тихую погоду и новых взмучиваний при волнениях тонкие
частицы постепенно удаляются из прибрежной зоны в более
глубокие части водоема. Грубозернистые осадки прибрежной
полосы являются продуктом дифференциации неоднородного
зернистого материала за счет взмучивания.

Эти особенности условий седиментации озерно-леднико-
вых отложений оказали влияние на формирование их инже-
нерно-геологических свойств и закономерностей пространст-
венной изменчивости. Так, например, при исследовании лен-
точных глин и суглинков северной части территории БССР
установлено увеличение числа пластичности, естественной
влажности, пористости, уменьшение плотности грунтов, по-
казателей зондирования, прочностных и деформационных
свойств от периферических частей бассейнов к центральным
(рис. 2.12). Такая закономерность отвечает характеру пове-
дения изолиний Рд в области Поозерья как для нижней, так
и для верхней зон морены, где наблюдается уменьшение зна-
чений Рд от периферии к центру.

Условия образования флювиогляциальных отложений (ма-
теринской породой для них служили моренные грунты) опре-
делили закономерности пространственной изменчивости их
Рис. 2.12. Поле коэффициента пористости озерно-ледниковых глинистых отложений: 1 — изолинии коэффициента пористости;
2 — среднее значение показателя в пункте опробования; 3 — гидрографическая сеть
Рис. 2.13. Поле условного динамического сопротивления флювиогляциаль-
ных песков

физико-механических свойств, идентичные морене (рис. 2.13,
2.14). Несмотря на непостоянство гранулометрического соста-
ва флювиогляциальных отложений по площади распростра-
нения, можно заметить, что в более южных районах Белорус-
сии, особенно в ее юго-западной части, происходит своеобраз-
ное выравнивание состава за счет преобладания мелких
фракций. По мере удаления от районов развития насыпных
краевых гряд в зандрах резко снижается содержание крупно-
обломочного материала (уменьшаются, а затем исчезают
песчано-гравийно-галечные прослои и крупные обломки, со-
храняются лишь редкие зерна гравия и мелкой гальки), от-
ложения приобретают довольно высокую однородность и
мелкозернистость.

Несмотря на значительную изменчивость механического
состава флювиогляциальных образований из отдельных пунк-
тов, заметных территориальных различий в гранулометрии
описываемых отложений не наблюдается. Следует лишь от-
метить тенденцию к некоторому уменьшению количества и
крупности валунов с севера на юг. В этом же направлении
Рис. 2.14. Поле среднего квадратического отклонения Срд флювиогляциаль-
ных песков

прослеживается небольшое увеличение содержания пылева-
тых и глинистых фракций.

Закономерности изменения минералогического и химиче-
ского состава отложений, которые играют большую роль в
гипергенных преобразованиях, определяющих современные
инженерно-геологические особенности песков, подчиняются
ландшафтно-геохимической зональности, характерной для
собственно моренных отложений.

2.8.	Симметрия ледниковых отложений

В своем развитии ледниковая формация, как и любая ес-
тественная система, проходит моменты относительной устой-
чивости, которые характеризуются постоянством ее внутрен-
ней организации (структуры) и протекающих в ней процес-
сов. Структурная устойчивость тел в геологическом простран-
стве отражается в формах их симметрии-дисимметрии [71].
Симметрия геологической среды, которая определяется спе-
цифическими свойствами пространства и времени, может
рассматриваться очень широко, но мы в соответствии с целе-
вым назначением работы несколько локализуем задачу и
рассмотрим лишь ее пространственный аспект. Симметрия-
дисимметрия, являясь свойством геологической среды, опре-
деляет степень упорядоченности объектов геологического про-
странства. Симметрия и дисимметрия геологической среды
взаимосвязаны, одновременно протекают на различных струк-
турных подуровнях материальных целостных систем и всегда
рассматриваются лишь относительно друг друга. Анализ ра-
бот по симметрии показывает, что каждый природный объект
обладает той или иной степенью симметрии и дисимметрии, но
проявления их на разных уровнях принципиально различны.
Симметрия-дисимметрия выражается также в структуре лед-
никовой формации и ее основных генетических типов, в гео-
логическом, геоморфологическом и тектоническом строении
региона республики. Исследование геометрии и причин этих
явлений имеет важное научное и практическое значение.

Свойства симметрии, начиная с уровня минералов и кон-
чая уровнем симметрии Земли, изучались в работах Е. С. Фе-
дорова,. А. В. Шубникова, Г. А. Дмитриева, М. С. Потапова,
И. В. Крутя, Л. И. Четверикова, Л. М. Плотникова, И. И.
Шафрановского и др. Глобальный аспект симметрии рассмот-
рен В. И. Вернадским [25], Б. Л. Личковым [78] и др:

Как правило, все исследования опираются на универсаль-
ный принцип симметрии, сформулированный П. Кюри [75]:
«... при наложении нескольких явлений различной природы в
одной и той же системе дисимметрии их складываются. Эле-
ментами симметрии системы остаются только те, которые яв-
ляются общими для каждого явления, взятого отдельно. Ког-
да некоторые причины производят некоторые действия, эле-
менты симметрии причин должны обнаруживаться в этих
произведенных действиях. Когда некоторые действия прояв-
ляют некоторую дисимметрию, то эта дисимметрия должна об-
наруживаться и в причинах, их порождающих».

Вопросы проявления симметрии и дисимметрии в инженер-
ной геологии разработаны пока чрезвычайно мало (Г. К- Бон-
дарик, А. А. Варга). Понятие симметрии входит в инженер-
ную геологию в основном через понятия структуры и свойств
геологической среды и физических полей (полей геологиче-
ских параметров), обусловливающих их формирование [6,
7]. Инженерная геология как образная форма познания и
моделирования геологической среды отражает в первую оче-
редь ее структурную сторону. Структурность — достаточно
общий закон, форма существования и движения материи,
этому закону подчинены также продукты геологической сре-
ды. Хорошо известно, что геологические системы обладают
сложной структурой, представляют собой органическое пере-
плетение и взаимопроникновение различных подструктур,
определяющих геологическое строение и структуру геосис-
темы.
Использование методов структурно-системного анализа в
инженерной геологии началось сравнительно недавно благо-
даря работам Г. К. Бондарика, И. С. Комарова, М. В. Раца
и др. Эти методы находятся еще в процессе становления.
И хотя уже получены интересные результаты и накоплены
любопытные наблюдения на уровне анализа вычлененных
подструктур, многим конкретным структурно-системным ис-
следованиям недостает синтетической точки зрения, целост-
ного охвата всего единства подструктур. Что касается конк-
ретно симметрии, то в инженерной геологии это понятие прак-
тически не применялось, за исключением отдельных частных
моментов [6, 21]. Область ее приложений ограничивалась
лишь постановкой проблем.

Поскольку ледниковый комплекс представляет собой слож-
ную геологическую систему, то для описания и классифика-
ции такой системы, а также установления типов ее структур-
ной изменчивости возможно использование принципов и ме-
тодов симметрии. При рассмотрении ледниковой формации
как сложной системы для решения широкого круга задач,
связанных, например, с условиями образования и последую-
щих постгенетических изменений отложений, формирования
их современных инженерно-геологических свойств и др., не-
редко важно найти характер и причины специфических пре-
образований, которые сохраняют инвариантным выделенный
структурный уровень системы. Такие преобразования зависят
от конкретной природы структурных элементов, слагающих
систему, а также от характера их взаимодействия и составля-
ют предмет исследования специальных дисциплин (минерало-
гии, петрографии, геохимии, грунтоведения и др.).

В то же время у ледниковой формации, как и у каждой
естественной системы, существует некоторый абстрактный
уровень ее организации, представляющий собой систему от-
ношений составляющих ее элементов, которые обусловлены
их конкретной природой и спецификой взаимодействия. Этот
уровень является предметом исследования абстрактной тео-
рии групп. Сохранение конкретного уровня организации сис-
темы подразумевает, очевидно, сохранение ее абстрактного
уровня. Сохранение же абстрактного уровня допускает такие
изменения конкретного, при которых сохраняются существен-
ные черты системы [172]. Использование абстрактного, тео-
ретико-группового подхода при исследовании ледниковых от-
ложений, как будет показано далее, оказывается весьма пло-
дотворным.

Рассматривая ледниковые отложения как целостную гео-
логическую систему, состоящую из однородных и неоднород-
ных подсистем, мы можем воспользоваться принципом супер-
позиции, чтобы определить группы симметрии слагающих
систему подсистем (морена, флювиогляциальные и озерно-
ледниковые образования). Вычленяя подструктуры, опреде-
лим их симметрию в изолированном состоянии. Состоянию
взаимодействия будет соответствовать составная система, со-
храняющая симметрию пересечений или объединений соот-
ветствующих подсистем (групп). Проводя реальный экспери-
мент вычленения и объединения подструктур, можно оценить
ту роль, которую играет в общей композиции то или иное
объединение или каждая из подструктур. Понятие симметрии
как закона строения целостных систем и метода исследований
структурных закономерностей позволяет существенно расши-
рить область ее приложений при изучении образований лед-
никового комплекса.

При исследовании отложений ледниковой формации, обра-
зующих целостную систему, обращает на себя внимание
прежде всего сложный композиционный характер их струк-
турной организации, характеризующейся взаимопроникнове-
нием, определенной координацией и субординацией подструк-
тур. Композиционный характер организации целостных сис-
тем выдвигает методологическую проблему изоляции систем
и обособления их структурных подуровней.

Изоморфизм конкретных и абстрактных групп открывает
принципиальную возможность переноса теоретико-групповых
соотношений с одного группового уровня на другой [172].
Для нашей работы особый интерес представляет перенос со-
отношений симметрии с уровня геометрической структуры
материальных объектов на уровень их физических свойств,
или (в общем случае) с уровня симметрии причин на уровень
симметрии следствий.

Основываясь на иерархии природных уровней строения
тел геологической оболочки [71], а также классификации
уровней неоднородности [Н7], дадим классификацию уров-
ней симметрии геологических тел, предварительно установив
взаимосвязь неоднородности, изменчивости и симметрии
свойств грунтов. Неоднородность геологической среды как
выражение ее пространственной изменчивости проявляется в
таких важнейших ее свойствах, как анизотропность и симмет-
рия. Симметрия-дисимметрия — высшая форма анизотропно-
сти [6].

Выделим пять уровней симметрии.

I уровень — симметрия реальных кристаллов, составляю-
щих большинство горных пород, которая обусловлена упоря-
доченным строением кристаллической решетки. Здесь дейст-
вует принцип Ф. Неймана, согласно которому материал в
отношении физических свойств обнаруживает симметрию того
же рода, что и его кристаллографическая форма [117].

II уровень — симметрия состава и структуры горной по-
роды. Обусловливается упорядоченным расположением зерен
минералов или микроагрегатов породы. Симметрия II уровня
определяется симметрией свойств образца горной породы.
Она может проявляться при лабораторных испытаниях раз-
личных генетических типов и видов ледниковых отложений на
сопротивление срезу и на компрессию. Особенно отчетливо
этот уровень выражается в образцах ленточных озерно-лед-
никовых глин. Симметрия этого уровня оказывает существен-
ное влияние на определение свойств грунтов при испытаниях
их на срез. Определенная симметрия-дисимметрия свойств
обнаруживается также и у образцов глинистых моренных и
флювиогляциальных песчаных отложений, являющихся мно-
гокомпонентными образованиями и относящихся к группе
смешанных пород. Здесь симметрия связана с упорядоченным
расположением гальки, гравия, песчаных, алевритовых и гли-
нистых частиц. Разнородные компоненты распределены в об-
разце в более или менее равномерных соотношениях. В пер-
вую очередь это характерно для моренных отложений, обра-
зующих так называемые оптимальные смеси.

Всем отложениям присуща определенная ориентация
структурных элементов, которую можно обнаружить на мик-
роснимках. Результаты исследований [69] показали, что осо-
бенно заметна ориентация микроструктурных элементов в
образцах нижней зоны. Более хаотичная ориентация у образ-
цов верхней зоны. Симметрия (анизотропия) пространствен-
ного распределения контактных площадок лежит в основе
симметрии (анизотропии) физико-механических свойств пес-
ков [108].

III уровень — симметрия слоя пород (переслаивание по-
род одинакового состава, но разной прочности или плотно-
сти) определяется макрослоистостью.

Этот уровень наиболее отчетливо проявляется при иссле-
довании отдельных генетических типов грунтов, представлен-
ных одним литологическим видом. Так, например, определен-
ной симметрией-дисимметрией свойств характеризуются слои
моренных глинистых грунтов, флювиогляциальных песчаных
и озерно-ледниковых ленточных глин. В этих случаях симмет-
рия-дисимметрия проявляется в различиях физико-механиче-
ских свойств грунтов в пределах отдельно выделенных гене-
тических (литологических) слоев. Здесь симметрия связана
в первую очередь с составом, структурно-текстурными осо-
бенностями слоя и его прочностными и деформационными
свойствами, обусловленными как первичной изменчивостью
породы, так и характером и направленностью дальнейших ее
преобразований в ходе литогенеза, приведших к возникнове-
нию вторичной изменчивости их свойств. Так, например, слой
морены (песка) при условии образования его в одной и той
же геологической обстановке должен обладать отчетливо вы-
раженной симметрией свойств, в первую очередь ориентиро-
ванной в направлении движения ледника. Однако экспери-
ментальная проверка этой гипотезы сопряжена с рядом труд-
ностей, заключающихся в дисимметризации слоя, которая
связана с неодинаковым протеканием постгенетических изме-
нений в разных частях слоя в процессе ледникового литоге-
неза, а также с различной избирательностью и интенсивно-
стью гипергенных преобразований. Вместе с тем, как показы-
вает практика изысканий, определенная дисимметрия свойств
присуща любым слоям, которые мы выделяем в ледниковых
отложениях при изучении и оценке их для массового строи-
тельства.

IV уровень — симметрия массива пород (геологическое
строение массива), связанная с упорядоченным залеганием
пород. Этот уровень симметрии можно наблюдать на инже-
нерно-геологических разрезах, моделирующих свойства со-
ставных систем отложений ледникового комплекса. Наиболее
характерные типы разрезов для ледниковых отложений Бело-
руссии будут приведены в главе 5.

Здесь симметрия-дисимметрия связана с взаимоотношени-
ем, взаимопроникновением, субординацией подструктур (раз-
личных генетических типов ледниковых отложений), обуслов-
ливающих их современные физико-механические свойства.
Элементы симметрии-дисимметрии проявляются во взаимоот-
ношениях различных генетических и литологических типов
отложений и, как следствие, в различиях их свойств.

Нами установлено, что физико-механические свойства ниж-
них слоев зависят от состава, состояния и мощности верхних
слоев. Существует и обратная связь: свойства верхнего слоя
обусловливают свойства нижнего и наоборот. Так, например,
мощность зоны выветривания и свойства подстилающих пород
находятся в зависимости от минералогического и грануло-
метрического состава верхнего флювиогляциального слоя.
Для разрезов, где лессовидные отложения подстилаются пес-
ками, характерны более высокие прочностные и деформаци-
онные характеристики, что связано с хорошими фильтрующи-
ми свойствами подстилающих песков, дренирующих грунто-
вые воды. Разрезам, где морена перекрыта мощной толщей
озерно-ледниковых глинистых грунтов, свойственны незначи-
тельные мощности зон выветривания.

Важный фактор формирования свойств верхнего и нижне-
го слоя — гидрогеологические условия территории (колеба-
ния уровней грунтовых вод, изменение их химического соста-
ва и др.). От них зависит и характер протекания гипергенных
процессов.

Таким образом, каждый из рассмотренных типовых раз-
резов представляет собой составную систему, причем для
каждого слоя характерна своя симметрия-дисимметрия
свойств. .Соотношения между уровнями подструктур в струк-
туре массива (типового разреза) можно выразить, например,
через отношения их свойств, в частности через отношения
84
значений интегрального показателя этих свойств — условного
динамического сопротивления различных слоев.

V уровень — региональная симметрия, обусловленная фа-
циальными и формационными различиями. Примером регио-
нальной симметрии могут служить поля показателей свойств
разных генетических типов грунтов, рассмотренные выше, на
которых отчетливо выделяется геометрическая симметрия-ди-
симметрия изолиний показателей (Рд, е) в различных частях
территории республики.

Из принципа П. Кюри вытекает, что дисимметрия должна
выражаться не только в явлении, но и в его причинах, в на-
шем случае — в физических (геологических) полях, обуслов-
ливающих формирование структуры и свойств геологической
среды, в конечном счете в поле литогенеза [4, 6]. Дисиммет-
рия поля литогенеза есть результат сложения дисимметрии
физических полей, его компонентов.

Геометрическая дисимметрия полей показателей свойств
определяет симметрию-дисимметрию физико-механических
свойств ледниковых отложений. В естественном залегании
пород на них накладывается симметрия поля естественных
напряжений, проявляющаяся на любых уровнях и имеющая
специфические закономерности. Для того чтобы выяснить за-
кономерности симметрии горных пород в массиве, образую-
щейся из симметрии разных уровней, определим понятие но-
сителя симметрии. Носителем симметрии (по аналогии с но-
сителем анизотропии [117]) будем называть совокупность
тех элементов, упорядоченность которых создает симметрию
того или иного уровня. Таким образом, носителем симметрии I
уровня будет кристаллическая решетка, II — множество ми-
неральных зерен (кристаллов) в породе, III — слоистость
горных пород, IV — геологическое строение массива, V уров-
ня — взаимоотношения генетических типов в рамках ледни-
ковой формации.

Симметрии разных уровней по закону, сформулированно-
му П. Кюри [75], могут накладываться друг на друга, обра-
зуя одну систему, при этом дисимметрии их слагаются. В ре-
зультате останутся лишь те элементы симметрии, которые яв-
ляются общими для каждого отдельно взятого явления. В
соответствии с законом П. Кюри сложение симметрии разных
уровней (плюс наложение симметрии поля естественных на-
пряжений) приводит к уменьшению количества элементов
симметрии массива. Закон Кюри может явиться основой для
расчета суммарной симметрии массива, обладающего симмет-
рией двух и более уровней.

Выделим 3 вида симметрии по отношению размеров их
носителей к размерам определяющей области [118] . (В соот-
ветствии с целью данной работы за определяющую область
примем массив грунта — основание зданий и сооружений.)
1.	Ультрасимметрия (симметрия высшего порядка) с раз-
мерами элементов, значительно меньшими, чем размеры опре-
деляющей области. Примером является симметрия кристал-
лической решетки. Ультрасимметрия не препятствует рас-
смотрению геологического поля массива как изотропной среды.
Другими словами, в этом случае геологическое поле пред-
ставляет собой некую эквивалентную микроскопически одно-
родную среду, имеющую приблизительно те же свойства, что
и реальное поле.

2.	Микросимметрия (эффективная симметрия), размер
элементов которой на несколько порядков меньше размеров
определяющей области. Микросимметрия проявляется, на-
пример, в распределении минеральных агрегатов в образце
горной породы. Для этого случая характерно большое число
элементов симметрии в определяющей области, что обуслов-
ливает осреднение свойств в массиве по конкретным пробам
и вносит элемент случайности в оценку изменчивости поля.
Наличие микросимметрии требует применения к изучаемому
полю статистических методов анализа.

3.	Макросимметрия (симметрия низшего порядка), раз-
мер элементов которой больше размеров определяющей об-
ласти или примерно равен им. В качестве примера макросим-
метрии можно привести слоистость толщи ледниковых
отложений и слагающих их пород, в том числе по инженерно-
геологическим признакам. Статистическая природа этой сим-
метрии (анизотропии) часто вуалируется, она выступает как
макроскопическая особенность структуры объекта. Свойства
объектов, обладающих такой симметрией, систематически ме-
няются при переходе от одного элемента симметрии к друго-
му. При дискретной сети опробования, характерной для инже-
нерно-геологических исследований, макросимметрия частично
усиливает разброс результатов испытаний и в известной мере
определяет закономерное изменение свойств породы в про-
странстве.

Предложенная классификация уровней симметрии может
быть использована при построении конструктивных моделей
для описания структуры массивов горных пород. Участок
(площадку) изысканий будем считать обладающим макро-
структурой, если он микросимметричен по отношению к при-
нятому размеру определяющей области. Элементы микросим-
метрии образуют при этом систему, т. е. множество элементов,
на котором заданы некоторые отношения, а совокупность их
образует макроструктуру рассматриваемого массива.

Микро- и ультраструктуры могут описываться практически
только на языке статистических моделей. Для макроструктур,
в которых система содержит небольшое количество элемен-
тов, возможны различные способы описания, в том числе со-
держательная индивидуализация каждого элемента, т. е. вы-
деление геологических тел разных уровней, например инже-
нерно-геологических элементов, с последующим применением
формальных методов анализа.

Рассматривая отложения ледниковой формации как це-
лостную систему, исследуем применение принципа суперпози-
ции для составных систем, состоящих из сочетания различных
генетических типов: морены, флювиогляциальных песков и
озерно-ледниковых глинистых отложений. Отражая отноше-

Рис. 2.15. Поле осредненных значений условного динамического сопротив-
ления отложений ледникового комплекса (флювиогляциальные пески, верх-
няя и нижняя зоны морены)

ния части и целого, с помощью принципа суперпозиции можно
описать на уровне симметрии связь состояний одного и того
же объекта или результат взаимодействия различных объек-
тов в рамках единой системы.

Как было сказано выше, для материальных геологических
систем симметрия геометрического строения одновременно
выступает и как минимальная симметрия связанных с данной
структурой свойств и отношений. С каждой подструктурой
системы можно сопоставить свою группу автоморфизмов, пре-
образующую друг в друга только элементы выделенных под-
структур. Вопрос о связи групп симметрии подструктур с груп-
пой симметрии системы в целом рассмотрим на составных
геологических системах, применяя принцип суперпозиции (на-
ложения и сложения полей геологических параметров).

Наложим на поле условного динамического сопротивления
нижней зоны морены поле Рл верхней зоны и поле Рд флю-
виогляциальных отложений и произведем их сложение. По-
лучим суммарное (среднее) поле Рд ледниковой формации,
которое характеризуется ярко выраженной стационарной сим-
метрией свойств (рис. 2.15).

Принцип суперпозиции групп симметрии связан с вопро-
сом взаимодействия структурных подуровней в пределах вы-
деленной системы и с взаимодействием подсистем. Матери-
альные системы и их подсистемы могут быть лишь мысленно
изолированы друг от друга. В действительности наблюдается
взаимодействие, которое может изменить структуру, а следо-
вательно, и симметрию по сравнению с той, которую система
или ее подуровень имели бы в изолированном состоянии.

: Если геологическая система неоднородна (состоит из не-
эквивалентных подсистем), связь симметрии с общими и
частными свойствами систем определяется отношением типа
[172]

(/(свойства подсистемы) — (/системы = А (/(свойства подсистемы) (2.7)
Если геологическая система однородна, принцип симметризации
принимает вид

С(свойства подсистемы)^ — >	(/системы = А (/(свойства подсистемы) А М,

(2.8)

Так как геологические системы всегда однородны в одном
отношении (на одном уровне структуры) и неоднородны в
другом (или других), то (2.7), (2.8) следует рассматривать
как единый принцип суперпозиции групп симметрии. Их не-
обходимо рассматривать в неразрывном единстве с законом
сохранения стационарной симметрии для изолированных сис-
тем, который имеет вид [172]

(/системы — П (/(взаимодействующих подсистем) С -Л4 =2
— П С(невзаимодействующих подсистем)* 0 М. = (/системы-

(2.9)

Для неоднородных в исходном состоянии систем Л4=0,
для однородных — (за исходное принимаем состояние
условной изоляции частей системы или невзаимодействия под-
систем) .

Сравнение общего поля ледниковой формации с частными
полями геологических параметров составляющих ее генетиче-
ских типов приводит нас к закону сохранения стационарной
симметрии для изолированных систем. Законы сохранения
симметрии играют важную роль в термодинамике равновес-
ных состояний и в теории фазовых переходов.

Законы сохранения типа (2.9), допускающие структурные
изменения изолированных систем на их пути к термодпиами-
88
ческому равновесию, равно как и общие отношения связи
между частью и целым, справедливые и при динамическом
равновесии, проливают свет на многие парадоксальные ситуа-
ции, позволяют провести детальный анализ формирования
геологических полей как ледниковой системы в целом, так и
ее генетических подсистем.

Таким образом, процессы симметризации-дисимметриза-
ции мгновенных состояний систем проходят и в изолирован-
ных системах. Но если речь идет о стационарной (усреднен-
ной по времени) симметрии, ее изменение всегда результат
нарушения изоляции системы, включения в нее некоторых
внешних симметризующих или дисимметризующих факторов.
В качестве таких внешних (переходящих во внутренние) фак-
торов выступают, например, резкая смена термодинамических
условий в приповерхностных горизонтах отложений, связан-
ная с сезонным промерзанием и оттаиванием грунтов (элюви-
альный слой), изменение гидродинамических условий терри-
тории и др., которые обусловливают перестройку структурно-
текстурных особенностей грунтов в процессе гипергенеза. При
определенных условиях эти процессы могут привести и к из-
менению стационарной симметрии как системы в целом, так
и отдельных ее структурных подуровней. В этом случае гово-
рят о фазовом переходе, отличая его от случаев индуцирован-
ного изменения симметрии систем под влиянием других внеш-
них воздействий [172].

Весь процесс фазового перехода подчиняется закону ком-
пенсации симметрии: при понижении симметрии на каком-то
одном структурном уровне она возникает и сохраняется на
другом. Другими словами, структура старой фазы продолжа-
ет существовать в новой, но в преобразованном виде. Наобо-
рот, элементы структуры новой фазы уже существуют в ста-
рой и проявляются лишь при фазовом переходе [172].

Закон компенсации симметрии достаточно хорошо заметен
при суперпозиции полей геологических параметров леднико-
вой формации. Это так называемый региональный закон ком-
пенсации симметрии. Так, например, каждое из наложенных
полей в отдельности в процессе литогенеза подвергалось раз-
личным преобразованиям, интенсивность, характер и избира-
тельность которых обусловливается целым рядом факторов:
геологическим строением, взаимоотношением различных гене-
тических типов, составом и состоянием перекрывающих и под-
стилающих пород, гидрогеологическими условиями террито-
рии и др. В зависимости от сочетания указанных факторов
дисимметризация подсистем происходила на различных участ-
ках с разной интенсивностью. Однако, как видно из сопостав-
ления полей, ледниковая формация в целом всегда стреми-
лась сохранить стационарную симметрию, выраженную в
нашем случае изолиниями показателя зондирования. При по-
нижении симметрии на одном уровне (уменьшение или увели-
чение значений Рд верхней зоны морены флювиогляциальных
песков) она возникает и сохраняется на другом. Для каждо-
го участка характерно устойчивое соотношение как частных
значений Рд подсистем, так и суммарного (среднего).

Рассмотрим, например, несколько узловых точек (см. рис.
2.3, 2.6, 2.13, 2.15), из которых видно, что если уменьшается
значение Рд верхней зоны, то соответственно увеличивается
значение Рд флювиогляциальных песков и наоборот. Отмечен-
ные региональные закономерности сохранения стационарной
симметрии могут быть перенесены и на массивы грунтов, слу-
жащих в качестве оснований различных зданий и сооруже-
ний.

Законы сохранения стационарной симметрии (2.9) можно
распространить, как видим, на квазиизолированные геологи-
ческие системы, проявляющие тенденцию компенсировать ди-
симметризацию на одном уровне структуры симметризацией
на другом. Известный консерватизм вещества по отношению
к изменению состояния, описываемый принципом подвижного
равновесия Ле-Шателье, заставляет геологическую систему
оказывать сопротивление и вынужденному изменению ее сим-
метрии. Отметим также, что поведение симметрии как функ-
ции состояния изолированной системы коррелирует с поведе-
нием ее энтропии [172]. Максимальная стационарная сим-
метрия достигается в равновесном состоянии системы. В свя-
зи с законами сохранения процессы симметризации-дисиммет-
ризации неразрывно связаны и протекают одновременно на
различных структурных уровнях.
Глава 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД
И ПОКАЗАТЕЛЯМИ ИХ СОСТАВА И ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

3.1.	Основные методические принципы анализа
и исследования взаимосвязи свойств

Объект прогнозирования — различные генетические типы
ледниковых отложений с их физическими, прочностными и
деформационными свойствами. Целью анализа объектов
прогнозирования явилась разработка моделей, позволяющих
получить прогнозную информацию об их прочностных и де-
формационных свойствах по косвенным признакам и исполь-
зовать ее в конечном счете для составления региональных
таблиц нормативных и расчетных характеристик грунтов.

Исследование взаимосвязи свойств проводилось в соот-
ветствии с четырьмя основными методическими принципами
анализа объектов прогнозирования [115].

1.	Принцип системности, по которому объект прогнозиро-
вания рассматривался как система взаимосвязных характе-
ристик его и прогнозного фона в соответствии с целями и за-
дачами исследования.

Необходимость принятия решений в условиях неопреде-
ленности, связанной с характером постановки геологических
задач, и их многовариантность привели к широкому исполь-
зованию в инженерной геологии системного подхода и систем-
ного анализа.

В настоящее время в инженерной геологии горные породы
рассматриваются как неоднородные многокомпонентные ди-
намические природные системы [83, 133, 147], которые со-
стоят из большого количества элементов и связей различной
физической или иной природы. Важная особенность этих
систем в том, что они образуют некоторую целостность, кото-
рая проявляется в эмерджентности, а их свойства отличны от
свойств слагающих компонентов. При расчленении системы
на элементы с их дальнейшим раздельным изучением из поля
зрения исследователя могут выпасть некоторые свойства, без
учета которых надежный прогноз поведения систем стано-
вится невозможным [64]. Важнейшей характеристикой гор-
ных пород как многокомпонентных систем являются взаимо-
связи их свойств, изучение которых для системных объектов
в научном и практическом отношении дает гораздо более
значимый результат, чем простое описание свойств объекта.

Эффективный метод изучения структуры сложных при-
родных объектов и процессов, выявления связей между свой-
ствами объектов и влияющими на них факторами, решения
задач прогноза с установлением вероятных значений одних
характеристик по другим, о которых имеется нужная инфор-
мация,— корреляционный анализ [65]. Исследование коли-
чественной корреляции (соотношения) между отдельными
свойствами приобретает огромную значимость, поскольку
количественные взаимоотношения отражают и позволяют
вскрыть причины, порождающие проявления тех или иных
свойств, глубже проникнуть в их сущность, понять роль того
или иного фактора в их формировании [133].

Объективным источником возникновения корреляционных
связей являются факторы, согласованно действующие в од-
ном направлении [59]. Общность этих факторов и рождает
корреляционную связь. Корреляция представляет собой раз-
новидность универсальной всеобщей связи явлений. Свой-
ственная многим природным процессам многоплановость за-
висимости явлений от различных факторов требует установ-
ления корреляционных связей, так как только они в состоянии
дать наиболее глубокое и правильное отражение сложного
характера соответствий взаимодействующих элементов мно-
гокомпонентной системы.

В основе всех корреляционных соотношений лежит адди-
тивность действия различных факторов [59]. Более сложные
корреляционные зависимости связаны с допущением адди-
тивности большего числа факторов. Строгое соблюдение
аддитивности означает полную независимость слагаемых,
однако это противоречит данным опытов в тех случаях, когда
удается достигать определенной степени точности измерений.
Понятно, что все аддитивные схемы являются приближенны-
ми, и вопрос об отношении корреляционных уравнений к
реальности сводится к вопросу о степени их приближения к
действительно существующим. Корреляционные зависимости
выражаются уравнениями, аппроксимирующими действи-
тельное положение дел, а корреляционный анализ позволяет
одновременно отразить влияние многих факторов [59].

2.	Принцип природной специфичности, предполагающий
обязательный учет природы объекта прогнозирования, зако-
номерностей его развития, абсолютных и расчетных пределов
развития.

Установлены многочисленные взаимосвязи между свой-
ствами горных пород различных геолого-генетических комп-
лексов, литологических типов, инженерно-геологических ре-
гионов, областей, районов и участков исследований, точность
и надежность оценки свойств которых по уравнениям, как
правило, статистически несущественно уступают точности и
надежности стандартных испытаний [148]. Вместе с тем
одно принципиально в’ажное качество параметров корреля-
ционных взаимосвязей — их неустойчивость [35] — не позво-
ляет заменить стандартные методы испытаний результатами
косвенных методов исследований, тем самым значительно
повысить эффективность и качество инженерно-геологических
изысканий и снизить их стоимость.

Зависимости, выявленные для горных пород конкретных
регионов исследований, не могут использоваться для других
пород, аналогичных по происхождению и составу, но находя-
щихся в иной естественно-геологической обстановке, т. е. ха-
рактеризующихся иным генезисом (в широком понимании
термина, который трактуется Е. М. Сергеевым как совокуп-
ность процессов, отображающих «всю геологическую жизнь»
породы). Поэтому в основе формирования взаимосвязей
между свойствами пород лежат процессы их седиментации
и литогенеза, определяющие состав, строение и состояние
горных пород в различных условиях образования, последую-
щего изменения и современного существования [151]. Таким
образом, при исследовании связей между физико-механиче-
скими свойствами горных пород и составлении региональных
таблиц нормативных и расчетных показателей свойств грун-
тов должны учитываться геолого-структурные признаки и
особенности литогенеза.

По А. М. Шисселю [170], основные методические прин-
ципы построения региональных корреляционных систем вклю-
чают в себя две группы требований: анализ, учет и исполь-
зование данных о геолого-географической обстановке; по-
строение логичной системы последовательных математических
операций, завершаемых решением корреляционных уравне-
ний и формированием таблиц. Исходя из этого, регионально-
корреляционная система должна, во-первых, отражать свой-
ства относительно однородного объекта, т. е. масштабного
геологического тела, однородного в литогенетическом отно-
шении; во-вторых, формироваться и функционировать в пре-
делах территории, инженерно-геологические условия которой
регионально выдержаны (территории, однородной в струк-
турно-тектоническом плане, расположенной в единой геогра-
фической зоне); в-третьих, базироваться на установленном
нестационарном законе пространственной изменчивости
свойств [170].

Наличие нестационарной пространственной изменчивости,
по выражению А. М. Шисселя, «определяет целесообразность
всей разработки». При стационарном режиме изменчивости
рассматриваемую задачу можно решить путем вычисления
единых для конкретного района обобщенных показателей.
Нестационарный режим изменчивости обусловлен направлен-
ними процессами седиментации и литогенеза, которые в свою
очередь контролируются структурно-тектоническими и палео-
географическими особенностями территории. Практика по-
казывает, что региональные корреляционные зависимости
должны определяться, как правило, для крупных таксономи-
ческих единиц, в пределах которых в полной мере могут про-
явиться закономерности пространственной изменчивости
свойств, служащие основанием для поисков и установления
таких зависимостей.

3.	Принцип оптимизации описания объекта прогнозиро-
вания помогает дать такое описание объекта, которое обес-
печивало бы заданную достоверность и точность прогноза
при минимальных затратах на его разработку. Этот обоб-
щенный принцип разбит на три конкретных частных принци-
па оптимизации:

а)	принцип оптимальности степени формализованности
описания, требующий использования формализованных мо-
делей в тех соотношениях с неформальными интуитивными
способами описания, которые при выполнении требований
задачи прогноза обеспечивали бы ее решение с минимальны-
ми затратами. Этот принцип предполагает наряду с фор-
мальными методами использование аппарата эвристических,
интуитивных, творческих и других неформализуемых методов
решения проблемы;

б)	принцип минимизации размерности описания, т. е. опи-
сание объекта при минимальном числе переменных и пара-
метров, обеспечивающих заданную точность и достоверность
прогноза; предполагает оценку важности каждой переменной
в описании и отбор наиболее информативных из них с точки
зрения задачи прогнозирования;

в)	принцип оптимального измерения показателей, тре-
бующий для измерения каждого показателя выбора такой
шкалы, которая при минимальных затратах обеспечивала бы
извлечение достаточной для прогноза информации из пере-
менной.

В целом принцип оптимизации описания объекта прогно-
зирования сводится к реализации либо всех трех частных
принципов, либо некоторых из них.

4. Принцип аналогичности предполагает при анализе
объекта постоянное сопоставление его свойств с известными
в данной области сходными объектами и их моделями с
целью отыскания объекта аналога и использования при ана-
лизе и прогнозировании его модели или отдельных ее эле-
ментов. Этот принцип позволяет, с одной стороны, миними-
зировать затраты на анализ и прогноз путем использования
части готовых прогнозных моделей, с другой — обеспечивает
верификацию прогнозов путем сопоставления с прогнозами
объектов аналогов.
Моделирование объекта прогнозирования. Основная цель
анализа объекта прогнозирования — разработка его прогноз-
ной модели. Одним из наиболее распространенных математи-
ческих методов прогнозирования является метод наименьших
квадратов, позволяющий построить адекватные регрессион-
ные модели. Методика реализована на территории БССР.

Объектами исследования были избраны генетические типы
отложений ледникового комплекса, используемых в качестве
оснований инженерных сооружений на всей территории. Из-
вестно, что теснота связей между свойствами грунтов, а зна-
чит, и качество прогноза механических характеристик по фи-
зическим зависят от тщательности геологического анализа
исходного материала. Выборки показателей свойств грунтов,
предназначенные для статистической обработки, должны
представлять грунты, однородные по основным инженерно-
геологическим признакам, характеризующим их происхожде-
ние и геологическую историю. На основе системно-структур-
ного подхода [122] выделена иерархическая последователь-
ность признаков, которые необходимо учитывать при выборе
объектов для изучения зависимостей: вещественный состав
грунтов, генетический тип, геологический возраст, а также
совокупность признаков, определяющих палеогеографию и
современную физико-географическую обстановку существо-
вания изучаемых грунтов.

1.	Каждый из генетических типов — моренные, флювио-
гляциальные и озерно-ледниковые породы — рассматривался
как сложная неоднородная многокомпонентная динамическая
природная система, состоящая из большого числа элементов
и связей (как внутренних, так и внешних) различной приро-
ды, обусловленных спецификой их образования и дальней-
ших преобразований в процессе диагенезиса и гипергенезиса
горных пород.

2.	Учитывая однообразие условий седиментации и близ-
кие показатели физических свойств (см. главы 1 и 2), каж-
дый из генетических типов разновозрастных горизонтов счи-
тался однородным в литогенетическом отношении.

Следующий этап исследований заключался в сравнении
разновозрастных горизонтов по условному динамическому
сопротивлению (см. главу 2). Установлено несущественное
их различие, что позволило совмещать выборки для дальней-
шей обработки.

Изучение закономерностей пространственной изменчивос-
ти ледниковых отложений подсказало вывод о существовании
нестационарных режимов изменчивости, обусловленных спе-
цификой ледникового литогенеза. Накопление образований
ледниковой деформации и формирование их инженерно-гео-
логических свойств контролируется структурно-тектонически-
ми особенностями территории, более прочные породы приуро-
чены к положительным структурам, менее прочные — к отри-
цательным.

Анализ результатов комплексных исследований показал,
что изучение взаимосвязей необходимо в целом для всей тер-
ритории БССР (региона), так как только при таком подходе
могут в полной мере проявиться закономерности простран-
ственной изменчивости их свойств при одновременном учете
генетических особенностей (моренных, флювиогляциальных
и озерно-ледниковых) без разделения на разновозрастные
горизонты.

В ходе предварительной обработки информация по каж-
дому из генетических типов разбивалась на части, соответ-
ствующие опробованию инженерно-геологических элементов
на отдельных площадках изысканий. Инженерно-геологиче-
ские элементы выделены в соответствии с ГОСТ 20522-75
[38]. Обработке методами корреляционно-регрессионного
анализа подвергались частные значения показателей физико-
механических свойств грунтов и обобщенные в пределах
инженерно-геологических элементов.

За. В соответствии с этим принципом изучение взаимо-
связи свойств проводилось с использованием неформальных
методов. Построение точечных графиков и их анализ, а так-
же выбор аппроксимирующих функций выполнялись с привле-
чением геологических соображений. Предварительный выбор
вида функций и аргументов осуществлялся при содержатель-
ном анализе экспериментальных данных.

36. Взаимосвязь свойств первоначально изучалась мето-
дами парной корреляции с последующим выбором наиболее
информативных прогнозирующих признаков. Вопрос об опти-
мальном числе показателей, включаемых в уравнение регрес-
сии, наиболее важен при статистической обработке фактиче-
ского материала и построении прогнозных уравнений. Анализ
показал, что участие в прогнозирующем уравнении двух фи-
зических показателей аргументов, один из которых характе-
ризует плотность, а второй — влажность грунта, обеспечивает
достаточную точность и надежность прогноза, также исклю-
чает дублирование аргументов, т. е. такой набор является
оптимальным. Включение дополнительных переменных повы-
шает достоверность прогнозов несущественно.

Зв. Выбор оптимального вида зависимостей осуществлял-
ся с учетом характера распределения изучаемых показателей
свойств грунтов. Установлено, что распределение показателей
основных физических свойств грунтов не противоречит нор-
мальному закону, а распределения показателей модуля де-
формации и удельного сцепления хорошо аппроксимируются
как нормальным, так и логарифмически нормальным зако-
ном. Простейшими зависимостями, которые отвечают указан-
ным типам распределений, являются линейные зависимости
от физических характеристик, прогнозирующие либо лога-
рифм механической характеристики, либо ее самое [32].

В процессе исследований установлено, что уравнения та-
кого типа обеспечивают достаточную точность прогноза и
обладают статистической устойчивостью, т. е. хорошо выдер-
живают экзамен на независимом материале, что согласуется
с утверждением, приведенным в работе [32].

4. Принцип аналогичности предполагает при исследова-
нии информативности косвенных признаков наряду с фор-
мально-логическими методами учитывать опыт изучения за-
висимостей между свойствами сходных грунтов.

Анализ литературы, посвященной изучению зависимостей
между физическими и механическими свойствами моренных,
флювиогляциальных и озерно-ледниковых отложений раз-
личных регионов СССР (в том числе Белоруссии), показы-
вает, что механические характеристики наиболее тесно свя-
заны с показателями плотности (е, р8), влажности (5Г, а>) и
пластичности (<^г, 1ь).

В большинстве случаев показатели сжимаемости прогно-
зируются точнее, чем прочностные характеристики. Для водо-
насыщенных грунтов показатели сжимаемости наиболее тес-
но связаны с характеристиками плотности — влажности:
значения парных коэффициентов корреляции составляют
0,5—0,6. Включение дополнительных признаков (пределов и
числа пластичности, показателя консистенции) позволяет в
некоторых случаях повысить тесноту связи до 0,85—0,90.

Прогноз показателей прочности осуществлялся по двум
методикам:

1)	непосредственное определение зависимостей между
коэффициентом внутреннего трения и сцепления, с одной сто-
роны, и различными косвенными признаками — с другой;

2)	предварительное исследование зависимостей между
значениями сдвигающих усилий и определения ср и с как
параметров уравнения т=р1^ (р+с.

Второй способ является более надежным, но даже при та-
ком подходе трудно получить достаточно эффективные регрес-
сионные уравнения, так как теснота связей между п и кос-
венными характеристиками остается невысокой — 0,5—0,7,
для морен — 0,3—0,4. Столь низкая теснота связи и малая
эффективность применения корреляционно-регрессионного
анализа для прогнозирования прочностных характеристик
зависит от природы прочности глинистых грунтов [67]. Как
отмечают в своих работах В. А. Приклонский, Е. М. Сергеев,
И. М. Горькова и другие исследователи, прочность и дефор-
мируемость глинистых пород зависит от большого числа фак-
торов, среди которых важная роль отводится структуре, тек-
стуре и в первую очередь характеру и прочности структур-
ных связей.
Прогноз прочностных характеристик глинистых грунтов
производился в двух вариантах: изучение взаимосвязей меж-
ду индивидуальными значениями показателей и обобщенны-
ми в пределах предварительно выделенных инженерно-геоло-
гических элементов. Оба варианта привели к идентичным или
близким законам взаимосвязи свойств, но показатели тесно-
ты связи оказались существенно различными. При исследо-
вании корреляционных связей между механическими и фи-
зическими характеристиками ледниковых отложений автором
использовались следующие физические характеристики: есте-
ственная влажность, коэффициент пористости, граница и по-
казатель текучести. В дальнейшем работа производилась в
такой последовательности [32].

1)	. Построение оптимальных уравнений для прогноза
конкретных механических характеристик, выбор оптималь-
ного вида зависимостей и определение доверительных границ
для прогноза расчетных показателей.

2)	. Статистический экзамен построенных уравнений на не-
зависимом фактическом материале с целью проверки качест-
ва прогноза.

3)	. Составление таблиц нормативных и расчетных харак-
теристик по построенным и апробированным зависимостям.

3.2.	Определение прочностных и деформационных
характеристик ледниковых отложений *
по физическим свойствам

Важная составная часть методики инженерно-геологиче-
ских исследований — установление точных и надежных нор-
мативных и расчетных характеристик механических свойств
горных пород. В современной практике для этих целей приме-
няются различные лабораторные и полевые методы как при
раздельном их использовании, так и в комплексе, что позво-
ляет получать наиболее достоверные результаты. Однако не-
посредственное определение прочностных и деформационных
характеристик пород требует выполнения большого объема
трудоемких исследований. Один из путей решения этого во-
проса заключается в использовании для оценки прочностных
и деформационных свойств пород простейших физических
показателей, но для этого в соответствии с СНиП 2.02.01-83
при статистической обработке массовых испытаний должны
быть установлены зависимости между механическими и фи-
зическими характеристиками грунтов.

В связи с тем что горные породы представляют собой
сложные многокомпонентные системы, при решении задач
прогноза поведения механических свойств пород используется
системный подход [150, 152]. Установлено, что горные поро-
ды в процессе развития проходят ряд устойчивых состояний,
внутри которых параметры корреляционных взаимосвязей
между показателями свойств статистически сходны, причем
подсистемы с устойчивым состоянием в пределах системы
выделяются по физическим характеристикам. Такой подход
к обработке экспериментальных данных дает хорошие ре-
зультаты при исследовании систем, мало затронутых гипер-
генными преобразованиями, т. е. когда структура геологиче-
ского поля наследует и отражает черты структуры физиче-
ских полей среды седиментации и литогенеза породы [8].
При значительном изменении состояния системы в процессе
гипергенеза выявить и количественно охарактеризовать устой-
чивые состояния системы (при кажущейся однородности по
физическим свойствам) с более высокой степенью приближе-
ния к реальным .условиям можно только на основе учета их
структурно-текстурных особенностей, отражаемых зондиро-
ванием [55].

Расчленять систему на ряд подсистем, а задачу изучения
этих систем — на ряд подзадач стало традиционным при ис-
следовании горных пород как сложных систем, но такое рас-
членение может привести к утрате эмерджентности, т. е. та-
ких свойств системы, которые не присущи составляющим ее
элементам [102]. Свойственную всем горным породам много-
плановость зависимости свойств от различных факторов по-
могает раскрыть изучение корреляционных связей, которые
дают наиболее глубокое и правильное отражение сложного
характера взаимодействия элементов многокомпонентной
системы. Решение об упрощении модели системы должно
приниматься после логического анализа зависимостей, ха-
рактеризующих изменения в состоянии рассматриваемых
систем.

Рассмотрим результаты изучения взаимосвязи показате-
лей механических свойств ледниковых отложений с показате-
лями физических свойств. Объектом исследований служили
моренные флювиогляциальные и озерно-ледниковые грунты,
приуроченные к днепровскому, сожскому и поозерскому го-
ризонтам. Эти отложения представляют собой сложные мно-
гокомпонентные системы, приповерхностные горизонты которых
подвергались в ходе геологического развития существен-
ным диагенетическим преобразованиям. Изучение взаимо-
связи механических свойств отложений ледникового комп-
лекса с их физическими характеристиками проводилось в
соответствии с методическими принципами, приведенными
в 3.1. В процессе предварительной обработки информации по
каждому из генетических типов ледниковых отложений ее
разделяли на части, отвечающие опробованию инженер-
но-геологических элементов на отдельных площадках изыска-
ний. Инженерно-геологические элементы выделены в соот-
ветствии с ГОСТ 20522-75. Обработке методами корре-
Таблица 3.1. Оценка тесноты связи между показателями прочности
и физических свойств морен

Показатель		е		4,	с	ф
10	1 -	0,621	0,777	0,675	0,160	—0,430
е		1	0,563	0,235	—0,153	—0,510
			1	0,167	0,492	—0,479
				1	—0,076	—0,193

ляционно-регрессионного анализа для прогноза прочностных
характеристик подвергались индивидуальные и обобщенные
показатели физико-механических свойств, а для прогноза
сжимаемости — индивидуальные значения модуля деформа-
ции, коэффициента уплотнения и показателей физических
свойств, так как для показателей механических свойств ис-
пользование обобщенных значений почти не влияет на точ-
ность и достоверность прогноза.

Литологически исследованные моренные грунты представ-
лены супесями и суглинками, флювиогляциальные — песками
различной крупности и озерно-ледниковые — суглинками и
глинами.

По монолитам в лаборатории определены сопротивление
срезу тг- при нормальных давлениях 1, 2, 3-105 Па, удельное
сцепление с, угол внутреннего трения ср, влажность до, коэф-
фициент пористости е, граница доь и показатель текучести /ь.
Модуль деформации Е для моренных и флювиогляциальных
отложений определялся по штамповым испытаниям, для
озерно-ледниковых — по компрессионным. Перед установкой
штампа из дудок отбирались монолиты для определения фи-
зических характеристик грунтов. При исследовании связей
между Е и до, е, использовались линейные регрессион-
ные модели. Применение других видов зависимостей (пара-
бола, гипербола и др.) существенно не улучшает качества
аппроксимации. Решение задачи прогноза показателей проч-
ности проводили путем непосредственного определения зави-
симости между с, ср и различными косвенными признаками.
Мерой тесноты связи и качества аппроксимации полученных
зависимостей служили выборочный коэффициент корреля-
ции, величина стандартной ошибки прогноза и остаточной
дисперсии нормативных характеристик. Исследования ин-
формативности косвенных признаков осуществляли как фор-
мальными методами, так и с привлечением содержательных
соображений, а также с учетом опыта изучения зависимостей
между свойствами сходных грунтов.

Результаты исследований, приведенные в главах 1 и 2,
указывают на то, что пространственная изменчивость физи-
ко-механических свойств ледниковых отложений в очень ма-
лой степени контролируется приуроченностью их к различ-
ным стадиям оледенений, а также на чрезвычайную слож-
ность выделения в моренных горизонтах супесей и суглинков.
Рассмотрим структуру взаимосвязей прочностных свойств
моренных глинистых грунтов с их физическими показателями
без учета их принадлежности к разновозрастным горизонтам
и разделения на супеси и суглинки. Результаты такого ана-
лиза приведены в табл. 3.1.

Из таблицы видно, что наиболее информативными при-
знаками при прогнозе прочностных свойств моренных грунтов
являются граница текучести — эффективная характеристика
состава глинистых грунтов — и коэффициент пористости.
Включение дополнительных аргументов (естественной влаж-
ности и показателя текучести) не улучшает качества аппро-
ксимации (табл. 3.2).

Применение этих показателей для прогноза прочностных
свойств моренных глинистых грунтов позволяет учесть как
их плотность, так и содержание глинистой фракции, являю-
щиеся одними из главных факторов (наряду с структурно-
текстурными особенностями), обусловливающих прочностное
и деформационное поведение грунтов. Участие в прогнозиру-
ющем уравнении двух физических показателей-аргументов
(один из которых характеризует плотность, а второй пластич-
ность грунта) обеспечивает необходимую точность и исклю-
чение дублирования аргументов, т. е. этот набор является
оптимальным. Таким образом, рассмотрение моренных грун-
тов как сложной многокомпонентной системы без разбиения
ее на части, типы, виды и разновидности позволяет при прог-
нозе механических свойств грунтов по их физическим харак-
теристикам полнее учесть специфические особенности грану-
лометрического и минералогического состава моренных
грунтов, что приводит в конечном итоге к существенному уве-
личению прогнозных значений прочностных и деформацион-
ных характеристик этих грунтов.

А. М. Шисселем [169] на примере морен Ярославского
Поволжья показано, что наилучшее сочетание аргументов,

Таблица 3.2. Изменение показателя тесноты связи для моренных
грунтов при использовании разных сочетаний аргументов

Зависимость	Коэффициент корреляции	Зависимость	Коэффициент корреляции
с = / (^ , е)	0,716	<р = /(е, суг)	0,561
с = /	, е, к/)	0,739	<р = /(е, суг,	0,555
с = /(^, е, су, /л)	0,764	<р = / (е,	, 1ь , су)	0,585
Таблица 3.3. Оценка тесноты связи между модулем деформации
и физическими свойствами моренных грунтов

Показатель	Е	пи	е		
Е	1	—0,171	—0,532	0,222	—0,117
11)		1	0,290	0,429	0,665
е			1	0,244	0,039
				1	0,0942
'г					1

Таблица 3.4. Оценка тесноты связи между показателями прочности
и физических свойств озерно-ледниковых глинистых грунтов

Показатель	по	е			с	<р
К/	1	0,956	0,690	0,287	—0,169	—0,418
е		1	0,675	0,270	—0,318	—0,383
			1	—0,437	0,119	—0,613
				1	—0,517	0,293

Таблица 3.5. Связь между модулем деформации и
физическими свойствами озерно-ледниковых глинистых грунтов

Зависимость	Коэффициент корреляции	Зависимость	Коэффициент корреляции
II М1 II	0,189  0,565  0,327  0,278	~  ^7 т т т щ ЬЧ щ	0,603  0,250  0,340

обеспечивающее самую тесную связь с механическими харак-
теристиками,— граница текучести и коэффициент пористости.
Это относится и к прогнозу модуля деформации моренных
глинистых грунтов (табл. 3.3).

Для пылевато-глинистых озерно-ледниковых грунтов наи-
более информативными показателями являются коэффициент
пористости и показатель текучести при прогнозе удельного
сцепления и коэффициент пористости, граница текучести и
природная влажность при прогнозе угла внутреннего трения
(табл. 3.4).

Для модуля деформации озерно-ледниковых грунтов наи-
более информативными признаками являются коэффициент
пористости и естественная влажность (табл. 3.5), для песча-
ных грунтов — плотность их сложения, оцениваемая коэффи-
циентом пористости. Гранулометрический состав несуществен-
но влияет на качество прогноза прочностных и деформацион-
ных свойств.

Построение результирующих регрессионных уравнений
проводилось по способу наименьших квадратов с использо-
ванием программ множественной регрессии «УЕМ8В» и
«КЕСТАВ». Программы осуществляли построение ряда урав-
нений вида

У = Цх1,..., хп) = а1х1+ ... + ОпХп + а»,
где у — механический показатель-функция; (хь хп) — фи-
зические показатели-аргументы для каждого из прогнозируе-
мых механических показателей (угла внутреннего трения,
удельного сцепления и модуля деформации) при различных
наборах аргументов.

После построения уравнений и оценки остаточной диспер-
сии нормативных характеристик («он) для каждого набора
аргументов вычислялись следующие прогнозные значения:
нормативные характеристики, доверительные границы для
прогноза 85 и 95% расчетных характеристик.

Отбор оптимальных уравнений, используемых в дальней-
шем для составления таблиц, производился по трем призна-
кам: а) достижение максимальной точности и качества прог-
ноза, характеризуемых дисперсией «он, стандартной ошиб-
кой оценки и коэффициентом корреляции; б) наилучшие
результаты экзамена на независимых выборках; в) унифи-
кация входов в таблицы с участием основных показателей,
характеризующих состав и состояние грунтов.

Экзамен уравнений на независимом экспериментальном
материале служил объективным доказательством устойчи-
вости найденных зависимостей. В нашем случае проверялась
как устойчивость регрессионных уравнений, так и справедли-
вость предположения об идентичности характера зависимо-
стей для отложений днепровской, сожской и поозерской мо-
рен с учетом сделанных ранее выводов о сходстве показате-
лей их физических свойств и параметров зондирования.

Таблица 3.6. Результаты статистического экзамена
зависимостей

Грунты	Зависимость	Число попаданий в доверительные границы
Моренные глинистые	С = / (^ , е)	63 из 75
	<₽=/(«.	74 из 75
Озерно-ледниковые		11 из 12
пылевато-глинистые	<р = /	, е)	11 из 12
Таблица 3.7. Уравнения регрессии для прогноза прочностных
и деформационных характеристик ледниковых отложений
по их физическим свойствам

Отложения	Уравнение регрессии	Количество инженерно- геологических элементов	Число определений меха- нического показателя	Среднее квадратическое отклонение	Стандартная ошибка прогноза	Коэффициент корреля- 1 ции
Моренные	с-0,039^ —1,897б+0,386	192	2996	0,150	0,106	0,72
	Ф-43,ОО9—23,640е—0,323№л	192	2996	3,740	3,110	0,56
	^=70,625— 125е+0,250&УЛ	—	176	10,600	8,922	0,54
Озерно-лед-	|б с=—0,0124—0,2961е—0,6489/^	22	218	0,232	0,045	0,90
никовые	<р=32,5672—0,1812е—0,3851^	22	218	5,982	1,867	0,83
	Е—10,694—0,221 гс—0,427с	—	52	1,750	1,438	0,60
Флювиогля-	а=0,291е+0,007^—0,193	—	52	0,100	0,080	0,63
циальные	ср—47,394—23,960е	—	98	4,180	3,856	0,40
	Е= 104,074—117,789е	—	76	15,990	11,060	0,73

Исследования выполнялись в два этапа. На первом этапе
были изучены зависимости между механическими свойствами,
с одной стороны, и физическими свойствами, с другой, раз-
дельно для морен поозерского, сожского, днепровского гори-
зонтов. Характер этих зависимостей оказался одинаковым.
Экспериментальный материал с учетом его особенностей был
разбит на две части: данные по поозерской и половина дан-
ных по сожской морене составили «обучающую» выборку,
вторая половина данных по сожской морене и данные по
днепровской морене — «экзаменационную» выборку. Вначале
уравнения строились по обучающей части, затем экзаменова-
лись на экзаменационной части. Результаты (табл. 3.6) ука-
зывают на устойчивость полученных зависимостей и допол-
няют существующие представления о сходстве разновозраст-
ных морен, широко обсуждаемые в литературе [74]. После
экзамена уравнения для прогноза с и ср пересчитывались по
объединенным выборкам с целью повышения точности про-
гноза.

Для озерно-ледниковых отложений производилось раз-
биение экспериментального материала на два сегмента, пер-
вый из которых составил «обучающую» выборку, а второй —
«экзаменационную».

Результаты экзамена (табл. 3.6) в целом позволяют сде-
Таблица 3.8. Нормативные и расчетные значения удельного
сцепления с, 105 Па, и угла внутреннего трения ф, град,
моренных глинистых грунтов

Граница текучести %	Характеристи- ка грунтов	е			
		0,30	0,35	0,40	0,45
	сп\ фп	0,47; 30	0,38; 29	0,28; 28	0,19; 27
17	сп» Фп	0,36; 27	0,27; 26	0,17; 25	0,08; 23
	; <₽!	0,30; 25	0,20; 24	0,11; 22	0,03; 21
	Сп\ фп	0,55; 30	0,45; 29	0,36; 27	0,26; 26
19	сп» Фп	0,44; 26	0,34; 25	0,25; 24	0,15; 23
	С1 ’* Ф1	0,37; 24	0,28; 23	0,19; 22	0,09; 21
	Сп\ фп	0,63; 29	0,53; 28	0,44; 27	0,34; 26
21	СЦ» Ф11	0,52; 26	0,42; 24	0,33; 23	0,23; 22
	С1 ; Ф1	0,45; 24	0,36; 22	0,26; 21	0,17; 20
	сп\ фп	0,70; 28	0,61; 27	0,51; 26	0,42; 25
23	си* Фп	0,59; 25	0,50; 24	0,40; 23	0,31; 21
	С1 » Ф1	0,53; 23	0,43; 22	0,34; 21	0,24; 19
	сп» Фп	0,78; 28	0,69; 27	0,59; 25	0,50; 24
25	сп; Фц	0,67; 24	0,58; 23	0,48; 22	0,39; 21
	с1; Ф1	0,61; 22	0,51; 21	0,42; 20	0,32; 19
	сп» Фп	— —	0,76; 26	0,67; 25	0,57; 24
27	сп» Фп	— —	0,65; 22	0,56; 21	0,46; 20
	; Ф1	— —	0,59; 20	0,49; 19	0,40; 18

Таблица 3.9. Нормативные значения модуля деформации
Е, МПа, моренных глинистых грунтов

Граница теку- чести иу , %	е				
	0,30	0,35	0,40	0,45	0,50
17	37	31	25	18	12
19	38	32	25	19	13
21	38	32	26	20	13
23	39	33	26	20	14
25	39	33	27	21	14
27	40	34	27	21	15
лать вывод о применимости рассматриваемых уравнении для
прогноза прочностных характеристик моренных и озерно-лед-
никовых образований.

Уравнения, отобранные для составления таблиц, приведе-
ны в табл. 3.7.

Результатом проведенных исследований являются регио-
нальные таблицы нормативных и расчетных характеристик
моренных глинистых и озерно-ледниковых пылевато-глини-
стых грунтов Белоруссии (табл. 3.8—3.11).

Логический анализ полученных зависимостей, характери-
зующих изменения в состоянии рассматриваемой системы,
приводит к предположению о возможности применения «обоб-
щенной» методики нахождения связей между отдельными
группами величин и соединения переменных в «обобщенные»
величины строго определенного вида, который согласуется
с природой рассматриваемого процесса [102].

Своеобразие метода обобщенного исследования процес-
сов, предложенного Э. В. Елисеевым в 1971 г., состоит в том,
что путем упрощения в самих функционирующих системах
в них устанавливается уменьшенное количество независимых
переменных, т. е. свойства самой сложной системы (без по-

Таблица 3.10. Нормативные и расчетные значения удельного
сцепления с, 105 Па, озерно-ледниковых пылевато-глинистых грунтов

Показатель текучести	Характеристи- ка грунтов	е						
		0.40	0.50	0,60	0.70	| 0,80	0,90	1.00
	сп	1,07	1,00	0,94	0,88	0,82	0,76	0,71
—0,25	СИ	0,96	0,90	0,84	0,79	0,73	0,69	0,64
	С1	0,91	0,85	0,79	0,74	0,69	0,64	0,60
	сп	0,74	0,69	0,65	0,60	0,56	0,53	0,49
0,00	си	0,66	0,62	0,58	0,54	0,51	0,47	0,44
	С1	0,62	0,58	0,54	0,54	0,47	0,44	0,41
	сп	0,51	0,48	0,44	0,42	0,39	0,36	0,34
0,25	СП	0,46	0,43	0,40	0,37	0,35	0,33	0,30
	С1	0,43	0,40	0,37	0,35	0,33	0,31	0,28
	сп	0,35	0,33	0,31	0,29	0,27	0,25	0,23
0,50	С11	0,31	0,29	0,27	0,26	0,24	0,22	0,21
	С1	0,29	0,28	0,26	0,24	0,22	0,21	0,20
	сп	0,24	0,23	0,21	0,20	—	—	—
0,75	С11	0,22	0,20	0,19	0,18	—	—	—
	С1	0,20	0,19	0,18	0,17	—		—
тери ее целостности при разделении на подсистемы) позво-
ляют рассматривать ее как более простую. Такой обобщен-
ной величиной, как показывают наши исследования, могут
служить параметры зондирования, которые являются слож-
ной функцией многих физических и механических свойств
грунтов, таких, как природная влажность, плотность, степень
водонасыщения, структурная прочность и др. Применение

Таблица 3.11. Нормативные и расчетные значения угла
внутреннего трения <р, град, озерно-ледниковых
пылевато-глинистых грунтов

Граница теку- чести , %	Характери- стика грунтов	Коэффициент пористости е			
		0,40	0,60	0,80	1,00
	Фп	21	21	21	—
30	Фп	19	19	19	—
	Ф]	18	18	18	—
	фп	17	17	17	17
40	Фп	15	15	15	15
	Ф1	14	14	14	14
	Фп	13	13	13	13
50	Фп	11	11	11	11
	Ф1	10	10	10	10
	фп	—	9	9	9
60	Фп	. —	7	7	7
	Ф1	—	6	6	6

зондирования позволяет с определенной степенью досто-
верности комплексно учесть все перечисленные факторы (см.
главу 4).

3.3.	Прогноз прочностных и деформационных характеристик
моренных грунтов при изменении их влажности

Промышленное и гражданское строительство вызывает
существенные изменения геологической среды, в том числе
состояния и физико-механических свойств грунтов. В процес-
се застройки территории нарушается естественный влажност-
ный режим моренных глинистых грунтов, попадающих в сфе-
ру техногенного воздействия. Изменение водного режима
проявляется главным образом в увлажнении массивов гор-
ных пород, приводящем к ухудшению физико-механических
свойств грунтов.
Таблица 3.12. Зависимости механических характеристик и прогнозной
влажности моренных грунтов от природной влажности

Число опреде- лений (в скоб- ках—степень влажности 5Г)	Природная влажность, в пределах которой полу- чены уравне- ния регрессии	Уравнения регрессии	Коэф- фици- ент корре- ляции	Среднее квадрати- ческое отклонение	Стан- дарт- ная ошибка прогно- за
80 (0,4—1,0)	8,04-15,1	1е.Е = 2,190—0,080 V)	0,51	0,260	0,228
300(0,4—1,0)	7,14-14,7	1ес = 0,096—0,064 ОУ	0,49	0,220	0,191
300(0,4—1,0)	7,14-15,7	16 ф = 1,584—0,012ьу	0,37	0,050	0,048
24(0,4—0,5)	7,2+10,8	= 1,719о>—0,970	0,78	1,810	1,165
37(0,6—0,7)	8,2+13,1	и;п= 1,043^+2,373	0,72	1,710	1,203
64(0,8—0,9)	8,4+16,9	о>п = 0,965иЦ-2,017	0,88	2,090	1,013

В инженерной геологии сложилось устойчивое представ-
ление о том, что моренные грунты, как правило, водонасы-
щенны и настолько уплотнены, что их механические свойства
не зависят от изменения влажности. Ниже будет показано,
что для определенных разновидностей морен такие предпо-
ложения подтверждаются лишь частично [14].

Объектом наших исследований служили моренные супеси
и суглинки отложений конечных морен Солигорска, Бобруй-
ска, а также приповерхностные горизонты днепровской мо-
рены в Гомеле. Характерными свойствами этих грунтов явля-
ются низкая степень влажности и повышенная пористость.
Так, из 540 изученных проб в 270 степень влажности 5Г со-
ставляла 0,4—0,7. В работе [127] указано, что при проекти-
ровании оснований, сложенных не полностью водонасыщен-
ными (5г<0,8) глинистыми грунтами, следует учитывать
возможность снижения их прочностных и деформационных
характеристик вследствие повышения влажности грунтов в
процессе строительства и эксплуатации.

Прогноз изменения физико-механических свойств морен-
ных глинистых грунтов в связи с повышением их влажности
выполнялся в два этапа. Вначале проводился так называе-
мый оперативный прогноз, рассчитанный на перспективу, на
протяжении которой не ожидается существенных и качествен-
ных изменений объекта исследования [115]. Одним из наи-
более распространенных способов получения таких прогно-
зов является корреляционно-регрессионный анализ, позволя-
ющий построить адекватные регрессионные модели для
прогнозирования с помощью метода наименьших квадратов.
При корреляционном анализе исследовались зависимости
модуля деформации (Е, МПа), удельного сцепления (с,
105 Па) и угла внутреннего трения (ср, град) от природной
влажности (ш, %). В результате статистического анализа
физико-механических характеристик моренных грунтов было
установлено, что распределение показателя ау не противоре-
чит нормальному закону, в то время как распределение по-
казателей с, ср и Е хорошо аппроксимируется логарифмически
нормальным законом. Простейшими зависимостями, которые
отвечают этим типам распределений, являются линейные за-
висимости, прогнозирующие логарифм механической харак-
теристики по физической.

Полученные уравнения регрессии приведены в табл. 3.12.
Критические значения парных коэффициентов корреляции
при уровне значимости а=5% и числе определений 80 и 300
составляют соответственно 0,22 и 0,11 [65]; исследованные
зависимости достоверные. При этом точность косвенной оцен-
ки прогнозируемых показателей достаточно высока. Отметим,
что в работах [67, 168] для моренных грунтов с 5г>>0,8 (во-
донасыщенных) получены существенно более низкие коэф-
фициенты корреляции для зависимостей механических харак-
теристик от влажности.

На втором этапе исследований выполнялся краткосроч-
ный прогноз, направленный на уточнение оперативного про-
гноза, полученного расчетным методом, и оценку количествен-
ных изменений объекта исследования на перспективу [115].
Такой прогноз основывался на экспериментальном модели-
ровании воздействия воды на грунт в условиях, максимально
приближенных к ожидаемым при эксплуатации сооружений.
Было выполнено параллельно по 65 сдвигов и по 4 компрес-
сионных испытания при естественной влажности и в условиях
полного водонасыщения в соответствии с ГОСТ 12248-78
[39] и ГОСТ 23908-79 [40]. Сдвиги производились по методу
консолидированного среза при нормальных давлениях 1, 2,
3-105 Па, сжимаемость определялась в интервале удельных

Таблица 3.13. Сопоставление прочностных характеристик моренных
грунтов, полученных лабораторным методом и вычисленных
по уравнениям регрессии

Степень влажности	Соотношение природной и прогнозной влажности	Удельное сцепление		Угол внутреннего трения	
		по лаборатор- ным данным	по уравнению регрессии	по лаборатор- ным данным	по уравнению регрессии
ла л с:	8,80	0,21	0,34	28	30
V, 	1), О	-		-		
	14,25	0,13	0,15	28	26
ЛА Л 7	9,91	0,26	0,29	31	29
и,о—и, /		—			
	12,72	0,21	0,19	29	27
0,8—0,9	10,94	0,25	0,25	31	28
		— -			
	12,57	0,20	0,20	31	27
нагрузок 1—2, 2—3, 3—4-Ю5 Па. При испытаниях в условиях
полного водонасыщения определялась природная влажность
грунтов и влажность их после насыщения (прогнозная), что
позволило сформировать три выборочные совокупности при
фиксированных значениях степени влажности (0,4—0,5; 0,6—
0,7; 0,8—0,9), в пределах которых параметры корреляцион-
ных зависимостей статистически устойчивые. Уравнения свя-
зи между прогнозной (гип) и естественной влажностью (ш)
приведены в табл. 3.12. Как видно из таблицы, уравнения
регрессии дают достаточно надежное качество прогноза из-
менения влажности в процессе строительства и эксплуатации
в зависимости от изначального значения природной влаж-
ности.

В табл. 3.13 приведены значения с и ср, полученные по ре-
зультатам сдвиговых испытаний при естественной влажности
(числитель) и в условиях полного водонасыщения (знамена-
тель), а также значения с и ср, вычисленные по уравнениям
регрессии, приведенным в табл. 3.12, при средних значениях
естественной влажности (числитель) и прогнозной (знамена-
тель) .

Из таблицы видно, что наиболее значительное уменьше-
ние прочностных характеристик моренных грунтов происхо-
дит в диапазонах изменения степени влажности 0,4—0,5 и
0,6—0,7, причем больше реагирует на изменение влажности
удельное сцепление. При полном водонасыщении (Зг= 1) при
испытаниях под водой существенного уменьшения прочност-
ных и деформационных характеристик не установлено. Оче-
видно также, что уравнения регрессии, приведенные в табл.
3.12, дают, как правило, хорошее качество прогноза прочно-
стных характеристик, особенно удельного сцепления.

По результатам компрессионных испытаний и уравнения
регрессии Е по ау можно рекомендовать для практического
использования ориентировочные значения коэффициента сни-
жения модуля деформации Кы, представляющего собой отно-
шение Е при природной влажности к Е при прогнозной (при
испытаниях в условиях полного водонасыщения):

при 5Г = 0,4 — 0,5 К® = 1,7 — 2,7,

при 5Г = 0,6 —0,7 К*=1,4—1,6,

при 5Г = 0,8 —0,9 К* =1,2—1,3.

Км увеличивается при повышении влажности и удельны х нагру
зок на грунт.

Полученные результаты дают возможность выполнять на
ранних стадиях исследований (инженерно-геологическая ре-
когносцировка и съемка) краткосрочные прогнозы изменения
влажности грунтов и в свою очередь давать прогнозные зна-
чения с, ср и Е с учетом изменения влажности в процессе
строительства и эксплуатации, что имеет важное практиче-
ское значение для инженерных изысканий в строитель-
стве.

При инженерно-геологической разведке должно произво-
диться уточнение расчетных прогнозов механических свойств
грунтов стандартными методами. Для долгосрочных прогно-
зов нужна оценка не только количественных, но и преимуще-
ственно качественных изменений объекта исследования, од-
нако этот вопрос требует особого рассмотрения.
Глава 4

ПРОГНОЗ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ
ПО ДАННЫМ ЗОНДИРОВАНИЯ

4.1.	Сопоставление результатов статического
и динамического зондирования грунтов

При инженерно-геологических исследованиях для изуче-
ния физико-механических свойств грунтов широко использу-
ются косвенные методы, как лабораторные, так и полевые.
Среди косвенных полевых методов испытаний грунтов в усло-
виях их естественного залегания наиболее перспективными
являются статическое и динамическое зондирование. Благо-
даря своей простоте, небольшим затратам времени на произ-
водство работ и невысокой их стоимости зондировочные испы-
тания могут выполняться в большом объеме с распределением
точек наблюдений по всей строительной площадке, что осо-
бенно важно, когда последняя имеет сложное и изменчивое
строение.

С позиций механики грунтов лучше разработана теория
метода статического зондирования, так как погружение зон-
да вдавливанием в наименьшей степени нарушает природное
сложение грунта и такой процесс может быть описан матема-
тически [158].

С точки зрения техники проведения испытаний динамиче-
ское зондирование имеет несомненное преимущество перед
статическим, так как забивку наконечника осуществить на-
много проще, чем его вдавливание. К числу преимуществ ди-
намического зондирования относится и более широкий диа-
пазон применения в различных грунтовых условиях, в част-
ности, возможность использования его для исследования
плотных песков и прочных глинистых грунтов, где статиче-
ское зондирование неэффективно. Однако при забивке зонда
в грунт происходят сложные процессы, которые в настоящее
время мало изучены и поэтому для расшифровки результа-
тов динамического зондирования нет теоретических решений,
подобных статическому [158].

Повышение достоверности характеристик, получаемых
различными методами зондирования, может быть достигнуто
как путем установления корреляционных зависимостей меж-
ду параметрами зондирования, так и изучением их взаимо-
связи с физико-механическими характеристиками грунтов за
счет накопления и статистической обработки результатов па-
раллельных испытаний грунтов разными видами зондирова-
ния и эталонными методами. Представляют большой интерес
попытки установить связь между показателями статического
(удельное сопротивление под наконечником зонда <?3) и ди-
намического (условное динамическое сопротивление Рд) зон-
дирования. Выявление корреляционных зависимостей между
параметрами д3 и Рд позволило бы в ряде случаев заменить
трудоемкое статическое зондирование менее сложным и бо-
лее производительным динамическим зондированием.

За последние годы проведены исследования по сопостав-
лению результатов статического и динамического зондирова-
ния [48, 116, 126, 158]. Так, например, В. Ф. Разореновым
показано, что при сравнительно небольшой глубине погруже-
ния наконечника (до 10 м) между средними значениями
удельного сопротивления пенетрации и показателями дина-
мического зондирования существует линейная зависимость
[116]. Аналогичная связь установлена А. Я- Рубинштейном
между условным динамическим сопротивлением и удельным
сопротивлением грунта под наконечником зонда [126].

Как показывает опыт работы изыскательских организаций,
в том числе БелГИИЗа, для аллювиальных, флювиогляциаль-
ных песчаных и моренных глинистых грунтов между парамет-
рами статического и динамического зондирования в опреде-
ленных инженерно-геологических условиях могут быть уста-
новлены достаточно надежные корреляционные зависимости
(табл. 4.1). Это обстоятельство отражено, по нашему мне-
нию, в СН 448-72 при оценке плотности сложения песчаных
грунтов зондированием, где переходный коэффициент от д3
к Рд, зависящий от грансостава и плотности грунтов, состав-
ляет в среднем 0,71—0,87, и в РСН 27-78 [55] при оценке
прочности глинистых моренных грунтов по величине сопро-
тивления погружению конуса (д3— при статическом и Рд —
динамическом), где ^3=0,85Рд.

Вместе с тем в ряде случаев отмечаются расхождения в
оценке плотности сложения песчаных и прочности глинистых
грунтов Цо данным статического и динамического зондирова-
ния, что предопределяет необходимость дифференцирован-

Таблица 4.1. Связь между и Рд

Генетический тип	Уравнение регрессии	п	с	5	г
Флювиогл яциал ьные пески  Моренные супеси и суглинки	<73 = 0,959Рд 4-1,863  93 = 0,945Рд — 0,808	143  160	4,180  3,010	3,003  1,855	0,70  0,79
ного подхода к методике проведения исследований и интер-
претации их результатов в каждом конкретном случае.

Причины расхождения в оценке плотности сложения пес-
ков подробно рассмотрены И. В. Дудлером [48]. Нами про-
ведены исследования по сопоставлению результатов зондиро-
вания в связных моренных грунтах. Изучение физико-меха-
нических свойств моренных грунтов комплексом полевых

?3.МПа

0	2	4	6	8

I I I I I I I Т1

Р,.МПа	Ясж.МПа Е,МПа т1Л>.Ю5Па

глинистых

РС|р,105Па и,%	№ ь%	е	частиц,%

0,050.1 0,2	10 1214 16 16 18 200,3 0,4 0.510 15 20

I I ~Г I 1 III 111 I Г~1 Г~1 | | 111 I I I I "I

Рис. 4.1. Изменение по глубине удельного сопротивления грунта под нако-
нечником зонда уз, условного динамического сопротивления Рд, предела
прочности #сж, модуля деформации Е, сопротивления сдвигу т^о, структур-
ной прочности Рстр, природной влажности границы текучести коэф-
фициента пористости е и содержания глинистых частиц: 1 — график стати-
ческого, 2 — динамического зондирования. Ост. усл. обозн. см на рис. 2.1
114
методов показало, что в оценке прочности водонасыщенных
глинистых грунтов статическим и динамическим зондирова-
нием имеются существенные расхождения. Удельное сопро-
тивление под наконечником зонда (д3) в 1,5—10 раз ниже,
чем условное динамическое сопротивление грунта (РД). В со-
ответствии с вертикальной зональностью морен [55] значе-
ние а в уравнении Рд=ад3 составляет: в верхней зоне (ВЗ) —
1,5—2, переходной (ПЗ)—2—3 и в нижней (НЗ)—4—10.
Наибольшее различие наблюдается в НЗ, не затронутой про-
цессами гипергенеза.

Для выяснения причин расхождения на типовых (ключе-
вых) участках, сложенных мореной поозерского (Витебск)
и сожского (Слуцк) горизонтов, изучены физико-механиче-
ские свойства грунтов полевыми и лабораторными методами
(статическое и динамическое зондирование, штампы, лабо-
раторные определения грансостава, физических свойств, со-
противления срезу, структурной прочности и предела проч-
ности грунтов при одноосном сжатии). Динамическое зонди-
рование выполнено по ГОСТ 19912-81 [41]. Статическое зон-
дирование проводилось по двум методикам: по ГОСТ 20069-81
[42] и со стабилизацией («отдыхом») в течение 15 мин с
интервалом 2 м (2, 4, 6 м). В аналогичных инженерно-геоло-
гических условиях выполнены испытания свай в соответствии
с ГОСТ 5686-78 [131].

Типичный разрез ключевого участка представлен на рис.
4.1. Здесь же показано изменение с глубиной сопротивления
статическому и динамическому зондированию, а также фи-
зико-механических свойств моренных грунтов. Фактическое
сопротивление моренных грунтов в данных условиях отра-
жает динамическое зондирование. Повышение динамическо-
го сопротивления с глубиной подтверждается увеличением по
направлению от ВЗ к НЗ модуля деформации от 10 до
34 МПа и временного сопротивления образцов одноосному
сжатию (0,41—0,68)-105 Па в ВЗ и (2,09—2,16) • 105 Па в
НЗ. Динамические и статические испытания свай, погружен-
ных в связные моренные грунты с Рд>8 МПа, показали хо-
рошую несущую способность этих грунтов (Ф=460—520 кН).
При статическом зондировании со стабилизацией наблюда-
ется увеличение д3 с 3 до 6 МПа на глубине 2 м, с 5 до 11 МПа
на глубине 4 м и до 2—4 МПа на глубине 6 м. Наблюдаемые
несоответствия в значениях показателей зондирования свя-
заны главным образом с различием физических процессов,
происходящих при вдавливании зонда в грунт и при его за-
бивке [17].

Принимая во внимание, что для интерпретации результа-
тов статического зондирования В. И. Ферронским [158] обос-
новано применение методов теории упругости (погружение
полусферического зонда в бесконечно упругую среду), рас-
смотрим изменение д3 и Рд с глубиной с позиций устойчи-
вости форм равновесия упругих систем [109]. В данном слу-
чае состояние упругой системы можно определить двумя
параметрами — характерным перемещением зонда (V) и пара-
метром нагрузки (Р). Разнообразие свойств механических
систем и кривых Р—V обусловливает применение различных
методов определения критических состояний, когда при моно-
тонном возрастании параметр нагрузки достигает критиче-

Количество циклов

Рис. 4.2. Схема деформации грун-
та при циклическом приложении
нагрузки в зависимости от удель-
ного давления под штампом: 1,
2 — стабилизация деформации
Грунта (1 — Р1<РПред, 2 —Р2<
<РпРед); 5, 4 — незатухающие или
длительно незатухающие деформа-
ции Грунта (3 — Р3 = Рпред, 4 —
Р4>Рпред);	5 — прогрессирующие

деформации грунта (Р5>РКр)

ского значения (Ркр), происходит потеря устойчивости сис-
темы (строго говоря, «потеря равновесия») и переход в но-
вое состояние ^ равновесия [109]. Для этой цели служат
статический и динамический методы.

При статическом зондировании происходит потеря устой-
чивости вследствие исчезновения устойчивых форм равнове-
сия. Это особый вид потери устойчивости, когда при некото-
рой нагрузке упругая система вообще перестает обладать
устойчивыми формами равновесия и при Р2>РКр переходит
от покоя к движению. При статической постановке задачи
критическое значение силы

Ркр = л2Е7/4/2,	(а)

где Е — модуль деформации, I — момент инерции площади,
I — мощность упруго-уплотненного ядра под наконечником
зонда. Для динамического исследования устойчивости равно-
весного состояния механической системы изучают ее движе-
ние, начинающееся после некоторого начального возмущения;
по свойствам этого возмущенного движения можно судить
об устойчивости или неустойчивости равновесия. Если воз-
мущенное движение происходит в виде колебаний с возрас-
тающими амплитудами (до Ркр), то равновесие системы не-
устойчиво. Критическая сила определяется выражением

Ркр = 20,05-^-.	(б)

Она приблизительно в восемь раз больше силы, определяе-
мой выражением (а).

С учетом изложенных положений устойчивости упругих
систем рассмотрим известную схему деформации однородно-
го связного грунта при циклическом загружении (рис. 4.2)
1И6].

Процесс погружения зонда в связный грунт под действием
статической нагрузки или последовательно возрастающего
количества ударов молота аналогичен хорошо изученным
особенностям деформации связного грунта при циклическом
приложении нагрузки к штампу ограниченной площади. При
действии нагрузок Р\ и Р2, меньших предельной величины
^пред, система будет находиться в состоянии устойчивого рав-
новесия, при котором последующее возрастание числа циклов
нагрузки не увеличивает деформации грунта, т. е. прираще-
ние деформации стремится к нулю (кривые 1 и 2). Если же
циклическая нагрузка достигает предельной величины, то
вследствие развития сдвигов в грунте возникает нестабили-
зированное состояние системы и с каждым последующим
циклом нагрузки суммарная деформация грунта возрастает,
а приращение деформации от одного цикла становится по-
стоянной величиной (кривая 3). При последующем увеличе-
нии нагрузки выше предельной происходит дальнейший рост
приращения деформаций, причем величина приращения де-
формаций от одного цикла в широком диапазоне циклов за-
гружения остается постоянной (кривая 4). Наконец, при до-
стижении критической величины нагрузки грунт полностью
разрушается (выпирание) и упругая система переходит в
состояние неустойчивого равновесия. В этих условиях при-
ращение деформаций грунта от каждого последующего цик-
ла непрерывно возрастает (кривая 5).

Учитывая различные критические значения сил (форму-
лы (а) и (б)), при которых происходит потеря устойчивости
системы, можно заключить, что при статическом погружении
Ркр будет достигнуто раньше, чем при динамическом воздей-
ствии, и упругая система переходит в новое равновесное со-
стояние с низкими и практически неизмененными по глубине
значениями удельного сопротивления (кривые 4 и 5). При
динамическом зондировании в данных условиях значение
Ркр не достигнуто и система находится в устойчивом состоя-
нии (кривые 1, 2 и 3).

Быстрому достижению критической силы при статическом
зондировании способствует появление вокруг зонда избыточ-
ного давления в поровой воде, вызывающего фильтрацию как
в горизонтальном, так и в вертикальном направлении [5,
146], и, как следствие этого, возникновение нестабилизиро-
ванного состояния и уменьшение касательных напряжений,
обусловливающих снижение величины удельного сопротивле'
ния грунта под наконечником (д3) и на участке боковой по-
верхности зонда ((з)- Уменьшению д3 и (3 способствует по-
вышение с глубиной влажности грунта (от 11,1 до 17,3%),
границы текучести (от 16,5 до 30%) и содержания глинистой
фракции (от 5 до 21,9%). В то же время сопротивление грун-
та сдвигу и структурная прочность по глубине изменяются,
незакономерно оставаясь практически постоянными (см.
рис. 4.1). При динамическом зондировании за время между
ударами молота гидростатическое давление рассеивается и
на сопротивление грунта заметного влияния не оказывает.
Исследования показали, что появление нестабилизированно-
го состояния за счет образования избыточного давления в
поровой воде можно исключить при ступенчатом приложении
нагрузки, т. е. выполняя статическое зондирование со стаби-
лизацией.

Продолжительность стабилизации зависит от влажности
грунтов и глубины зондирования. С повышением степени
влажности будет увеличиваться поровое давление воды, а с
глубиной наряду с возрастанием гидростатического давления
в известной мере уменьшается значение критической
силы (см. формулы (а) и (б)). Конкретные сроки «отдыха»
для грунтов с определенной влажностью и при различных
глубинах зондирования предстоит уточнить в дальнейшем по
мере накопления экспериментального фактического мате-
риала.

4.2.	Определение плотности сложения песчаных грунтов

Рассмотрим некоторые аспекты применения статического
и динамического зондирования для определения плотности
сложения флювиогляциальных и аллювиальных песчаных
грунтов.

Плотность сложения песков в зависимости от их грануло-
метрического состава оценивается в соответствии с ГОСТ-
25100-82 [43] и СН 448-72 [157] по коэффициенту пористости,

Рис. 4.3. Зависимость коэффициен-
та пористости песков от удельного
сопротивления грунта под конусом
зонда: 1 — по [157] и [43]; 2 —
по рекомендуемой формуле. Точка-
ми обозначены граничные значе-
ния е и д3 по [157] и [43]
определенному в лабораторных условиях по образцам нена-
рушенного сложения, или по значениям д3 и Рд. Если по при-
нятым [43, 157] граничным значениям е, д3 и Рд провести
прямые для оценки е по д3 и Рд, то линии пересекаются, т. е.
взаимосвязь е и д3, даже в песках средней плотности долж-
на описываться нелинейной функцией.

По приведенным [43, 157] граничным значениям вели-
чин е, д3 и Рд подбираем общие зависимости е=}(д3) и е=

Рис. 4.4. Зависимость коэффициен-
та пористости песков от условного
динамического сопротивления. Усл.
обозн. см. на рис. 4.3

=/(Рд) для песков без учета их состава. Они имеют вид
у=а\%х+Ь, где в качестве зависимой переменной у принята
е, независимой х—д3 и Рд:

е = 0,918 — 0,3141б^3,	(4.1)

е = 0,892 — 0,3111^ Рд.	(4.2)

Эмпирические коэффициенты корреляции п=0,96 и г2=
= 0,98, средние квадратические отклонения О1 = 0,026 и о2=
= 0,015, что указывает на тесную связь этих параметров.
Граничные значения е, д3 и Рд [43, 157] практически во всех
случаях соответствуют полученным по (4.1) и (4.2) (рис.
4.3 и 4.4). Вид песков по гранулометрическому составу незна-
чительно влияет на величину коэффициента пористости, по-
лученную по (4.1) и (4.2).

Для установления корреляционной связи между сопро-
тивлением зондированию и плотностью сложения песков в
условиях их естественного залегания обобщены данные лабо-
раторных определений коэффициента пористости и выполнен-

Таблица 4.2. Связь между коэффициентом пористости аллювиальных
и флювиогляциальных песков и параметрами зондирования

Уравнение регрессии	Число оп- ределений	Среднее квадратиче- ское отклонение	Стандартная ошибка прогноза	Коэффициент корреляции
е = 0,800—0,2211& Рд	195	0,07	0,052	0,71
е = 0,765—0,1851& д3	171	0,07	0,046	0,74
ных параллельно статического и динамического зондирова-
ния [92]. Зависимости е от д3 и Рд приведены в табл. 4.2.

С целью определения влияния вида песков на' качество
прогноза по уравнениям регрессии, приведенным в табл. 4.2,
выполнено сравнение средних теоретических значений коэф-
фициентов пористости и экспериментальных раздельно по
номенклатурным видам песков (табл. 4.3).

Из табл. 4.3 видно, что гранулометрический состав песков
несущественно влияет на точность и достоверность прогно-
зирования коэффициента пористости по результатам зондиро-
вания, и его можно не учитывать.

В табл. 4.4 приведены граничные значения е, д3 и Рд, при-
нятые по ГОСТ 25100-82, СН 448-72, которые вычислены по
уравнениям, приведенным в табл. 4.2, и рекомендуются для
практического использования с учетом погрешности измере-
ния д3 и Рд, равной 0,5 МПа.

Как видно из таблицы, классификация песчаных грунтов
по плотности сложения в зависимости от результатов зонди-
рования, приведенная в ГОСТ 25100-82, не универсальна
для любых инженерно-геологических условий и должна учи-
тывать региональные особенности грунтов. На представлен-
ных данных основаны классификации песчаных грунтов по
плотности сложения, принятые в республиканских строитель-
ных нормах РСН 23-85 [141] и РСН 62-87 [47].

Таблица 4.3. Отношения средних теоретических значений
коэффициента пористости к экспериментальным

Пески	Число определений	|		Отношение	
	по е=Г (<73)	по е=г (Рд)	по е=Г (?3)	по е=/ (Рд)
Пылеватые	5	19	0,998	0,996
Мелкие	17	55	1,021	0,985
Средней крупности	119	96	0,995	0,998
Крупные	30	25	1,007	1,033

Таблица 4.4. Значения сопротивлений зондирования для граничных
значений плотности сложения песков по коэффициенту пористости

Коэффициент пористости е	Удельное сопротивление грунта под конусом зонда д3, МПа			Условное динамическое сопротив- ление грунта погружению зонда Рд, МПа		
	по  СН 448-72	по уравне- нию в табл. 4.2	принято	по  СН 448-72	по уравне- нию в табл. 4.2	принято
0,80	2,0—3,0	0,7	1,2	2,0	1,0	1,5
0,75	4,0	1,2	1,7	3,0	1,7	2,2
0,70	5,0	2,3	2,8	3,5	2,8	3,3
0,60	7,0—12,0	7,8	8,3	8,5-11,0	8,0	8,5
0,55	15,0	14,5	15,0	12,5	13,5	14,0
Таблица 4.5. Значения коэффициента пористости песков в зависимости
от удельного сопротивления грунтов под наконечником зонда

<73, МПа е	1  0,82	2  0,73	3  0,69	5  0,64	10  0,58	15  0,53	20  0,51	30  0,49	40  0,47	50  0,45

Таблица 4.6. Классификация песчаных грунтов по плотности
сложения в зависимости от </3, МПа

Пески	Плотность сложения песков		
	плотные	средней плотности	рыхлые
Крупные и средней крупности	более 15,0	от 15,0 до 2,8	менее 2,8
Мелкие	более 8,3	от 8,3 до 1,7	менее 1,7
Пылеватые	более 8,3	от 8,3 до 1,2	менее 1,2

В соответствии с РСН 23-85 коэффициент пористости е
песчаных грунтов (независимо от гранулометрического со-
става), соответствующий удельному сопротивлению грунта
под конусом зонда допускается определять по табл. 4.5.

По удельному сопротивлению грунта под конусом зонда

д3 песчаные грунты по плотности сложения подразделяются
на плотные, средней плотности и рыхлые (табл. 4.6).

В республиканских строительных нормах на динамическое
зондирование грунтов РСН 62-87 [47] коэффициент пори-

стости е песчаных грунтов независимо от гранулометрическо-
го состава (кроме пылеватых водонасыщенных), соответ-

ствующий условному динамическому сопротивлению грунта
Рд, допускается принимать по табл. 4.7.

В соответствии с РСН 62-87 в зависимости от условного
динамического сопротивления Рд песчаные грунты по плот-
ности сложения подразделяются на плотные, средней плот-
ности и рыхлые (табл. 4.8).

Анализ кривой 2 на рис. 4.3 и 4.4 показывает, что зависи-
мости е от д3 и Рд в различных диапазонах изменения е, д3 и
Рд имеют разные угловые

коэффициенты, причем ма-
ксимальные их значения
приурочены к области
низких сопротивлений.

Рис. 4.5. Зависимость переход-
ного коэффициента от сопротив-
ления зондированию
Таблица 4.7. Значения коэффициента пористости песков в зависимости
от условного динамического сопротивления

Рд, МПа	1	2	3	5	10	15	17,5
е	0,87	0,76	0,71	0,66	0,58	0,54	0,53

Таблица 4.8. Классификация песчаных грунтов по плотности
сложения в зависимости от Рд, МПа

Пески	Плотность сложения песков		
	плотные	средней плотности	рыхлые
Крупные и средней крупности  Мелкие  Пылеватые неводона- сыщенные	более 14,0 более 8,5  более 8,5	от 14,0 до 3,3 от 8,5 до 2,2  от 8,5 до 1,5	менее 3,3 менее 2,2  менее 1,5

Запишем уравнение для определения е по <?3, приведен-
ное в табл. 4.2 в общем виде: е=кд3, где к — переходный
коэффициент. Из рис. 4.5 видно, что значения к в диапазоне
низких сопротивлений зондированию существенно зависят от
величины д3. Формы кривых на рис. 4.3 (2) и 4.5, а также
характер их изменения с увеличением д3 отображают в из-
вестной мере взаимоотношения между плотностью сложения
песков и их прочностью, обусловленной структурно-текстурны-
ми особенностями грунтов, отраженными зондированием. Ана-
логична форма кривой к=((РД) и для зависимости е={(РД).

До значений ^3=4 МПа, соответствующих экстремаль-
ным значениям кривизны кривых, прочность песков обуслов-
ливается в основном плотностью их сложения. Это рыхлые
пески со слабыми структурными связями, легко разрушаю-
щимися при статических и динамических нагрузках. При
д3>4 МПа на взаимосвязь е и д3 начинает воздействовать
цементация между частицами и другие факторы, которые
обусловливают прочностное и деформационное поведение пес-
ков [108]. Влияние этих факторов возрастает до значений
д3= 10—12 МПа. В дальнейшем прочность песков зависит
главным образом от характера и прочности структурных свя-
зей и незначительно от е. Само же значение е при изменении
д3 от 12 до 30 МПа меняется в пределах среднеквадратиче-
ского отклонения и стандартной ошибки прогноза.

4.3.	Определение показателя консистенции
глинистых грунтов

Результаты статического зондирования в современной
практике инженерно-геологических исследований широко
применяются для оценки физико-механических свойств грун-
тов, в том числе их консистенции. Ю. Г. Трофименковым
[153] по результатам 207 экспериментов в аллювиальных,
флювиогляциальных и моренных суглинках и глинах при
зондировании установками С-979 с зондом типа I по ГОСТ
20069-81 установлена корреляционная зависимость показате-
ля консистенции (1Ь) от удельного сопротивления грунта под
конусом зонда (д3):

= 0,65 — 0,13^.	(4.3)

Зависимость (4.3) часто используется изыскательскими
организациями. Вместе с тем, как показывают результаты

Рис. 4.6. Зависимость показателя консистенции от удельного сопротивления
грунта под конусом зонда: / — значения /г по каждому интервалу д3 и [3;

2 — значения /г, осредненные по интервалам д3

статистической обработки 282 экспериментальных данных
ЛенТИСИЗа [150], формы и характер зависимости для опре-
деления 1ь по величине д3 могут существенно различаться
(в разных геолого-генетических типах грунтов). Следует от-
метить, что величины д3 для зондов типа I и С-832 имеют
существенное отличие [58, 154], особенно в глинистых грун-
тах, и зависимость (4.3) не может быть использована при
зондировании зондами типа II и III без предварительной
апробации и уточнения.

В БелГИИЗе и ИСиА Госстроя БССР установлена зави-
симость показателя консистенции (текучести) от параметров
статического зондирования д3 и удельного трения на участке
боковой поверхности зонда (3 [91] для зондов типа II и III
в соответствии с ГОСТ 20069-81 [42]. Для этого использова-
ны данные лабораторных определений консистенции и стати-
ческого зондирования в глинистых грунтах ледниковых отло-
жений. Значения #3<0,3 МПа и /з<0,02 МПа вследствие
недостаточной точности определения исключены из расчетов.
Т а б л иц а 4.9. Осредненные значения показателей
д3, по интервалам д3 и /3

		Значения показателей при МПа				Лз	Число опреде- лений		
МПа	Пока- затели	0,02— 0,04	0,04— 0,07	0,07— 0,10	о.ю—  0, 15	>0,15		МПа	
<1,0	Яз	0,63	0,75	0,63	0,90				
	/з	0,028	0,058	0,074	0,117		31	0,69	0,340
	Л.	0,449	0,242	0,313	0,105				
	п	15	И	3	2				
1,0—	Яз	1,24	1,29	1,23	1,29	1,29			
1,5	/з	0,031	0,053	0,081	0,132	0,182	66	1,27	0,220
	Л,	0,281	0,197	0,293	0,268	—0,116			
	п	20	25	11	5	5			
1,5—	Яз	1,85	1,83	1,81	1,78	1,70			
2,0	/з	0,029	0,057	0,087	0,126	0,156	51	1,82	0,138
		0,214	0,130	0,098	0,014	0,00			
	п	12	16	14	7	2			
2,0—	Яз	2,69	2,40	2,46	2,68	2,45			
3,0	/з	0,030	0,059	0,084	0,125	0,202	51	2,53	0,082
	'г	0,123	0,125	0,033	0,106	0,038			
	п	6	13	16	12	4			
3,0—	Яз	3,72	4,15	3,98	4,02	4,00			
5,0	/з	0,032	0,057	0,088	0,123	0,240	,56	13,98	0,037
	'ь	0,173	0,038	0,069	—0,049	—0,116			
	п	10	И	9	9	17			
5,0-	Яз	6,63	6,28	6,76	7,08	7,25			
10,0	/з	0,038	0,054	0,090	0,127	0,267	50	6,98;	—0,054
	'ь	0,000	0,150	0,015	—0,014	—0,121			
	п	4	5	4	9	28			
>10,0	Яз	14,18	—	13,75	18,54	17,43			
	/з	0,034	—	0,099	0,129	0,351	17	16,90	—0,224
		—0,173	—	—0,010	—0,293	—0,213			
	п	3	—	1	4	9			

Выборочная совокупность из 322 экспериментальных дан-
ных была разбита на интервалы по величинам д3 (<1,0;
1,0—1,5; 1,5—2,0; 2,0—3,0; 3,0—5,0; 5,0—10,0 и>10 МПа) и
/, (<0,04; 0,04—0,07; 0,07—0,10; 0,10—0,15 и >0,15 МПа)
и подсчитаны их средние значения для выделенных интерва-
лов (табл. 4.9).

На рис. 4.6 нанесены значения по каждому интервалу
д3 и /3 и осредненные по интервалам д3 (см. табл. 4.9).

Выбор конкретного вида зависимости 1Ь от д3 осуществ-
лялся на основе предварительного анализа точечных корре-
ляционных графиков с последующей аппроксимацией кривы-
ми разного рода и сравнением качества прогноза. По резуль-
татам, приведенным в табл. 4.9, получено уравнение регрес-
сии

л, = -0,384 Ш<73+0,257.	(4.4)

Зависимость (4.4) получена в интервале изменений д3 от
0,30 до 28,9 МПа и имеет следующие статистические пара-
метры: эмпирический коэффициент корреляции г=0,94, сред-
нее квадратическое отклонение о=0,094, выборочное корре-
ляционное отношение т)=0,84. Полученные значения стати-
стических показателей свидетельствуют о тесной связи между
1ь и д3. Сравнение значений показателя текучести 1Ь, рассчи-
танных в зависимости от удельного сопротивления грунта
под конусом зонда д3 по формулам (4.3) и (4.4), приведено
в табл. 4.10. Более низкие значения 1ь, полученные при д3<2
<5 МПа по (4.4) по сравнению с (4.3) для зонда с конусным
наконечником и кожухом (I тип), могут быть объяснены
трением по боковой поверхности кожуха, которое увеличива-
ется с возрастанием пластичности глинистых грунтов.

Уравнение регрессии (4.4) дает наиболее надежные ре-
зультаты в диапазоне изменения д3 от 1 до 10 МПа, что соот-
ветствует глинистым грунтам полутвердой и твердой конси-
стенции. При д3< 1 МПа низкая точность определения 1ь, а
при #з>Ю МПа заметно влияние структурных связей.

Аналогичный вид зависимости имеет место и для опреде-
ления /з, но с существенно более низкими значениями пока-
зателей тесноты связи, что указывает на связь между вели-
чинами (3 и д3. В интервале значений с МПа зависи-
мость (3 от д3 носит линейный характер и по результатам
305 определений принимает следующий вид:

/8 = 0,02163 д3 + 0,0363.	(4.5)

По (4.5) получены статистические параметры: г = 0,79 и
0=0,058. При значениях ^3>10 МПа зависимость (3 от д3 не-
линейная, так как сопротивление грунта погружению зонда
в области высоких сопротивлений определяется в большей
степени характером и прочностью структурных связей и не-

Таблица 4.10. Значения показателя текучести

	<73, МПа									
	о.з	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	10.0	15,0	20,0
По формуле (4.4)	0,46	0,37	0,26	0,14	0,07	0,03	—0,01	—0,13	—0,20	—0,24
По формуле. (4.3)	0,61	0,58	0,52	0,39	0,26	0,13	0,00	—0,65	—	—
значительно зависит от 1Ь. Дальнейшее повышение точности
определения показателя консистенции глинистых грунтов по
данным статического зондирования достигается путем совме-
стного учета сопротивлений д3 и /3, приведенных в табл. 4.9.
Полученные в результате статистического анализа при ис-
пользовании метода последовательных приближений соотно-
шения даны в табл. 4.11.

При определении показателя текучести по табл. 4.11
в зависимости от сопротивлений д3 и }3 среднее квадратиче-
ское отклонение составляет 0,056, т. е. почти в 1,7 раза мень-
ше, чем при применении зависимости (4.4), а корреляционное
отношение возрастает до 0,94.

Таблица 4.11. Значения показателя текучести в зависимости от д3 и [3

*3’ МПа	при /$, МПа					
	0,02	0,04	0,06	0,08	|	0,10	0,12
0,5 1	0,50	0,39	0,33	0,29	0,26	0,23
	0,38	0,29	0,24	0,21	0,18	0,15
2	0,26	0,19	0,15	0,12	0,10	0,08
3	0,19	0,13	0,10	0,07	0,05	0,03
5	0,11	0,06	0,03	0,01	0,00	—0,02
8	0,02	—0,01	—0,04	—0,05	—0,06	—0,07
10	—0,01	—0,05	—0,06	—0,08	—0,09	—0,10
12	—0,04	—0,07	—0,09	—0,10	—0,11	—0,12
15	—0,08	—0,11	—0,12	—0,13	—0,14	—0,14
20	—0,13	—0,15	—0,16	—0,16	—0,17	-0,17

1^ при /3, МПа

'3'  МПа	0,15	0,20	0,30	0,40	0,50
0,5	0,20	0,16						
1	0,13	0,09	—	—	—
2	0,06	0,03	—0,01	—	—
3	0,02	—0,01	—0,05	—0,07	—
5	—0,03	—0,05	—0,08	—0,10	—0,12
8	—0,08	—0,10	—0,12	—0,14	—0,15
10	—0,11	—0,12	—0,14	—0,15	—0,16
12	—0,13	—0,14	—0,15	—0,17	—0,17
15	—0,15	—0,16	—0,17	—0,18	—0,19
20	—0,18	—0,18	—0,19	—0,20	—0,21

4.12. Значения показателя текучести
в зависимости от Рд

Т а б ли ц а

Рд, МПа ‘ь	1 0,54	2  0,32	3  0,22	5  0,11	8,3 0,00	10  —0,04	15  —0,12	17,5  —0,15
Таблица 4.13. Классификация моренных грунтов по прочности
в зависимости от Рд

Грунты	Рд, МПа	|	Грунты	Рд, МПа
Очень прочные  Прочные	более 8,3	|  2,8—8,3	|	Средней прочности Слабые	1,2—2,8 менее 1,2

Таблица 4.14. Классификация пылевато-глинистых грунтов
по прочности в зависимости от д3

Грунты	<73, МПа	Грунты	<73, МПа
Очень прочные	более 10	Средней прочности	1,0—4,6
Прочные	4,6—10	Слабые	менее 1,0

Для моренных супесей и суглинков путем сопоставления
250 параллельных экспериментов по осредненным значениям
условного динамического сопротивления Рд и показателя те-
кучести получена корреляционная зависимость [47]

1Ь = — 0,45 Рд 4-0,40.	(4.6)

В интервале изменений от 0,32 до —0,16 уравнение регрес-
сии характеризуется следующими статистическими парамет-
рами: г=0,90; о=0,06. В соответствии с РСН 62-87 показа-
тель текучести моренных глинистых грунтов /ь (независимо
от их состава) можно определять по табл. 4.12.

С учетом приведенной зависимости глинистые грунты по
значениям условного динамического сопротивления Рд под-
разделяются в соответствии с табл. 4.13 [47].

С учетом зависимости 1ь=((д3) пылевато-глинистые грун-
ты по значению удельного сопротивления грунта под конусом
зонда д3 подразделяются согласно табл. 4.14 [141].

4.4.	Определение прочностных характеристик грунтов

В современной практике инженерно-геологических изыска-
ний широко используются полевые методы исследования фи-
зико-механических свойств грунтов в условиях естественного
залегания статическим и динамическим зондированием. При-
менение этих методов позволяет производить приближенную
количественную оценку физико-механических характеристик
грунтов [41, 157, 158]. Вместе с тем отсутствуют обоснован-
ные рекомендации по использованию результатов зондирова-
ния для определения прочностных характеристик глинистых
грунтов. Нет корректных аналитических решений, устанав-
ливающих непосредственную функциональную зависимость
параметров зондирования от характеристик сдвига. Вопрос
об интерпретации результатов зондирования относительно
прочностных характеристик практически остается открытым.

Недостаточно разработаны теоретические основы методов
зондирования, вследствие чего они в значительной степени
базируются на установлении корреляционных зависимостей
между лабораторными данными и показателями зондирова-
ния, получаемыми полевыми методами.

Существуют немногочисленные зависимости, устанавли-
вающие взаимосвязь параметров сдвига с показателями зон-
дирования [5, 10, 153, 158]. Однако корреляционные зависи-
мости для одних и тех же показателей существенно разли-
чаются для разных по составу и строению пород. Это сни-
жает достоверность интерпретации данных зондирования и
требует определения прочностных характеристик прямыми
стандартными методами (лабораторными и полевыми).

Автором исследована зависимость прочностных характе-
ристик отложений ледникового комплекса — удельного сцеп-
ления с и угла внутреннего трения <р от параметров зондиро-
вания: удельного сопротивления под наконечником зонда
<7з, удельного трения на участке боковой поверхности зонда
/з и условного динамического сопротивления грунтов Рд
[16]. При прогнозе показателей прочности применялось два
подхода: 1) непосредственное определение зависимостей меж-
ду углом внутреннего трения и сцепления, с одной стороны,
и параметрами зондирования — с другой; 2) предваритель-
ное исследование зависимостей между параметрами зонди-
рования и значениями сдвигающих усилий т.

Важным методическим вопросом являлась увязка режи-
мов испытаний. Известно, что параметры прочности песчано-
глинистых грунтов зависят от метода определения. В соот-
ветствии с ГОСТ 12248-78 [39] для лабораторного определе-
ния сопротивления сдвигу использовались приборы со сту-
пенчатым приложением нагрузки (ГГП-30). Определение
сопротивления срезу производилось по методу консолидиро-
ванного и неконсолидированного среза. Из методов, обуслов-
ленных ГОСТом, наиболее соответствует работе грунта при
погружении в него зонда быстрый неконсолидированный срез
со ступенчатым приложением нагрузки. При консолидиро-
ванном медленном сдвиге, который является основным мето-
дом испытания глинистых грунтов отложений ледникового
комплекса, существенно изменяется естественное сложение
и прочность образцов. Поэтому полученные таким методом
показатели т, с и ф не могут характеризовать прочность гли-
нистых грунтов в естественном залегании, тогда как методы
зондирования характеризуют именно это состояние.

Статическое зондирование грунтов проводилось по ГОСТ
25260-82 пенетрационно-каротажными станциями типа СПК
и СПК-Т, динамическое зондирование выполнялось по ГОСТ
19912-81 установкой среднего типа УБП-15.
9. Зак.



Таблица 4.15. Оценка тесноты связи между прочностными характеристиками грунтов
и показателями зондирования

Породы, схема испытаний							
	определений  рд ^3’	Переменная	?3’  МПа	/з’  МПа	^3’ ^3’ МПа	РД’  МПа	10»Па
Озерно-ледниковые суглинки и глины вал-	52 (92)	с, 10б Па	0,62	0,68			0,75	—
дайского горизонта, консолидированный	52 (92)	ф, град	0,22	0,25	—	0,32	0,74
срез	83	тх, 105 Па	0,76	—	—	—	—
	82	т2, Ю5 Па	0,68	—	—	—	—
	80	т3, 105 Па	0,45	—	—	—	—
Моренные супеси и суглинки днепровского,	176 (209)	с, 105 Па	0,74	0,72	0,77	0,57	—
московского и валдайского горизонтов, консолидированный срез	176 (214)	ф, град	—	—	0,26	0,46	0,52
Моренные супеси и суглинки валдайского горизонта	81 (116)  45 (47)	тх, Ю5 Па	0,76  0,86	0,64  0,62	0,77	0,43  0,73	—
	81 (116)	т2, Ю5 Па	0,73	0,56	0,73	0,36	
	35 (37)		0,84	0,55		0,60	
	76 (116)	т3, 10б Па	0,62	0,46	0,62	0,19	
	35 (43)		0,83	0,88		0,80	
Флювиогляциальные пески		ф, град	0,61	—	0,38	—	—
		с, 105 па	0,60	—	—		—
Лессовые супеси и суглинки		Тх, 106 Па	0,34	—	—	—	—
		т2, 106 Па	0,27	—	—	—	—
		т3, 10б Па	0,16	—	—	—	—

Примечание. В числителе — консолидированный срез, в знаменателе — неконсолидированный срез.

8
Коэффициенты корреляции между показателями проч-
ности грунтов и зондирования приведены в табл. 4.15, из ко-
торой видно, что более тесные связи с показателями зондиро-

вания имеют сопротивление грунтов срезу и удельное сцеп-
ление. Для угла внутреннего трения связь слабая. Это под-
тверждает мнение многих исследователей (Н. А. Цытович,
Н. Н. Маслов, С. А. Роза и др.), которые считают ошибоч-

ным стремление придавать коэффициенту

внутреннего тре-
ния и сцеплению с опре-
деленный физический смысл.
Непосредственный физичес-
кий смысл имеет только пол-
ная величина сопротивления
сдвигу, а не входящие в
уравнение сопротивления
сдвигу параметры. Трение и
сцепление, между которыми
установлена корреляцион-
ная связь с коэффициентом
корреляции 0,52—0,74, долж-
ны рассматриваться лишь
как математические парамет-
ры зависимости сопротив-
ления грунта сдвигу от нор-

Рис. 4.7. Зависимость удельного
сопротивления под конусом зонда
.от коэффициента пористости озер-
но-ледниковых отложений: поле
корреляции (точки), основные рав-
новесные состояния (эллипсы)

мального давления (уравнение Кулона). В наших примерах
общее сопротивление грунтов сдвигу зависит главным образом
от сцепления, вносящего более существенный вклад в прочность
грунта по сравнению с углом внутреннего трения. Главными
факторами, обусловливающими прочность грунтов и взаимо-

Таблица 4.16. Оценка прочности структурных связей в озерно-
ледниковых суглинках и глинах

Прочность структурных связей	Показатель прочности структурных связей	Прочность структурных связей	Показатель прочности структурных связей
Низкая Средняя	Пс < 4  4 < Пс < 8	Высокая  Очень высокая	8<ПС<13 Пс > 13
Таблица 4.17. Связь между показателями прочности грунтов
и параметрами зондирования

Генетический тип	Число определений	Уравнение связи	Среднее квад- р этическое отклонение	Стандартная ошибка прогноза	Коэффициент корреляции
Моренные глини-	261	с = 0,034 03 4- 0,190	0,21	0,121	0,84
стые грунты	176	с = 0,043 Рд 4-0,137	0,19	0,154	0,57
	304	тх = 0,027 03 4-0,793	0,23	0,170	0,66
	294	т2 = 0,033 (/3 — 1,302	0,28	0,210	0,66
	264	т3 = 0,031 (?з 4-1,836	0,29	0,230	0,60
	261	<р = 0,002 0з 4- 0,522	0,082	0,063	0,64
	176	16 Ф = 0,002 Рд 4- 0,523	0,066	0,059	0,46
Флювиогляциаль-	47	ф = 0,643 03 4- 24,685	4,51	3,626	0,61
ные пески	47	ф =0,515 Рд 4- 28,428	4,17	3,892	0,38
Озерно-ледниковые	92	с = 0,091 0з 4- 0,290	0,23	0,181	0,62
пылевато-гли- нистые грунты	52  52	с = 0,039 Рд 4-0,192 Ф = 20,867 — 0,477 Рд	0,17  5,17	0,112  4,942	0,75 .  0,32
	83	тх = 0,078 0з 4-0,542	0,20	0,128	0,76
	82	т2 = 0,084 0з 4-0,815	0,23	0,173	0,68
	80	т3 = 0,056 0з 4- 1,076	0,22	0,199	0,45
	92	ф = 0,267 —0,011 0з	0,097	0,076	0,63
Лессовые пылева-	88	с = 0,133 4~ 0,043 0з	0,14	0,11	0,60
то-глинистые грунты	107  106	тх = 0,020 03 4-0,798 т2 =0,021 0з 4- 1,318	0,11  0,15	0,10  0,14	0,34  0,27
	100	т3 =0,014 0з + 1,884	0,17	0,16	0,16
	88	ф = 0,547 — 0,003 0з	3.37	3,234	0,30

связь между исследуемыми показателями, являются их струк-
турно-текстурные особенности. Это видно из сопоставления
тесноты связи между сопротивлением сдвигу и показателями
зондирования при различных методах определения сопротив-
ления срезу. При консолидированном срезе, в процессе кото-
рого нарушается естественное сложение и структурная проч-
ность грунтов, резко уменьшается теснота связи между сдви-
гающими усилиями и показателями зондирования.

О структурных связях в грунтах свидетельствует рис. 4.7.
Рост при уменьшении е наблюдается лишь до значений
<7з=3 МПа. При <7з>3 МПа наличие структурных связей при-
Таблица 4.18. Нормативные характеристики прочностных свойств

ледниковых и лессовых пылевато-глинистых грунтов
(РСН 23-85, РСН 62-87)

РД’  МПа	Моренные глинистые грунты				Озерно-ледниковые пылевато-глинистые грунты		Лессовые пылевато- глинистые грунты	
	с, 10	5 Па	ф, град		с, 105 Па |	Ф, град	с, 105 Па |	Ф, град
	по <13	по рд	по ?3	П° Рд	по <?3	по	по<?3	|	по ч3
1	0,22	0,18	27	27	0,38	14	0,18	28
2	0,26	0,22	28	28	0,47	14	0,22	28
3	0,29	0,27	28	28	0,56	13	0,26	28
4	0,33	0,31	28	28	0,65	13	0,30	28
5	0,36	0,35	28	28	0,74	12	0,35	28
6	0,39	0,39	28	28	0,84	11	0,39	28
7	0,43	0,44	28	28	0,93	11	0,43	28
8	0,46	0,48	28	28	1,02	10	0,48	28
9	0,50	0,52	28	28	1,11	10	0,52	27
10	0,53	0,57	29	29	1,20	9	0,56	27
15	0,70	0,78	29	29	—	—	—	—

водит к тому, что увеличение сопротивления зондированию
с уменьшением пористости не подчиняется строгой закономер-
ности, так как характер разрушения неоднородных по проч-
ности связей неодинаков для разных интервалов статических
нагрузок. С геологической точки зрения состояние грунтов,
где с ростом уменьшается е, свойственно верхней части
разреза, подвергнутой выветриванию.

Известно, что глинистый грунт представляет собой слож-
ную многокомпонентную систему, которая в процессе разви-
тия прошла ряд равновесных состояний [102, 152]. Анализ
поля корреляции сопротивления зондированию и коэффици-
ента пористости позволяет выделить в рассматриваемой сис-
теме четыре подсистемы, каждая из которых находится в рав-
новесном состоянии, статически однородном по показателям
и е. Границы этих подсистем определим по показателю
прочности структурных связей Пс = <73/е. Выделенные состоя-
ния грунтов являются в известной мере отражением этапов
формирования структуры в процессе литогенеза глинистых
отложений и соответствуют типам структурных связей, приве-
денных в табл. 4.16.

Согласно табл. 4.15 подобраны уравнения регрессии для
прогноза прочностных характеристик грунтов отложений лед-
никового комплекса, приведенные в табл. 4.17.

Как показали расчеты, наиболее эффективными способа-
ми прогноза являются: 1) определение коэффициента внут-
реннего трения как параметра уравнения т=р1д(р-|-с при
предварительном прогнозе с и ср по уравнениям регрессии,
приведенным в табл. 4.17; 2) определение значений сдвигаю-
щих усилий т, построение уравнения регрессии вида тг=/(р)
I определение с и ср как параметров этого уравнения (табл.
1.17).

Сопоставление сдвигающих усилий с параметрами зонди-
рования при различных режимах испытания (см. табл. 4.15)
показало, что стандартную ошибку прогноза прочностных
характеристик можно существенно снизить, максимально
приближая скорости зондирования и сдвига, т. е. зондирова-
ние необходимо производить со стабилизацией, поскольку
основным методом определения параметров прочности для
отложений ледникового комплекса является консолидиро-
ванный срез.

В заключение отметим, что с помощью статического зон-
дирования можно прогнозировать изменение прочностных
характеристик лессовых пылевато-глинистых грунтов при по-
вышении их влажности в процессе строительства и эксплуа-
тации. С этой целью установлена взаимосвязь д3 с с и ср, по-
лученными при испытаниях рассматриваемых грунтов в усло-
виях полного водонасыщения. Получены следующие формулы:

= 0,572 — 0,012^3,	(4.7)

с = 0,190 4-0,019 </3.	(4.8)

Совместное решение уравнений (4.7), (4.8) и приведенных
в табл. 4.17 при природной влажности позволяет давать
прогнозные характеристики прочности лессовых грунтов с
учетом их дополнительного увлажнения.

Вычисленные по уравнениям регрессии нормативные ха-
рактеристики прочностных свойств глинистых грунтов приве-
дены в табл. 4.18.

Нормативные значения удельного сцепления с, МПа, и
угла внутреннего трения ф песчаных грунтов (независимо от
происхождения и возраста) по величине удельного сопротив-
ления грунта под конусом зонда д3 в соответствии с РСН
23-85 определяются по табл. 4.19.

Таблица 4.19. Нормативные значения удельного сцепления и
угла внутреннего трения песков в зависимости от д3

Песчаные грунты	Характе- ристика грунтов	<73, МПа						
		50,0	| 27,5	15, 0	8,3	4,7	2,8	1,7
Крупные	с, МПа	0,002	0,002	0,001	0,001			—	—
	ф, град	43	42	40	39	38	35	—
Средней	с, МПа	0,003	0,003	0,002	0,002	0,001	—	—
крупности	ф, град	40	39	38	37	35	32	—
Мелкие	с, МПа	0,006	0,005	0,004	0,003	0,002	0,001	—
	ф, град	38	37	36	34	32	30	28
Пылеватые	с, МПа	0,008	0,007	0,006	0,005	0,004	0,003	0,002
	ф, град	36	35	34	32	30	28	26
Т а блица 4.20. Нормативные значения удельного сцепления и
угла внутреннего трения песков в зависимости от Рд

Песчаные грунты	Характе- ристика грунтов	Рд. МПа					
		17,5 |	16 1	10 1	5 1	3 1	2
Крупные и граве-	с, МПа	0,0012	0,0011	0,0007						
листые	ф, град	41	40	39	38		
Средней крупности	с, МПа	0,0022	0,0021	0,0017	0,0011	—	—
	ф, град	39	38	37	35	—	—
Мелкие	с, МПа	0,0045	0,0041	0,0035	0,0021	0,0018	.—
	ф, град	37	36	34	32	30	28
Пылеватые неводо-	с, МПа	0,0065	0,0061	0.0055	0,0041	0,0030	0,0020
насыщенные	ф, град	35	34	33	30	28	26

В зависимости от величины условного динамического со-
противления значения с и ср песчаных грунтов определяются
по табл. 4.20 (РСН 62-87).

4.5.	Определение модуля общей деформации грунтов

Для надежной оценки песчано-глинистых грунтов как
оснований инженерных сооружений большое значение имеет
изучение деформационных свойств этих грунтов в условиях
естественного залегания. В современной практике использу-
ются три основных метода: опытные нагрузки на штампы,
статическое и динамическое зондирование. В определенных
условиях зондирование может заменить штамповые испыта-
ния, но для этого должны быть предварительно установлены
достаточно надежные зависимости между модулем общей
деформации Е, удельным сопротивлением грунта под нако-
нечником зонда и условным динамическим сопротивлением
Р*

Многие исследователи указывают на корреляционную за-
висимость между сопротивлением грунта погружению конуса
зонда и модулем деформации грунта (табл. 4.21, 4.22).

В последние годы проводились исследования по установ-
лению эмпирических зависимостей модуля деформации от
сопротивления зондированию, но, как видно из табл. 4.21 и
4.22, эти зависимости заметно отличаются друг от друга
даже для грунтов, относимых по классификации ГОСТ 25100-82
[43] к одному типу (пески, супеси, суглинки, глины). Это
объясняется в первую очередь различиями в минеральном
составе и структурно-текстурных свойствах грунтов, отлича-
ющихся по генезису и сформировавшихся в разных фациаль-
ных обстановках. В известной мере сказываются также раз-
личия в методике испытаний, конструктивных особенностях
применяющихся зондировочных установок и др. Кроме того,
сопротивление грунта погружению зонда является не пара-
метром, присущим данному типу грунта, а сложной функцией
многих изменяющихся в широких пределах показателей его
физических и механических свойств, таких, как плотность
сложения, степень водонасыщения, гранулометрический со-
став и окатанность зерен, минеральный состав, наличие и
характер связей между частицами и др. [158]. Поэтому по-
лучение надежных зависимостей между сопротивлением зон-
дированию одним или несколькими из перечисленных пока-
зателей можно ожидать только при условии, что все осталь-
ные достаточно строго фиксированы. А это возможно только
в том случае, если для построения регрессионных зависимо-
стей используются данные, относящиеся к определенным ге-
нетическим типам и литологическим видам грунтов, которые
находятся в определенном физическом состоянии.

Автором исследовались зависимости модуля общей дефор-
мации от параметров статического и динамического зондиро-
вания для лессовых, аллювиальных, флювиогляциальных и
моренных отложений БССР [15, 18]. Полученные уравнения
связи приведены в табл. 4.23. Выбор вида зависимости осу-
ществляется путем предварительного анализа точечных кор-
реляционных графиков и использования эмпирических кри-

Таблица 4.21. Уравнения связи между величинами Е и д3

Автор		|	Уравнение связи	|	Грунты
Ю. Г. Трофименков		Е =	2,5 <7з	Пески
»		Е =	3,4 4~ 130	Пески аллювиальные
А. Ван Бамбек		Е =	1,1 <7з	Пески
М. Бюисман		Е =	1,5 ?3	»
СН 448-72		Е =	3 <7з	»
А. Аликонис и др. ВСЕГИНГЕО		Е =	6<7з	Пески аллювиальные
(Т. А. Грязнов и	ДР)	Е =	3 <7з	Пески
Ю. Г. Трофименков		Е =	5 д3 100	Суглинки моренные
»		Е =	7,80 ?3+ 20	Суглинки и глины
А. Ван Бамбек		Е =	2,4<?з	Суглинки
С. В. Холопов		Е =	(7-13)7з	Суглинки моренные
В. С. Николаев		Е =	5,9 ?з	»
А. Аликонис и др.		Е =	(3-8) дз	»
СН 448-72		Е =	7 дз	Суглинки и глины
В. Г. Лободенко		Е =	3,5 дз	Супеси моренные
»		Е =	6,5 дз	Суглинки моренные
ВСЕГИНГЕО				
(Т. А. Грязнов и	ДР)	Е =	3,6 дз	Супеси
		Е =	5,5 дз	Сугдинки
		Е =	7 Яз	Глины
В. И. Ферронский		Е =	Зл (14-р)(3—4ц)-уз  16(1 —р)	
		где	и, — коэффициент	Разные грунты
		Пуассона		
Т аблица 4.22. Уравнения связи между модулем деформации и
параметрами динамического зондирования

Автор	Уравнение связи	Грунты
И. В. Дудлер	Е = (55 —5а)М  (/V—число ударов на 10 см погружения зонда, о — удельное давление под штампом)	Аллювиальные пески
МН 448-72	Е = 6РД	Суглинки и глины
С. А. Шашков	Е = па  (п — безразмерный коэф- фициент, о — удельное ди- намическое сопротивление)	Пески  (п—от 3—4 для песков пы- леватых до 14 — 16 — для гравелистых)
Л. Н. Воробков	Е = (350 — 500) /V	Аллювиальные пески (зон- дирование грунтоносом)
РСН 27-78	Е = 3,5Рд + 5	Супеси и суглинки
В. А. Дуранте	Е = 22,79/V — 137,05	Пески

Т аблица 4.23. Связь между модулем деформации и параметрами
зондирования грунтов

Грунты	Уравнение регрессии	Число опреде- лений	Среднее квадра- тическое откло- нение	Стан- дартная ошибка прогноза	Коэффи- циент корре- ляции
Аллювиальные	Е = 2,69 <7з +7,45	83	8,04	5,669	0,88
пески	Е = 3,71 Рд 4-3,86	60	4,95	4,785	0,91
Флювиогляциаль-	Е = 2,52^з+ Н,21	103	15,21	9,179	0,80
ные пески	Е = 2,99 Рд +9,96	187	14,47	8,000	0,83
Моренные супеси	Е = 3,10 </3 + 7,69	66	9,98	5,860	0,81
и суглинки	Е = 3,13 Рд 4-6,84	183	9,75	5,642	0,82
Лессовые супеси и суглинки	Е = 2,14 Рд + 8,67	29	6,71	5,791	0,53

вых разного вида с последующей оценкой надежности прог-
ноза. Мерой тесноты связи установленных зависимостей
служили величина стандартной ошибки оценки и значения
коэффициентов корреляции.

Для прогноза модуля деформации наиболее удобны ли-
нейные зависимости, приведенные в табл. 4.23. Применение
других регрессионных моделей (парабола, логарифмическая
и др.) качество аппроксимации существенно не улучшает.

Из таблицы следует, что наиболее тесные зависимости меж-
ду исследуемыми параметрами установлены для аллювиаль-
ных песков, которые характеризуются сортированностью, од-
нородностью и хорошей окатанностью зерен. Для флювиогля-
циальных песков оценка тесноты связи более низкая, что, ве-
роятно, зависит от таких факторов, как неоднородность, по-
лиминеральность, угловатость зерен и присутствие глинистой
составляющей.

Кроме того, изначальная неоднородность осадков часто уси-
лена различными вторичными процессами. Как показывают
исследования [113], наряду с выветриванием и структурным
разупрочнением грунтов за счет выщелачивания и суффозии
нередко происходит процесс цементации грунтов, вызванный
карбонатизацией, окремнением или осаждением гидроокислов

Рис. 4.8. Зависимость переходного коэффициента от удельного сопротивле-
ния под конусом зонда: 1 — флювиогляциальные пески; 2—моренные су-
песи и суглинки; 3— аллювиальные пески

железа, что приводит к повышению их прочности. Поэтому на-
личие в разрезе ледниковых отложений грунтов, различающих-
ся по плотности и прочности, связано не только с условиями
и процессами осадконакопления, но и с диагенетическими и
эпигенетическими преобразованиями. Все это может сущест-
венно сказываться на результатах зондирования и штамповых
испытаний.

Линейные уравнения, приведенные в табл. 4.23, можно пред-
ставить в виде Е=кд3, где к— переходный коэффициент. На
рис. 4.8 видно, что в области малых сопротивлений д3 значения
к быстро уменьшаются, а затем изменяются несущественно.
В диапазоне низких значений к находится в пределах от 5 до
15. Близкие результаты приводит в своей статье В. Г. Лобо-
щнко [81], указывающий, что для моренных грунтов невысокой
прочности (</з<2 МПа) к находится в пределах 8—14 (в
среднем 12). Это же относится и к зависимости вида Е=1(РД).
При сопротивлении зондированию д3>$ МПа значения к
у глинистых моренных грунтов больше, чем у песков аллюви-
ального и флювиогляциального происхождения. Рост переход-
ного коэффициента по мере увеличения глинистости объясня-
ется тем, что на взаимосвязь Е с д3 и Рд в области высоких
сопротивлений накладывается влияние трения грунта на боко-
вой поверхности зонда и штанг, которое возрастает с увели-
чением глубины зондирования, а также прочности и глинисто-
сти грунтов. По удельному сопротивлению зондированию кроме
модуля деформации при значениях МПа можно опреде-
лять критическое давление на грунт Рк, соответствующее пре-
делу пропорциональности графика зависимости осадки штам-
па от нагрузки [166].

Зависимость Рк=((д3) приведена на рис. 4.9. Уравнение
регрессии Рк=0,08^э-|-0,05 при коэффициенте корреляции

Рис. 4.9. Зависимость критического давления на грунт от удельного сопро-
тивления под конусом зонда

г=0,90 [14]. Так, при ?3=5 МПа (граничное значение для
рыхлого сложения песков крупных и средней крупности) по-
лучим Рпр=0,45 МПа, т. е. на эти грунты можно передавать
нагрузку от сооружения до 0,45 МПа, что не увязывается с
классификацией плотности сложения песчаных грунтов по дан-
ным статического зондирования, приведенной в СН 448-72,
по которой грунты с <7з<5 МПа следует относить к рыхлым.
Полученные результаты подтверждают целесообразность из-
менения границ песков по плотности сложения, рекомендуемые
в 4.2.

По уравнению регрессии Рм—Мз) вычислены значения

Таблица 4.24. Расчетные сопротивления
глинистых грунтов

<7з, МПа /?о, МПа	1 0,13	2 0,21	3 0,29	4 0,37	5 0,45	6 0,53
Таблица 4.25. Нормативные значения модуля деформации грунтов
Е, МПа, в зависимости от ^3, МПа

Грунты	МПа										
	1	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
Пески			15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
Супеси	5	10	20	30	40	50	60	—	—	—	—
Суглинки	6	12	24	36	48	60	—	—	—	—	—
Глины	7	14	28	42	56	70	—	—	—	—	—

Таблица 4.26. Нормативные значения модуля деформации грунтов
Е, МПа, в зависимости от Рд

Грунты	Рд, МПа						
	1	2	3	5	10	15	17,6
Аллювиальные пески Флювиогляциальные	—	11	15	22	40	59	68
пески	—	16	19	25	40	55	62
Моренные глинистые	10	13	16	22	38	54	62

расчетных сопротивлений глинистых грунтов, приведенные в
РСН 23-85 (табл. 4.24).

Из табл. 4.2, 4.17, 4.23 видно, что наиболее тесные зависи-
мости получены для модуля деформации, так как процесс
погружения зонда в грунт в известной мере моделирует ра-
боту штампа. Точность и надежность зависимостей Е=^(д3,
Рд), равно как и е=((д3, Рд), подтверждает рис. 4.10, на кото-
ром показано сопоставление значений Рд и д3 при фиксиро-

Рис. 4.10. Сопоставление со-
противления зондированию
дэ и Рд: 1 — по зависимо-
стям е=1(д3, Рд); 2 — по
Е=[(д3, Рд) для флювио-
гляциальных песков; 3 —
по Е=1(да, РД) для аллюви-
альных песков; 4 — по <р=
=1(дз, Рд) для песков
ванных е, ср и Е. Зависимости <р=}(д3 и Рд) для песков нужда-

ются в уточнении с использованием материалов полевых опре-
делений сдвиговых характеристик грунтов, так как при сущест-
вующей методике лабораторных определений сопротивления
срезу существенно нарушаются структурно-текстурные осо-
бенности песков — одного из главных факторов, обусловлива-
ющих общее сопротивление сдвигу.

Для расчета соотношения
между </3 и Рд в песчаных грун-
тах используем уравнения ре-
грессии для е=}(д3, Рд) и полу-
чим следующую зависимость:

% = 0,65 Рд’19.	(4.9)

Рис. 4.11. Зависимость условного ди-
намического сопротивления от удель-
ного сопротивления под наконечником
зонда моренных глинистых грунтов:

1 — по /ь; 2, 3 — по Е

Для определения соотношения между и Рд в глинистых
грунтах применяем зависимости 1ь — ?(д3) и /е = /(Рд):

9з = 0,42р;-17.	(4.10)

Для вычисления соотношений между д3 и Рд в моренных
глинистых грунтах использованы также зависимости для опре-
деления Е, приведенные в табл. 4.23. Как видно из рис. 4.11,
в обоих случаях получены близкие результаты.

В соответствии с РСН 23-85 значения модуля деформации
песчаных и глинистых грунтов в зависимости от удельного со-
противления грунтов под конусом зонда вычисляются по
табл. 4.25.

Для определения модуля деформации моренных супесей и
суглинков используется зависимость Е—3,10<у3-|-7,69 в интер-
вале д3 от 1 до 15 МПа.

Нормативные значения модуля деформации песчаных
грунтов и моренных глинистых грунтов в соответствии с РСН
62-87 определяются по табл. 4.26.

4.6.	Оценка несущей способности забивных свай

В соответствии с действующими нормативными докумен-
тами несущую способность свай определяют по таблицам
СНиП II-17-77* [144] или по результатам полевых испытаний.
По таблицам СНиП несущая способность свай устанавлива-
ется для песков по гранулометрическому составу и плотности,
для глинистых грунтов — по консистенции. Прочие характери-
стики их состава, структуры или физического состояния во вни-
мание не принимаются, что, естественно, не может не сказать-
ся на точности и надежности прогноза. При полевых испыта-
ниях несущая способность свай устанавливается по данным
статического зондирования или по результатам испытания
свай статическими и динамическими нагрузками.

Наиболее распространенным методом получения необхо-
димой информации для проектирования свайных фундаментов
при изысканиях для массового строительства является стати-
ческое зондирование. Этот метод обладает рядом преиму-
ществ по сравнению со статическими испытаниями свай, но в
то же время уступает им в точности определения частных зна-
чений предельного сопротивления сваи (ПСС).

Автором систематизированы и обобщены результаты дина-
мических и статических испытаний свай на строительных пло-
щадках, расположенных в различных районах БССР, и произ-
ведено сравнение этих данных между собой и с результатами
определения несущей способности в соответствии с п. 5.5
СНиП II-17-77 [144] и по статическому зондированию [13].
Было использовано 39 экспериментов статических и 25 дина-
мических испытаний свай. Непосредственно у каждой сваи
выполнено статическое зондирование пенетрационно-каротаж-
ной станцией СПК. Испытания свай и зондирование проводи-
лись в различных грунтовых условиях — как при многослой-
ных основаниях, когда прорезаемые слабые грунты подстила-
лись песчаными и глинистыми грунтами, так и при однослой-
ных (песчаные или глинистые грунты).

Динамическими и статическими нагрузками испытывались
призматические сваи сечением 30x30 см, погруженные на
глубину от 3,9 до 9,5 м. При динамических испытаниях за рас-
четный отказ принимался наибольший средний отказ при до-
бивке после «отдыха» свай в соответствии с ГОСТ 5686-78
[131]. После испытаний свай динамическими нагрузками про-
водились статические испытания их по ГОСТ 5686-78.

За частные значения ПСС, согласно СНиП II-17-77, прини-
малась нагрузка при осадке 1,6 см, что составляет 0,2 предель-
ной абсолютной осадки оснований проектируемых зданий
(8 см). С полученными значениями несущей способности по
статическим испытаниям свай Фэ, которые приняты за стопро-
центную достоверность, сравнивались Ф, определенные стати-

* В новом СНиП 2.02.03-85 изменены обозначения величин, но смысл и
структура формул для определения несущей способности по табличным дан-
ным и результатам полевых испытаний остались прежними.
ческим зондированием Ф3, динамическими испытаниями свай
Фд и расчетами по табл. 1.2 СНиП II-17-77 Фснип. Для коли-
чественной оценки полученных результатов приняты отноше-
ния Фд/Фэ (1), Фснип/Фэ (2) и Фг1Фъ (3).

Результаты сопоставлений показаны на рис. 4.12 и 4.13 и в
табл. 4.27, откуда следует, что все способы в зависимости от
вида или намного занижают, или значительно завышают фак-
тическую несущую способность, определенную по статическим

Рис. 4.12. Сопоставление частных значений предельных сопротивлений свай
по результатам испытаний статической нагрузкой и а — по динамическим
испытаниям; б — по табл. 1 и 2 СНиП II-17-77: 1 — линия отклонения
±30%; 2—линия абсолютной сходимости; 3— песчаные, 4 — глинистые
грунты

испытаниям (Фэ). Полученные данные заметно отличаются от
приведенных в работе [154], что связано главным образом с
региональными свойствами грунтов, которые необходимо учи-
тывать при прогнозе несущей способности свай. Сказываются
также различия в методике испытаний, конструктивных осо-
бенностях зондировочных и сваебойных установок и др.

Как видно из рис. 4.12, динамический метод расчета дает
не только заниженную, но и завышенную величину несущей
способности свай по сравнению со статическими испытаниями.
Последнее происходит в тех случаях, когда сваи прорезают
толщу относительно слабых грунтов и входят острием в плот-
ный песок, забивка свай в который сопровождается дополни-
тельным его уплотнением. По мере забивки свай в плотный
песок отказы резко уменьшаются, что приводит к увеличению
частных значений ПСС при определении их по динамическим
испытаниям.

Статистическая обработка данных испытаний показывает,
что в среднем по 25 испытаниям имеется хорошая сходимость
Фд и Фэ, однако высокое среднеквадратическое отклонение и
коэффициент вариации указывают на большой разброс значе-
ний отношения (1).

Значения Фснипв большинстве случаев выше, чем Фэ, осо-
бенно у глинистых грунтов (см. рис. 4.12, табл. 4.27). Увели-
чение значений ПСС при расчете по таблицам СНиП II-17-77
по сравнению со статическими испытаниями обусловлено тем,
что расчетные сопротивления грунтов под нижними концами
и на боковой поверхности свай зависят не только от плотности
их сложения и консистенции, но и от характера и прочности
структурных связей, определяющих сопротивление зондирова-
нию и изменения структурно-текстурных особенностей грунта

Рис. 4.13. Сопоставление несущей способности свай (Фя), установленной по
статическим испытаниям, с несущей способностью, определенной: а) по ста-
тическому зондированию Ф3 (СНиП П-17-77) и б) по статическому зондиро-
ванию с использованием переходного коэффициента к3 (Фрек). Усл. обозн.
см. на рис. 4.12

после забивки свай. Кроме того, сами значения расчетных со-
противлений требуют уточнения применительно к региональ-
ным особенностям грунтов.

Результаты статических испытаний свай в 1,3 раза меньше,
чем полученные по СНиП П-17-77, где они приводят к завы-

Таблица 4.27. Статистические характеристики отношений

1, 2, 3 и 4

Грунты	Отношение	Число определений	Среднее ариф- метическое	Среднее квад- ратическое отклонение	Коэффициент вариации
Песчаные и	1	25	0,984	0,343	0,39
глини-	2	38	1,302	0,445	0,34
стые	3	39	0,824	0,512	0,62
	4	39	0,964	0,183	0,19
Песчаные	1	15	0,875	0,362	0,41
	2	16	1,044	0,179	0,17
	3	17	1,214	0,440	0,36
	4	17	0,963	0,131	0,14
Глинистые	1	10	0,897	0,330	0,37
	2	22	1,490	0,487	0,33
	3	22	0,523	0,329	0,63
	4	22	0,964	0,218	0,23
шенным значениям несущей способности свай, погруженных в
плотные водонасыщенные пески и глинистые грунты твердой
консистенции.

Значения Ф3 глинистых грунтов в основном занижены, а в
песках, как правило, завышены. Одна из причин появления
погрешностей при расчете ПСС, по данным зондирования, за-
ключается в том, что рекомендуемые СНиП II-17-77 коэффи-
циенты перехода от удельного сопротивления грунта под на-

20	<73,МПа

Рис. 4.14. Зависимость
переходного коэффициен-
та от удельного сопро-
тивления зондированию
для уравнения Л3=0,068 •
•<7з+0,179 (Лз=а-<7з)

конечником и на участке боковой поверхности зонда к сопро-
тивлению под нижним концом и на боковой поверхности сваи
не могут быть пригодными для любых инженерно-геологиче-
ских условий и должны уточняться на основании местного
опыта. Кроме того, движущийся в грунте зонд не полностью
моделирует работу свай, так как характер нарушения естест-
венного сложения грунта при задавливании зонда и забивке
сваи различен.

Исследованиями установлено, что в глинистых грунтах
пластичной консистенции и песках средней плотности значения
Ф3 занижены, а в плотных песках и связных грунтах твердой
консистенции завышены. Наиболее существенные расхождения
в оценке несущей способности свай статическим зондирова-
нием и стандартным методом наблюдаются в водонасыщенных
глинистых грунтах, характер деформации которых при стати-
ческом и динамическом воздействии на них различен. Несо-
ответствия в значениях несущей способности связаны главным
образом с физическими процессами, происходящими при
вдавливании зонда в грунт и при забивке сваи [17].

В связи с расхождениями в оценке несущей способности
свай различными способами возникает необходимость в опре-
делении регионального коэффициента для перехода от резуль-
татов статического зондирования к несущей способности свай.

Обозначим отношение Ф3/Фэ через к3. Установлено, что
значение к3 зависит от значений удельного сопротивления
грунта конусу зонда (д3). Эта зависимость аппроксимируется
линейным уравнением регрессии вида

^3 = 0,068^3+0,179

(4.П)
при выборочном коэффициенте корреляции г=0,89, что указы-
вает на тесную связь параметров к3 и д3. Для получения зна-
чений несущей способности свай по статическим испытаниям
значение Ф3 необходимо разделить на к3 при фиксированном
значении д3.

Из рис. 4.14 видно, что достоверную оценку несущей спо-
собности свай по к3 можно получить при МПа, т. е. при
а — сопз!. Как показывает опыт изысканий и строительства,
такие грунты могут служить надежным несущим слоем для
свай. При значениях <?3<8 МПа использовать грунты в качест-
ве несущего слоя нецелесообразно, за исключением рассмот-
ренных водонасыщенных моренных глинистых грунтов, истин-
ное сопротивление которых при статическом зондировании
занижено, а при значениях д3 до 4—6 МПа несущая способ-
ность свай к погружению в эти грунты составляет 200—400 кН
и более. В таких случаях значения к3 следует увеличивать
в 1,5—2 раза (рис. 4.14). С учетом изложенной методики опре-
делены значения несущей способности свай при использовании
к3 (Фрек) и вычислены отношения Фрек/Фэ (4).

Как видно из рис. 4.13 и табл. 4.27, применение рекоменду-
емого метода определения несущей способности свай по ре-
зультатам статического зондирования с учетом регионального
коэффициента к3 позволяет существенно повысить точность
и надежность прогноза ПСС.

Для оценки несущей способности свай можно использовать
коэффициенты пористости, вычисленные по уравнениям табл.
4.2. В СНиП II-17-77 [144] таблицы расчетных сопротивлений
под нижним концом 7? и на боковой поверхности свай Р со-
ставлены для песков средней плотности в зависимости от их
вида по гранулометрическому составу и глубины погружения
свай. Для плотных песков значения расчетных сопротивлений
грунта под нижним концом свай следует увеличивать на 60—
100%, а сопротивления на боковой поверхности свай—на
30%, при этом максимальное повышение Р и Р следует приме-
нять при определении плотности сложения статическим зонди-
рованием. Следовательно, очевидной является зависимость 7?
и Р от плотности сложения песков, оцениваемой коэффициен-
том пористости е.

Влияние глубины погружения свай к от 3 до 15 м по таб-
лицам [144] незначительно и, по-видимому, отражает общие
закономерности повышения е с глубиной.

Для определения расчетного сопротивления грунта под
нижним концом свай примем 7?=рд^3 и используем выражение
для определения коэффициента перехода от д3 к 7? по работе
[93], которое имеет вид

0д= 1,27-0,731б?,.	(4.12)

После преобразований с учетом уравнения для определения е
(табл. 4.2 и формула (4.12)) получаем выражение для опре-
деления /?. Значения 7? и д3> Ря при коэффициенте пористости е
в интервале от 0,80 до 0,50 приведены в табл. 4.28 и на
рис. 4.15.

Для определения расчетного сопротивления грунта по бо-
ковой поверхности свай р=&[3 устанавливаем зависимость е

Рис. 4.15. Зависимость
расчетных сопротивлений
под нижним концом (1)
и на боковой поверхно-
сти сваи (2) от коэффи-
циента пористости песков

от удельного сопротивления грунта на участке боковой поверх-
ности зонда и получаем

е 0,65 — 0,081$ (100 /3).	(4.13)

Выражение (4.13) получено при г=0,594, о=0,07, 5=0,054.
Используем зависимость для определения коэффициента пере-
хода от Л к Р по работе [93], которая имеет вид

ру = 0,90 — 0,461^ (100 /3).	(4.14)

После преобразований с учетом (4.13) и (4.14) получаем вы-,
ражение для определения Р. Для приведения к одному виду
всех зависимостей в (4.13) и (4.14) введен коэффициент раз-
мерности 100.

Значения Р, Ря и д3 при коэффициенте пористости е в ин-
тервале от 0,80 до 0,50 приведены в табл. 4.28 (рис. 4.15).

Отметим, что значения Р и Р охватывают достаточно широ-
кий диапазон изменения плотности сложения песков по коэф-
фициенту пористости и результатам зондирования и могут

Таблица 4.28. Расчетные сопротивления грунтов под нижним
концом и на боковой поверхности свай

Сопротивление грунта, зонда и сваи	Коэффициент пористости е							
	0,80	0,75	0,70	0,65	0,60	0,55	0,525	0,50
Яз	1,2	1,7	2,8	4,7	8,3	15,0	19,8	27,5
Рд	1,5	2,2	3,3	5,3	8,5	14,0	18,1	23,2
Р	1,46	1,87	2,64	3,66	4,96	6,13	6,34	6,34
Лю-2	—	0,1	0,2	1,0	4,3	18,3	33,0	33,0
Рд	1,5	2,2	3,3	5,3	8,5	14,0	18,1	23,2
Р-\0~2	—	0,14	0,24	0,90	2,60	5,76	6,52	6,52
Таблица 4.29. Статистические параметры сопоставления результатов
расчета с данными испытаний свай^статической нагрузкой

Статистические параметры	Значения параметров	
	по табл. 1 и 2 СНиП П-17-77	по рекомен- дуемому методу
Отношение Ф/Фэ по 19 определениям	0,861	0,912
Среднее квадратическое отклонение	0,451	0,235
Коэффициент вариации	0,524	0,258
Значения Ф, завышенных более чем на 30%, %	21,1	10,5
Среднее завышение, %	51,6	18,2
Значения Ф, заниженных более чем на 30%, %	63,2	21,1
Среднее занижение, %	37,4	21,2

Таблица 4.30. Расчетные сопротивления грунтов под нижним концом
и на боковой поверхности свай

Сопротив-

ление грунта, зонда и сваи, МПа	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0	-о, 1	—0,125
Яз					0,5	0,55	0,6	0,7	0,9	1,3	1,9	3,1	5,2	9,0	10,4
Р			0,61	0,65	0,7	0,79	0,94	1,21	1,56	2,08	2,67	3,11	3,15
/з-Ю"2	0,5	0,7	1,0	1,3	1,8	2,6	3,6	4,9	6,9	9,4	—	—	—
Р- 10-2	0,79	1,01	1,31	1,56	1,92	2,39	2,84	3,26	3,63	3,78	3,78	3,78	3,78

быть рекомендованы для определения несущей способности
забивных свай в песках различной крупности, кроме гравели-
стых.

На рис. 4.16 показано сопоставление частных значений не-
сущей способности свай, определенной по табл. 1 и 2 СНиП
П-17-77 и по значениям 7? и Р (табл. 4.28), с несущей способ-

Рис. 4.16. Сопоставление частных значений предельных сопротивлений свай
по результатам испытаний статической нагрузкой и расчета: а — по табл. 1
и 2 СНиП П-17-77, б — по рекомендуемому методу; 1— линии абсолютной
сходимости, 2— линии отклонений на 30%
ностью свай по 19 статическим испытаниям при осадке 16 мм
(^=0,2), которые принясы за эталонные. Параллельно вы-
полнено статическое зондирование зондами II типа по ГОСТ
20069-81. Статистические параметры результатов расчета
приведены в табл. 4.29. Применение коэффициента пористости
для оценки сопротивления грунта под нижним концом и на
боковой поверхности сваи Г позволяет существенно повысить
точность определения несущей способности свай в песчаных
грунтах.

Аналогичным образом получены зависимости 7? и Р от пока-
зателя текучести глинистых грунтов /ь. Значения Р и Р в за-
висимости от приведены в табл. 4.30 [125].

Кроме прочностных и деформационных характеристик
грунтов по динамическому зондированию можно определять
несущую способность свай [18]. Основополагающей предпо-
сылкой к такому утверждению служит то, что процесс забив-
ки зонда в грунт моделирует в известной мере процесс забив-
ки свай.

По СНиП II-17-77 частное значение предельного сопро-
тивления забивных свай Фпр по данным их погружения при
динамических испытаниях определяется по формуле

ф = Г1 / 1 I____________ 11	(4 15)

2	[|/ 1+ пРе* (}п + д- Ч’

где п — коэффициент, зависящий от материала свай, кН/м2
(для железобетонной сваи с наголовником п=1500 кН/м2);
Р — площадь поперечного сечения сваи, м2 (для квадратных
свай 30X30 см Г=0,09 м2); М — коэффициент, принимаемый
для забивки свай молотами ударного действия равным 1; Эр—
расчетная энергия удара молота, кН/м (для дизельного мо-
лота при контрольной добивке Эр=(? (Н—Н), где Н — высота
подъема ударной части, м; И — высота первого отскока удар-
ной части молота от воздушной подушки, м); вф—фактический
остаточный отказ, равный величине погружения сваи от удара
молота, м; —полный вес молота, кН; е — коэффициент
восстановления удара, принимаемый при забивке железобе-
тонных свай молотами ударного действия с применением на-
головника с деревянным вкладышем (е2=0,2); д— вес сваи,
наголовника.и подбабка, кН.

Условное динамическое сопротивление грунта Рд при удар-
ном зондировании в соответствии с ГОСТ 19912-81 [41] вы-
числяется по формуле



(4.16)

где А—удельная энергия зондирования, 105 Па, зависящая
от типа применяемой установки (для установки среднего типа
А = 112-105 Па); К—коэффициент учета потерь энергии при
ударе молота о наковальню и на упругие деформации штанг,
определяемый по табл. 3 ГОСТ 19912-81 [41] в зависимости
от типа установки и глубины зондирования; Ф — коэффициент
для учета потерь энергии на трение штанг (при их повороте)
о грунт, принимаемый при крутящем моменте менее 5 кН-см
равным 1; при крутящем моменте от 5 до 15 кН-см определя-
ется опытным путем или по приложению 3 ГОСТ 19912-81
[41]; п — количество ударов молота в залоге; К—глубина по-
гружения зонда на залог, см.

Рассмотрим выражение для определения параметров, вхо-
дящих в формулу (4.16). Значение коэффициента К вычисля-
ется по формуле

= Мм +

Мм + ЛГ3

где 7ИМ — масса молота, кг; Л43 — суммарная масса зонда, ого-
ловка и опирающейся на него рамы, кг; е — коэффициент для
учета упругости характера удара молота и зонда, принятый
равным 0,56.

Удельная энергия зондирования вычисляется по формуле

л . МмН
Р

(4.18)

где Л4М— масса молота, кг; И — высота падения молота, см;
Р — площадь поперечного сечения конуса, см2.

Запишем формулу (4.16) с учетом выражений (4.17) и
(4.18):

р _ МКН Л4М 4~ е2М3 п &	(4 19)

л Р Мм + Л13 Л

Принимая во внимание, что Н/п = получим (при Ф = 1)

МмИ Мм + ^М3

Ра=~^Г	мм + м3 •	(4’20)

Формула (4.20) аналогична подкоренному выражению фор-

мулы (4.15) —5---Тогда [выражение для определе-

Реф (}а + Я

ния частного значения предельного сопротивления сваи Фпр
можно записать в виде

фПР=-^-<4-21>

где а — коэффициент подобия, учитывающий различия в па-
раметрах применяемого оборудования; Рд — условное дина-
мическое сопротивление, кН/м2.
В табл. 4.31 приведены значения а, вычисленные при усло-
вии применения зондировочной установки среднего типа и
динамическом испытании свай при добивке после отдыха ди-
зель-молотом типа С-222, удельная энергия которого незначи-
тельно отличается от удельной энергии зондирования. Масса
дизель-молота С-222 равна 2,2 т, ударной части— 1,2 т, сваи,
наголовника и стационарной части молота — 2,0 т, высота

Таблица 4.31. Значения коэффициента подобия для
расчета несущей способности свай по данным динамического
зондирования

Интервал глубин зондирования (погру- жения свай), м	При коэффициенте Ф=1	С учетом коэффициента Ф для грунтов	
		песчаных	глинистых
0,5—1,5	1,367	1,367	1,367
1,5—4,0  4,0—8,0	1,513	1,645	1,823
	1,766	2,102	2,354
8,0—12,0	2,018	2,655	3,012
12,0—16,0	2,290	3,368	3,882
16,0—20,0	2,392	4,154	4,985

сбрасывания — 1,55 м, величина первого откоса ударной ча-
сти от воздушной подушки — 0,5 м.

Значения а даны без учета трения штанг о грунт и с уче-
том коэффициента Ф как для песчаных, так и для глинистых
грунтов. Учитывая, что при вычислении Фпр в формулу (4.15)
подставляются значения еф при динамических испытаниях
свай добивкой после «отдыха», для определения Фпр по фор-
муле (4.21) рекомендуется пользоваться значениями а, учи-
тывающими потери энергии на трение штанг о грунт.

Отметим, что вычисленные по формуле (4.21) значения Фпр
хорошо согласуются с данными динамических и статических
испытаний натурных свай. Так, например, на объекте изыска-
ний в Слуцке сваи были забиты в моренные грунты с Рд=8—
12 МПа на глубину 5—7 м. Несущая способность свай по ди-
намическим испытаниям составила 400—460 кН, по статиче-
ским — 460—520 кН. Частные значения предельного сопро-
тивления сваи, вычисленные по формуле (4.21) при Рд=8—
12 МПа, составляют 450—520 кН, что не противоречит резуль-
татам испытаний свай полевыми методами.

В соответствии с РСН 23-85 несущую способность Ф, мН,
забивной висячей сваи (с меньшей стороной поперечного се-
чения или диаметром с? от 0,15 до 0,40 м и глубиной погруже-
ния И, большей или равной 10с(), работающей на осевую сжи-
мающую нагрузку, по результатам статического зондирования
грунта определяют по формуле
Ф = —---------,	(4.22)

пкг

где т — коэффициент условий работы, принимаемый равным
1,0; Ф3 — частное значение предельного сопротивления сваи в
точке зондирования; п — число точек зондирования; /?г—ко-
эффициент безопасности по грунту, устанавливаемый при зна-
чении доверительной вероятности а=0,95 в соответствии с
требованиями ГОСТ 20522-75.

Частное значение предельного сопротивления сваи в точке
зондирования Ф3, мН, определяется по формуле

Фа=^з5 + /?з^,	(4.23)

где Кз — сопротивление грунта под нижним концом забивной
сваи, МПа; 5 — площадь поперечного сечения забивной сваи,
м2; Р3 — сопротивление грунта на боковой поверхности сваи,
МПа; к — глубина погружения сваи от поверхности грунта
около сваи, м; и — периметр поперечного сечения ствола сваи,
м.

Сопротивление грунта под нижним концом сваи /?3 по дан-
ным статического зондирования грунта в рассматриваемой
точке определяется по формуле

=	(4.24)

где р?.—коэффициент, принимаемый по табл. 4.32; д31—сред-
нее значение удельного сопротивления грунта под конусом
зонда /-го слоя грунта, МПа, полученное из опыта на участке
I; Ц — толщина г'-го слоя грунта, м, на участке I; I — размер
участка, расположенного в пределах одного (1 выше и 4с? ниже
отметки острия проектируемой сваи (где с? — диаметр круг-
лого, сторона квадратного или большая сторона прямоуголь-
ного сечения сваи, м).

Сопротивление грунта на боковой поверхности сваи Р3,
МПа, по данным зондирования грунта в рассматриваемой точ-
ке определяется по формуле

где —коэффициент, принимаемый по табл. 4.33; /3-—сред-
нее значение удельного сопротивления г-го слоя грунта на бо-
ковой поверхности зонда, МПа, полученное из опыта по глу-
бине к: Ы — толщина ьго слоя грунта, м, по глубине /к

Приведенные в табл. 4.32 и 4.33 коэффициенты ра и р/ по-
Таблица 4.32. Значения коэффициентов Рд

Грунты	д3., МПа								
	1	2	3	5	8	10	12	15	20
Пески  Пылевато-	1,27	1,05	0,92	0,76	0,61	0,54	0,48	0,41	0,32
глинистые	1,01	0,80	0,68	0,52	0,38	0,31	0,26	—	—

Таблица 4.33. Значения коэффициентов Ру

Грунты	/3., МПа								
	0,01	0,02	0,03	0,05	0,08	о, Ю |	0,12	0,15	0,20
Пески Пылевато-	0,90	0,76	0,68	0,57	0,48	0,44	0,40	0,36	0,29
глинистые	1,31	1,03	0,86	0,66	0,47	0,38	—	—	—

Таблица 4.34. Зависимость рд и ру от и /3

Грунты	Зависимость	Коэффициент корреляции
Песчаные	Ро = 1,272 —0,7341б7з	0,89
	Ру = 0,897 — 0,4611б /3	0,61
Пылевато-гли-	Рд= 1,014-0,7001б7з	0,46
нистые	Ру = 1,306 — 0,928 16/3	0,73
Песчаные и пы- левато-гли- нистые	Рд = 0,974 — 0,53516 7з	0,65

лучены на основании статистической обработки методом по-
следовательных приближений результатов 60 испытаний на-
турных свай и выполненного параллельно статического зон-
дирования [93]. Использование этих коэффициентов в СНиП
2.02.03-85 позволило в известной мере улучшить статистиче-
ские показатели отношения (3), приведенные выше.

Сводка полученных зависимостей и Ру от д3 и /3 приведе-
на в табл. 4.34.

Методика определения несущей способности свай по дан-
ным динамического зондирования, рекомендуемая в РСН 62-
87, разработана Г. С. Родкевичем (ИСиА Госстроя БССР)
при участии БелГИИЗа на основе использования соотношений
между д3 и Рд (4.9) и (4.10), а также зависимости для опре-
деления физических характеристик е и по д3 и Рд. Метод
представляет собой частный случай определения несущей спо-
собности свай по физическим характеристикам грунтов. Сле-
дует отметить, что результаты в обоих случаях получаются
идентичными, а исходным является метод определения несу-
щей способности свай по результатам статического зондиро-
вания.

Расчетные сопротивления грунтов приведены в табл. 4.35.

Таблица 4.35. Расчетные сопротивления под нижним
концом и на боковой поверхности свай

₽Д’  МПа	Д3, МПа		Г3, МПа	
	для песчаных естественного сложения грунтов	для леднико- вых (морен- ных) пылевато- глинистых грунтов	для песчаных естественного сложения грунтов	для леднико- вых (морен- ных) пылевато- глинистых грунтов
1	0,91	0,54	0,58	2,82
2	1,70	0,98	1,11	3,41
3	2,39	1,35	1,60	3,68
5	3,53	1,95	2,46	3,78
8	4,80	2,57	3,54	3,78
10	5,41	2,85	4,13	3,78
12	6,05	3,03	4,64	3,78
15	6,24	3,14	5,27	3,78
17,5	6,33	3,15	5,63	3,78

Значения 7?3 и Р3 по табл. 4.35 допускается определять для од-
нородных слоев с изменением Рд не более чем на 20%.

Изложенные в главе 4 результаты исследований по прог-
нозу физико-механических характеристик грунтов и несущей
способности свай статическим и динамическим зондировани-
ем, выполненных в БелГИИЗе и ИСиА Госстроя БССР, под-
твердили республиканские строительные нормы, в которых
существенно повышена информативность и расширена область
применения этих скоростных методов изучения инженерно-гео-
логических свойств грунтов. В соответствии с РСН 23-85 и
РСН 62-87 нормативные значения характеристик грунтов не-
посредственно по результатам статического зондирования до-
пускается принимать для зданий и сооружений до 9 этажей с
нагрузками от несущих стен на фундамент до 500 кН/м вклю-
чительно и нагрузками на колонну каркаса до 3000 кН вклю-
чительно, относящихся к I, II и III классу ответственности.

Широкое внедрение указанных норм в практику изыска»
ний позволит значительно повысить эффективность и качество
изыскательских работ, сократить сроки их выполнения и сни-
зить стоимость.
4.7.	Влияние размеров штампов
на значение модуля деформации грунтов

В инженерно-геологической практике для определения де-
формационных свойств грунтов в полевых условиях в основа-
ном применяются штампы площадью 600, 2500 и 5000 см2. Ис-
пользование штампов площадью 2500 и особенно 5000 см2 как
основных методов, рекомендуемых ГОСТ 20576-85, сопряжено
с большими затратами средств и времени, что значительно
осложняет их применение. В связи с этим возникает необхо-
димость определения переходных коэффициентов, устанавли-
вающих соотношение между значениями модулей деформации,
полученных с использованием штампов разной площади.

Трудоемкость штамповых опытов может быть значитель-
но снижена за счет применения штампов малой площади
(600 см2), для чего должны быть установлены достаточно
надежные зависимости между значениями модулей деформа-
ции, полученными с использованием штампов площадью 600,
2500 и 5000 см2 (^6оо, и ^5ооо) • Для решения такой зада-
чи были использованы результаты испытаний песчаных и гли-
нистых грунтов ледниковых отложений штампами различной
площади.

При обработке проведено 716 экспериментов, в том числе
штампом площадью 600 см2; пески — 85 экспериментов, гли-
нистые грунты — 55 экспериментов; площадью 2500 см2 —

Рис. 4.17. Сопоставление осредненных значений модулей деформации, полу-
ченных штампами площадью 5000 см2 (Г5ООо), 2500 см2 (Г25о&) и 600 см2
(^боо): / — песчаные грунты, 2 — глинистые грунты, 3 — контрольные испы-
тания
Таблица 4.36. Связь между значениями модулей деформации,
определенными штампами различной площади

Уравнение

Пески

^5000 — 1,16 • Е600	3,350

^5000 = 1 ,О48.Е25оо — 0,945
^2500 — 1,079-Е600 +4,778

131,351 17,50 | 5,196 I 0,961

31,35 17,50 2,296 0,993

30,82 ! 16,58 5,905 0,944

Глинистые грунты

^5000 — 1,511 -^еоо — 3,590
^5000 = 1»555-^25Оо — 4,825
^2500 = 0,935-Е600 И- 1,619

130,46 | 20,98 1 3,429 | 0,989
30,46 20,98 6,062 0,965
| 22,69 13,01 | 2,332 | 0,987

соответственно 225 и 162 эксперимента; площадью 5000 см2—»
соответственно 116 и 73 эксперимента. Учитывая, что модуль
деформации грунтов (Е, МПа) тесно скоррелирован с услов-
ным динамическим сопротивлением (Рд, МПа), сравнивались
значения Е, полученные при фиксированных значениях
Рд, определенных в пределах сжимаемой толщи под штам-
пом.

Диапазон значений Рд был разбит на интервалы 0,5—1,0;
1—2; 2—4; 4—6; 6—8; 8—10; 10—15 и 15—20. Для каждого
интервала подсчитаны ^редние значения Е, которые были по-
лучены при испытаниях штампом площадью 600, 2500 и
5000 см2.

Коэффициенты изменчивости значений модуля деформации
в пределах выделенных интервалов, как правило, не превы-
шали 0,30%, что указывает на статистическую однородность
исследованных выборочных совокупностей. Затем производи-
лось сопоставление осредненных значений (рис. 4.17), кото^
рое позволило получить уравнения регрессии для определе-
ния модуля деформации Р5000 по результатам штамповых ис-
пытаний площадью 2500 см2, 600 см2 (табл. 4.36).

Из графиков на рис. 4.17 и табл. 4.36 видно, что для песча-
ных и глинистых грунтов использование штампов площадью
500 см2 дает заниженные результаты по сравнению со штам-
пами 2500 и 5000 см2. Если сравнивать между собой резуль-
таты штамповых испытаний площадью 2500 и 5000 см2
хля песков и 2500 и 600 см2 для глинистых грунтов, то здесь
)щутимой разницы в значениях модуля деформации нет. Уста-
ювленные закономерности нарушаются для слабых водона-
сыщенных глинистых грунтов с сопротивлением зондированию
до 4 МПа, где на результаты испытаний накладывается влия-
ние порового давления воды. Для проверки полученных зави-
симостей были проведены параллельные контрольные испы-
тания глинистых грунтов штампами площадью 600 и 5000 см2
(см. рис. 4.17). Сходимость результатов получилась вполне
удовлетворительной.

Исследования показали, что при изучении деформацион-
ных свойств ледниковых отложений можно применять штам-
пы площадью 600 см2 взамен 2500 см2 и 5000 см2, что позво-
лит существенно снизить стоимость работ и сократить сроки
их выполнения.
Глава 5

ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО МЕТОДА ПРОГНОЗА
ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

5.1. Инженерно-геологическое районирование
и типизация ледниковых отложений

Результаты исследований условий формирования свойств
ледниковых отложений, закономерностей их пространственной
изменчивости и взаимосвязи физико-механических свойств
грунтов, изложенные в главах 1—4, позволили разработать
объективные критерии районирования отложений по струк-
турно-тектоническому принципу и литологическим типам раз-
резов, которые в свою очередь являются одним из основных
факторов, учитываемых при инженерно-геологической типи-
зации территории.

В современной практике региональных инженерно-геоло-
гических исследований районирование является заключитель-
ным этапом анализа и обобщения инженерно-геологической
информации, в результате которого в геологическом простран-
стве осуществляется обособление территориальных единиц,
однородных по комплексу природных факторов и определяю-
щих условия строительства (характер рельефа, геологическое
строение, гидрогеологические условия, состав, состояние и
свойства грунтов, служащих основаниями сооружений, совре-
менные геологические процессы и др.).

Е. М. Сергеев, говоря о развитии инженерной геологии в
СССР, обращал особое внимание на инженерно-геологическую
типизацию условий как средство повышения экономической
эффективности инженерно-геологических изысканий: «Инже-
нерно-геологическая типизация дает возможность разработать
региональные НиТУ, строительные нормы и правила и типо-
вое проектирование сооружений применительно к разного ро-
да природным условиям. Это в свою очередь будет способст-
вовать сокращению объемов и сроков изыскательских работ,
проектирования и строительства» [132].

В настоящее время приняты три вида районирования: ре-
гиональное, когда каждая территориальная единица получа-
ет индивидуальную характеристику и не повторяется в про-
странстве; типологическое, при котором выделенные единицы
типизируются в соответствии с предварительно разработан-
ной системой наборов признаков; смешанное, когда тот или
иной вид используется на разных ступенях таксономической
лестницы. Индивидуальные территориальные единицы носят
собственные имена; в наименовании единиц по типологиче-
скому принципу находят отражение классификационные приз-
наки, положенные в основу их выделения [22].

В процессе типизации инженерно-геологических условий
проводится определенная их схематизация [154]. При этом
учитываются наиболее общие и существенные признаки. Ти-
пологическое инженерно-геологическое районирование имеет
важное практическое значение. Использование карт (схем)
типологического районирования, как отмечал И. С. Комаров
[66], позволяет, во-первых, экстраполировать данные, полу-
ченные при изучении одной территориальной единицы, на
другие территориальные единицы данного типа, выделенные
на карте; во-вторых, обобщать на этой основе результаты ин-
женерно-геологических изысканий, опыт проектирования и
строительства сооружений; в-третьих, разрабатывать рекомен-
дации по различным аспектам изысканий и строительства.

Вопросы районирования и типизации инженерно-геологи-
ческих условий нашли отражение в работах Г. К- Бондарика
[3,9, 11], В. Т. Трофимова [155, 156], Г. А. Сулакшиной [145],
Г. А. Голодковской [33] и др. Анализ литературных данных
показывает, что решение задачи районирования — дело до-
статочно сложное. Это объясняется тем, что инженерно-гео-
логические условия представляют собой многофакторную,
изменяющуюся во времени и пространстве систему, совре-
менное состояние которой определяется, с одной стороны,
структурно-геологическими, а с другой — ландшафтно-клима-
тическими особенностями территории [155].

Между тем, как свидетельствует анализ теоретических и
практических разработок, схемы районирования недостаточно
учитывают закономерности пространственной изменчивости
инженерно-геологических условий. Это относится в известной
мере и к существующим схемам районирования территории
Белоруссии, приведенным в работах [61, 62, 139]. Неполный
учет закономерностей пространственной изменчивости инже-
нерно-геологических условий в схемах районирования, состав-
ленных на основе предложений И. В. Попова, становится осо-
бенно заметен, как отмечает И. С. Комаров, при переходе от
регионального районирования к типологическому.

В основу районирования отложений ледникового комплек-
са в пределах территории Белоруссии положены закономерно-
сти пространственной изменчивости состава, состояния и
свойств грунтов — важнейших параметров инженерно-геоло-
гических условий территории. Закономерности пространствен-
ной изменчивости ледниковых отложений (глава 2), нераз-
рывно связанные с условиями формирования их свойств (гла-
ва 1), послужили научной основой, на базе которой разрабо-
тана схема инженерно-геологического районирования ледни-
ковых образований Белоруссии [19]. Связь структур геологи-
ческих полей с процессами формирования состава и свойств
грунтов явилась исходной позицией разработки критериев,
контролирующих правильность отнесения геологических тел к
соответствующим таксономическим единицам принятой клас-
сификации. Особенности пространственной изменчивости оп-

Рис. 5.1. Схема тектонического районирования территории Белоруссии: А —
Центрально-Белорусский массив, Б — Воронежская антеклиза; I — Брест-
ская впадина, II — Припятская, III—Оршанская, IV — Днепровско-Донец-
кая впадина; а — Полесская седловина, б — Латвийская, в — Жлобинская,
г — Лоевская седловина

ределялись по показателю условного динамического сопро-
тивления грунтов, преимущества которого как комплексной
инженерно-геологической характеристики были отмечены ра-
нее.

Результаты исследований структуры поля Рд позволили
разработать принципиально новую схему инженерно-геоло-
гического районирования ледниковых отложений Белоруссии,
значительно дополняющую и уточняющую схемы, предложен-
ные ранее М. А. Солодухиным и Г. А. Колпашниковым [61,
62, 139]. Поле Рд послужило основой для выделения квази-
однородных инженерно-геологических областей. Анализ по-
казал, что их положение и границы совпадают с основными
тектоническими структурами изучавшегося региона (рис. 5.1).
В пределах Белоруссии выделено 10 инженерно-геологиче-
ских областей, приуроченных к структурным элементам пер-
вого и второго порядка. Внутри областей районирование вы-
полнено по типам инженерно-геологических разрезов. В каж-

Рис. 5.2. Карта инженерно-геологического районирования отложений ледни-
кового комплекса БССР

дой области по характерному типу разреза выделено от двух
до четырех районов (рис. 5.2, табл. 5.1). Все многообразие
разрезов, характерных для ледниковых отложений, может
быть приведено к одному из типов, показанных в табл. 5.1, в
пределах инженерно-геологических областей. При этом есть
разрезы с неполным набором генетических видов грунтов. Так,
например, озерно-ледниковые или лессовые образования мо-
гут залегать не только на флювиогляциальных отложениях,
но и непосредственно на морене.

Для моренных грунтов наряду с изменчивостью свойств
по площади учитывалась и их вертикальная зональность, свя-
занная как с условиями образования, так и с процессами ги-
пергенеза приповерхностных горизонтов [55]. По каждому
выделенному району для всех литологических типов грунтов
приведены нормативные значения показателей физических
свойств и параметров зондирования, полученные на основе
обобщения большого фактического материала изысканий, вы-
полненных в пределах территории Белоруссии на 300 объек-
тах промышленного и гражданского строительства. В связи с
неодинаковой изученностью территории республики динами-
ческим и статическим зондированием для показателя стати-
ческого зондирования нормативные значения по большинству
литологических видов грунтов (60 из 85) получены по урав-
нениям регрессии, приведенным в главе 4. Зависимости меха-
нических свойств грунтов от физических параметров и пара-
метров зондирования (главы 3, 4) позволили дополнить ин-
женерно-геологическую характеристику районов нормативны-
ми значениями прочностных и деформационных характери-
стик грунтов, при вычислении которых за основу приняты
результаты динамического зондирования. Логическая схема
типологического инженерно-геологического районирования для
массового строительства приведена на рис. 5.3.

Инженерно-геологическое районирование ледниковых отло-
жений выполнено в масштабе 1 : 1000000, соответствующем
принятому в главе 2 масштабу моделей полей условного ди-
намического сопротивления грунтов, с использованием геоло-
гической основы того же масштаба. Разработанная схема
районирования может применяться при составлении карт ин-
женерно-геологического районирования и более крупного мас-
штаба, в частности 1 : 500000, где можно детально показать
распространение основных геолого-генетических комплексов
пород, соответствующих инженерно-геологическим районам.

Учет закономерностей пространственной изменчивости ин-
женерно-геологических свойств ледниковых отложений, обус-
ловленных структурно-тектоническими особенностями терри-
тории, контролирующими рельеф и свойства грунтов, позво-
лил получить при инженерно-геологическом районировании
достаточно объективную схематизацию инженерно-геологиче-
ских условий Белоруссии. Одновременный учет этих факторов
позволил правильно подойти к изучению взаимосвязей физи-
ко-механических свойств грунтов, разработке региональных
норм, а также перейти к инженерно-геологической типизации
ледниковых отложений, использованной в дальнейшем для
разработки основных принципов комплексирования методов
прогноза прочностных и деформационных свойств грунтов и
оценки несущей способности свай.

На основе инженерно-геологического районирования отло-
жений с учетом гидрогеологических условий территории, опы-
Таблица 5.1. Условные обозначения к карте инженерно-геологического районирования

Инженерно - геологическая область	Инженерно- геологический район	Тип разреза			Вид грунта	Нормативные значения показателей физических свойств и параметров зондирования							Нормативные значения показателей механи- ческих свойств		
							Р	е	“7,	7Р	рд	%	с	ф	Е
I. Централь- но-Белорус- ский массив	1.	Моренные глинистые грунты  2.	Флювио- гляциальные песчаные грунты  3.	Лессовые пылевато- глинистые грунты				а)	супеси морен- ные верхней зо- ны  б)	супеси морен- ные нижней зо-  ны  в)	пески межмо- ренные  а)	пески флю- виогляциальные  б)	супеси морен- ные верхней зоны  в)	супеси мо- ренные нижней зоны  а)	суглинки лес- совидные  б)	супеси морен- ные верхней  зоны  в)	супеси морен- ные нижней  зоны	12,3  10,6  6,2  5,1  12,0  11,2  21,0  11,1  10,2	2,16  2,24  1,71  1,75  2,17  2,22  2,01  2,19  2,23	0,40  0,34  0,67  0,62  0,42  0,35  0,61  0,37  0,34	20,0  17,3  19,3  18,2  25,4  18,0  16,8	6,6  6,4  6,4-  6,8  7,9  6,7  6,4	2,8  11,2  6,8  6,1  29  12,5  4,2  13,7	2,4  12,0  6,4  8,6  1,5  11,0  3,2  12,1	0,26  0,60  0,01  0,01  0,24  0,67  0,29  0,32  0,73	28  29  32  32  28  29  24  28  29	16  42  30  33  13  46  7  20  50
															
			Ж"												
															
															
															
			да												
															
															
															
			р\о	о												
															
II. Оршан-
ская впадина

4. Озерно-
ледниковые
пылевато-
глинистые
грунты

а)	суглинки пы-
леватые

б)	пески флю-
виогляциальные
в) супеси морен-
ные верхней
зоны

г) супеси морен-
ные нижней

зоны

1. Озерно-
ледниковые
пылевато-
глинистые
грунты

2. Лессовые
пылевато-
глинистые
грунты

а)	суглинки пы-
леватые

б)	пески флю-
виогляциальные
в) суглинки мо-
ренные верхней
зоны

г) суглинки мо-
ренные нижней
зоны

а)	суглинки лес-
совидные

б)	пески флю-
виогляциальные
в) суглинки мо-
ренные верхней
зоны

г) супеси морен-
ные нижней

зоны

8
21,3	2,07	0,58	34,5	11,1	3,8	2,8	0,54	19	14
—	1,79	0,64	—	—	—	—	0,02	32	29
11,0	2,28	0,31	17,9	5,2	2,1	1,2	0,23	28	12
9,3	2,32	0,27	15,6	5,3	11,6	10,2	0,64	29	43
20,5	2,04	0,61	33,2	12,7	3,8	3,3	0,56	16	14
—	1,70	0,68	—	—	2,2	5,3	0,03	28	22
12,5	2,21	0,38	19,9	7,2	2,6	1,6	0,25	28	15
10,0	2,27	0,31	16,5	7,1	12,0	13,0	0,63	29	44
19,0	1,98	0,64	27,7	8,0	—	—	0,27	23	6
—	1,74	0,62	—	—	4,0	10,6	0,02	32	38
13,2	2,17	0,39	20,8	7,4	3,8	5,3	0,30	28	19
10,1	2,21	0,35	16,7	6,1	11,9	11,0	0,56	29	42
Инженерно- геологическая область	Инженерно - геологический район	Тип разреза			Вид грунта
	3. Моренные глинистые				а) суглинки мо- ренные верхней
					
	грунты				зоны  б) суглинки мо- ренные нижней
					зоны  в) пески меж-
					моренные
	4. Флювио-				а) пески флю-
	гляциаль- ные песча-		Ж		виогляциальные б) суглинки мо- ренные верхней
	ные грунты				
			У^°\'  \°\°\° к0		зоны  в) супеси морен- ные нижней  зоны  а) суглинки мо- ренные верхней
III. Припят-  ская впадина	1. Моренные глинистые				
					
	грунты				зоны  б) супеси морен-  ные нижней
					зоны  в) пески меж- моренные
					
Нормативные значения показателей физических свойств и параметров зондирования							Нормативные значения показателей механи- ческих свойств		
ьу	Р	е		'р	рд	%	с	ф	Е
12,7	2,22	0,37	20,2	7,2	3,2	1,8	0,25	28	17
11,3	2,22	0,35	18,3	7,3	11,4	10,0	0,63	29	43
3,8	1,71	0,65	—	—	5,9	4,8	0,01	32	28
5,9	1,70	0,66	—	—	5,1	4,0	0,01	31	25
12,2	2,17	0,41	19,5	7,4	3,0	2,0	0,27	28	16
11,2	2,22	0,35	18,2	6,7	10,0	8,6	0,57	29	38
14,2	2,14	0,44	22,2	7,1	2,5	1,6	0,24	28	15
12,1	2,17	0,40	19,4	6,1	10,3	8,9	0,58	29	39
4,5	1,72	0,61	—	—	—	—	0,02	33	32
2. Флювио-
гляциальные
песчаные
грунты

3. Аллю-
виальные пес-
чаные
грунты

4. Лессовые
пылевато-
глинистые
грунты



а) пески флю?
виогляциальные
б) супеси морен-
ные верхней
зоны

в) супеси морен-
ные нижней

зоны

а)	пески аллю-
виальные

б)	супеси морен-
ные верхней

зоны

в)	супеси морен-
ные нижней

зоны

а)	супеси лессо-
видные

б)	пески флю-
виогляциальные
в) суглинки мо-
ренные верхней
зоны

г) супеси морен-
ные нижней

зоны
7,6	1,76	0,62	—	—	6,2	8,5	0,001	32	29
14,1	2,16	0,43	22,1	6,8	3,1	1,7	0,27	28	16
11,8	2,17	0,40	18,9	6,5	10,4	9,0	0,58	29	39
5,7	1,74	0,61	—	—	5,7	4,6	0,02	31	25
12,8	2,15	0,42	20,3	6,0	2,6	1,6	0,24	28	15
11,8	2,21	0,37	18,9	5,9	9,7	10,6	0,55	28	37
12,2	1,80	0,69	23,4	6,2	—	—	0,32	22	8
5,7	1,68	0,66	—	—	5,4	4,6	0,03	31	26
12,8	2,15	0,42	20,3	7,1	3,3	2,3	0,28	28	17
10,9	2 21	0,35	17,7	6,7	9,8	8,5	0,56	29	38
Инженерно - геологическая область	Инженерно- геологический район	Тип разреза
IV. Брест-	1. Моренные	
ская впадина	глинистые 	
	грунты	
		
		
	2. Аллю- виальные	
	грунты	
		
		
	3. Флювио-	• ’ГоУ 
	гляциальные	
	песчаные	
	грунты	
		
		

Вид грунта

а)	суглинки мо-
ренные верхней
зоны

б)	суглинки мо-
ренные нижней
зоны

в)	пески меж-
моренные

а)	пески аллю-
виальные

б)	супеси морен-
ные верхней

зоны

в)	супеси морен-
ные нижней

зоны

а) пески флю-
виогляциальные
б) супеси морен-
ные верхней
зоны

в) суглинки мо-
ренные нижней
зоны
Нормативные значения показателей физических свойств и параметров зондирования							Нормативные значения показателей механи- ческих свойств		
	Р	е	“'г	7Р	рд		с	ф	Е
12,9	2,13	0,44	20,4	8,2	4,2	3,2	0,32	28	20
11,4	2,17	0,38	18,4	7,8	8,3	7,0	0,49	28	33
—	1,71	0,64	 —	—	6,7	5,5	0,02	32	30
2,8	1,71	0,59	—	—	5,8	4,7	0,01	31	25
12,1	2,22	0,37	19,4	6,2	3,5	2,5	0,29	28	18
11,9	2,24	0,35	19,1	6,8	5,9	5,5	0,39	28	25
—	1,73	0,58	—	—	5,9	4,8	0,01	31	28
12,0	2,22	0,36	19,2	7,0	4,5	3,4	0,33	28	21
13,0	2,23	0,37	20,6	7,7.	8,6	7,3	0,51	28	34
V. Воронеж- ская антек- лиза (запад- ная перикли- наль)  VI. Днепров- ско-Донец- кая впадина (северо-за- падные скло- ны)	1. Моренные глинистые грунты  1.	Аллюви- альные пес- чаные грун- ты  2.	Флювио- гляциальные песчаные гр унты
а) супеси морен- ные верхней зоны	13,8	2,20	0,39	21,7	5,7	3,1	2,1	0,27	28	16
б) супеси морен- ные нижней  зоны	13,9	2,21	0,37	21,8	6,3	8,6	7,3	0,51	28	34
в) пески меж- моренные	—	1,75	0,61	—	—	5,5	4,4	0,02	31	26
а) пески аллю- виальные	6,8	1,74	0,60			4,1	3,1	0,01	31	19
б) супеси морен- ные верхней зоны	11,4	2,06	0,47	18,4	5,7	2,5	1,6	0,24	28	15
в) супеси морен- ные нижней  зоны	10,0	2,10	0,41	—	—	—	—	0,25	28	24
а) пески флю- виогляциальные	5,9	1,72	0,63			5,2	4,1	0,02	32	26
б) супеси морен- ные верхней зоны	11,0	2,06	0,46	17,9	7,0	3,4	2,4	0,28	28	17
в) супеси морен- ные нижне й зоны	10,5	2,10	0,42	17,2	5,1	9,6	8,3	0,55	29	37
Инженерно-
геологическая
область

Инженерно-
геологический
район

Тип
разреза

Вид грунта

VII. Латвий-
ская седло-
вина

VIII. Жло-
бинская сед-
ловина

1. Озерно-
ледниковые
пылевато-
глинистые
грунты

2. Моренные
глинистые
грунты

1. Моренные
глинистые
грунты

а)	глины лен-
точные

б)	пески флю-
виогляциальные
в) суглинки мо-
ренные верхней
зоны

г) супеси морен-
ные нижней

зоны

а)	суглинки мо-
ренные верхней
зоны

б)	супеси морен-
ные нижней

зоны

в)	пески межмо-
ренные

а)	супеси морен-
ные верхней
зоны

б)	супеси морен-
ные нижней

зоны

в)	пески меж-
моренные
Нормативные значения показателей физических свойств и параметров зондирования							Нормативные значения показателей механи- ческих свойств		
о,	р		“г	7р	1 1	’з	с | ф		Е
28,3	2,01	0,74	45,8	18,6	4,6	1,8	0,45	13	10
—	1,95	0,68	—	—	5,6	5,5	0,03	28	24
12,1	2,22	0,37	19,4	7,1	3,5	4,1	0,33	28	21
10,2	2,27	0,31	16,8	6,0	12,4	10,9	0,67	29	46
11,8	2,18	0,39	19,0	7,1	4,2	3,2	0,30	28	19
10,9	2,29	0,31	17,7	6,2	11,0	9,6	0,61	29	• 41
—	1,66	0,69	—	—	7,4	6,2	0,02	32	32
13,3	2,11	0,46	21,0	6,8	2,5	1,6	0,24	28	15
12,0	2,11	0,42	19,2	7,0	10,3	8,9	0,58	29	39
8,2	1,87	0,54	—	—	9,5	8,2	Л оз	33	38
IX. Полес-
ская седло-
вина

2. Флювио-
гляциальные
песчаные
грунты

3. Аллюви-
альные пес-
чаные грун-
ты-

1. Аллю-
виальные
песчаные
грунты

а) пески флю-
виогляциальные
б) супеси морен-
ные верхней
зоны

в) супеси морен-
ные нижней

зоны

а)	пески аллю-
виальные

б)	супеси морен-
ные верхней

зоны

в)	супеси морен-
ные нижней

зоны

а)	пески аллю-
виальные

б)	суглинки мо-
ренные верхней
зоны

в)	суглинки мо-
ренные нижней

зоны
7,6	1,78	0,62	—	—	4,7	3,6	0,01	31	24
12,3	2,16	0,41	19,6	5,5	2,2	1,3	0,23	28	14
11,1	2,21	0,36	18,0	5,7	9,5	8,2	0,55	28	37
6,1	1,81	0,54	—	—	4,1	3,1	0,03	30	19
13,8	2,20	0,39	21,7	5,7	2,0	1,1	0,22	28	13
13,9	2,21	0,37	21,8	6,3	10,6	9,2	0,59	29	40
9,0	1,84	0,57	—	—	4,6	3,5	0,04	31	21
15,6	2,16	0,44	24,1	8,5	2,4	1,5	0,24	28	14
13,6	2,16	0,42	21,4	7,4	9,0	7,7	0,52	28	35
о

Инженерно- геологическая область	Инженерно- геологический район	Тип разреза				Вид грунта
X. Лоевская седловина	2. Флювио- гляциальные песчаные грунты  1. Аллю- виальные песчаные грунты					а) пески флю- виогляциальные б) супеси морен- ные верхней зоны  в) супеси морен- ные нижней  зоны  а)	пески аллю- виальные  б)	супеси морен- ные верхней зоны  в)	супеси морен- ные нижней  зоны
						
			Ц			
Нормативные значения показателей физических свойств и параметров зондирования							Нормативные значения показателей механи- ческих свойств		
	Р	е		7Р	рд		с	ф	Е
8,4	1,74	0,63	—	—	4,6	8,0	0,02	30	24
13,0	2,18	0,40	20,6	6,4	4,5	3,4	0,33	28	21
13,0	2,20	0,38	22,6	5,0	7,6	6,4	0,46	28	31
9,0	1,84	0,58	—	—	4,0	3,8	0,02	31	22
14,4	2,14	0,48	22,4	6,0	2,5	1,6	0,24	28	15
12,4	2,21	0,38	19,8	5,8	12,0	10,5	0,65	29	44
Рис. 5.3. Схема типологического инженерно-геологического районирования
ледниковых отложений
Таблица 5.2. Типизация ледниковых отложений

Типовая схема			Грунты	Тип фундамента	Комплекс методов для прогноза прочностных и деформационных свойств и несущей способности свай
			1— озерно-ледниковые пылевато-глинистые	Свайный	Статическое зондиро- вание
	=(!)—=				
			2 — моренные глини- стые		Динамическое зонди- рование Лабораторные методы
				Свайный	
			1—лессовые пылевато- глинистые		Статическое зондиро- вание
	в				
			2 — моренные глини- стые		Динамическое зонди- рование  Лабораторные методы
					
Г			1—лессовые пылевато- глинистые  2 — флювиогляциаль-	Свайный	Статическое зондиро-
					вание  Лабораторные методы
			ные песчаные		
			1 — флювиогляциаль- ные песчаные средней плотности маловлаж-  ные	На есте- ственном	Динамическое зонди- рование
				основа- нии	Лабораторные методы
			2 — флювиогляциаль- ные песчаные плотные		
			маловлажные		
			1 — флювиогляциаль- ные песчаные средней плотности водонасы-	Свайный	Статическое зондиро- вание
					Пенетрационный каро-
			щенные  2 — флювиогляциаль-		таж
			ные песчаные плотные водонасыщенные  1 — моренные глини- стые верхней зоны	На есте- ственном	Динамическое зонди- рование
					
			влажные  2 — моренные глини- стые нижней зоны влажные	основа- нии	Статическое зондиро- вание
					Лабораторные методы  Динамическое зонди- рование  Лабораторные методы
			1 — моренные глини- стые верхней зоны водонасыщенные	На есте- ственном основа-	
	'Ж				
	ужх		2 — моренные глини- стые нижней зоны	нии	
			водонасыщенные		
Продолжение табл. 5.2

Типовая
схема

Грунты

Тип
Фунда-
мента

Комплекс методов для
прогноза прочностных
и деформационных
свойств и несущей
способности свай

Ж

1 — флювиогляциаль-
ные песчаные

2 — моренные глини-
стые

На есте-
ственном
основа-
нии

1	— аллювиальные
песчаные водоьасы-
щенные

2	— флювиогляциаль-
ные песчаные водона-
сыщенные

Свайный

Статическое зондиро-
вание

Динамическое зондиро-
вание

Лабораторные методы

Статическое зондиро-
вание

Динамическое зондиро-
вание

Пенетрационный каро-
таж

та изысканий, проектирования и строительства в пределах
изученного региона все составленные разрезы объединены в
девять типовых схем (табл. 5.2). Для каждой из них предло-
жен определенный набор методов прогноза прочностных и де-
формационных свойств грунтов (применительно к определен-
ным этапам изыскательских работ). Приведенная в табл. 5.2
типизация ледниковых отложений позволяет научно обосно-
ванно подойти к выбору типов фундаментов и определению
комплекса методов исследования свойств грунтов, с учетом
предшествующего опыта инженерных изысканий, проектиро-
вания и строительства.

Выполненное типологическое инженерно-геологическое рай-
онирование ледниковых отложений может служить основой
для

—	перспективного планирования размещения крупных тер-
риториально-промышленных комплексов, различных видов
строительства и другого хозяйственного использования терри-
тории;

—	разработки комплексной схемы охраны окружающей
среды, районных планировок и генпланов городов;

—	составления программ на инженерно-геологические
изыскания;

—	проведения более детальных инженерно-геологических
исследований при обосновании проектов различных сооруже-
ний;

— составления технико-экономических обоснований, когда
это возможно без более детальных инженерно-геологических
изысканий.

При планировании размещения различных видов строи-
тельства важное значение имеет предварительная оценка
сжимаемости грунтов и несущей способности свай. Для этих
целей могут служить карты инженерно-геологического райо-
нирования, на которых выделяются районы или участки с бо-
лее или менее одинаковыми частными инженерно-геологиче-
скими особенностями. Сочетание геологических полей услов-
ного динамического сопротивления моренных грунтов (глава
2) с уравнениями регрессии для прогноза модуля деформации
и несущей способности свай (глава 4) позволило построить

Рис. 5.4. Поле сжимаемости мо-
ренных грунтов верхней зоны.
Районы со значением модуля
деформации, МПа: 1 — 5—10;
2—10—15; 3—15—20; 4 —
20—25

Рис. 5.5. Поле сжимаемости мо-
ренных грунтов нижней зоны и
несущей способности свай. Райо-
ны со значением модуля дефор-
мации (несущей способности
свай), МПа (кН): / — 20—25
(30—40); 2 — 25—35 (40—50);
3 — 35—45 (50—60); 4 — 45—
55 (60—70)

карты сжимаемости морены и несущей способности погружен-
ных в нее свай. Для верхней зоны морены построено поле
сжимаемости, на котором выделены районы с различным зна-
чением модуля деформации грунтов (рис. 5.4), для нижней
зоны — совмещенное поле сжимаемости моренных грунтов и
несущей способности квадратной забивной сваи сечением ЗОХ
ХЗО см и длиной 8 м, погруженной в моренные грунты ниж-
ней зоны (рис. 5.5).

5.2.	Оценка эффективности методов прогнозирования
прочностных и деформационных свойств

Чтобы оценить возможные преимущества какого-либо ме-
тода прогнозирования, входящего в комплекс, необходимо
выявить его эффективность. Под эффективностью будем по-
нимать оценку достоверности прогноза, являющуюся основа-
нием для принятия оптимального решения. Вопрос оценки
эффективности методов прогнозирования весьма актуален,
однако не получил еще своего окончательного решения.
Можно проводить сравнения различных методов прогнози-
рования по оценке смещения коэффициентов прогнозных мо-
делей, точности прогнозов или границам доверительного ин-
тервала и по отклонению фактических значений от прогноз-
ных. Однако каждая из этих оценок характеризует отдельные
преимущества метода. Необходимо иметь еще и комплексную
характеристику качества метода прогнозирования как оценку
эффективности. О точности и надежности метода прогнози-
рования можно судить по тому, насколько результаты, полу-
ченные с его помощью, соответствуют реальным значениям.

Непосредственно аппарат прогнозирования не дает воз-
можности формально оценить точность и надежность получае-
мых результатов, тем более что это в значительной степени
зависит от исходной информации. Используемая на практике
процедура ретроспективного анализа наиболее удачна и в
ряде случаев позволяет однозначно ответить на вопрос о точ-
ности и надежности прогноза- Но это возможно лишь тогда,
когда вследствие неточности прогноза не происходит сущест-
венной потери информации.

Один из подходов формального сравнения результатов
прогноза, получаемых с помощью различных методов, предло-
жен в работе [115].

Эффективность прогноза вычислим из уравнения

2,501 , Г 2 , а2	м

еИ =-----2---1/ °прЧ-------»	(5.1)

Ипр	У	п

где о2 — дисперсия функции, п2р — дисперсия прогноза (остаточ-
ная дисперсия), п — число определений функции при построении
уравнений регрессии.

Полученное выражение позволяет численно определить,
какой из конкурирующих методов прогноза дает лучшие ре-
зультаты.

Численные значения эффективности прогноза прочност-
ных и деформационных свойств отложений ледникового
комплекса с использованием различных методов, найденные
по табл. 5.3, приведены в табл. 5.4. Из нее следует, что наи-
более эффективными методами прогноза прочностных харак-
теристик озерно-ледниковых и моренных грунтов являются
лабораторные. При прогнозе модуля деформации удобнее
всего применять статическое и динамическое зондирование.
Данные табл. 5.4 могут быть полезны при назначении объ-
емов работ по каждому методу при комплексном их исполь-
зовании. В табл. 5.5 приведены ориентировочные значения
количества испытаний для прогноза механических свойств в
сочетании с процентным соотношением значений эффектив-
ности по каждому из трех методов и оптимальным числом
Таблица 5.3. Основные статистические параметры уравнений регрессии, рекомендуемых для прогноза прочностных
и деформационных свойств ледниковых отложений различными методами

Грунты	Статистический параметр	Удельное сцепление			Угол внутреннего трения			Модуль деформации		
		л	ДЗ	сз	л I	ДЗ	сз	Л	ДЗ	сз
Моренные	• п	192	176	261	192	176	261	176	183	66
	&	0,0225	0,0361	0,0441	13,988	14,440	21,902	112,36	95,062	99,600
	52 (<4’ ^.)	0,0112	0,0237	0,0146	9,672	11,512	12,931	79,602	31,832	34,340
Флювиогляци-	п							98	47	47	76	187	103
альные	о2	—	—	—	17,472	17,389	20,340	255,680	209,381	231,344
		—	—	—	14,869	15,148	13,148	122,324	64,000	84,254
Озерно-	п	218	52	92	218	52	92	52	9	—
ледниковые	о2	0,0541	0,0289	0,0528	35,781	26,729	31,025	3,06	44,76	—
	5г(°пр’	0,0020	0,0125	0,0328	3,486	24,423	18,714	2,07	33,10	—

зондирование, СЗ — статическое зонди-

методы, ДЗ — динамическое

Примечание. Здесь и далее Л — лабораторные
рование.
Таблица 5.4. Значения эффективности прогноза при использовании
разных методов

Грунты	Удельное сцепление, 10* Па			Угол внутреннего трения, град			Модуль деформации, МПа		
	Л	ДЗ	СЗ	Л	ДЗ	СЗ	Л	ДЗ	СЗ
Моренные	23,8	16,3	20,8	0,81	0,74	0,70	0,28	0,45	0,44
Флювиогля- циальные	—	—	—	0,65	0,65	0,70	0,23	0,32	0,28
Озерно-лед- никовые	59,29	22,9	13,9	1,37	0,51	0,58	—	0,47	—

Таблица 5.5. Количество испытаний для прогноза
механических свойств грунтов

Грунты	Число испытаний					
	для прогноза прочно- стных характеристик			для прогноза модуля деформации		
	Л	ДЗ	СЗ	Л	ДЗ	СЗ
Моренные	7	6	7	5	8	7
Флювиогляциальные	6	7	7	5	8	7
Озерно-ледниковые	12	4	4	16	4	—

испытаний для показателей сдвига и модуля деформации,
взятых из работ [4, 65] (20 определений).

Полученная по формуле (5.1) эффективность прогноза в
известной мере может служить показателем, определяющим
информационную эффективность различных методов [106].
При оценке экономической эффективности применения комп-
лекса методов возникают две задачи:

1)	снизить затраты для получения заданной точности
прогноза;

2)	получить такое решение инженерной задачи, которое
при фиксированных затратах обеспечило бы требуемую точ-
ность и надежность.

Решение первой задачи сводится к выбору наиболее де-
шевых методов прогноза и позволяет снизить стоимость
изыскательских работ. Решение второй приводит к увеличе-
нию информационной эффективности исследований.

Экономическую эффективность комплексирования методов
нужно рассматривать в неразрывной связи с экономической
эффективностью инженерных изысканий [106]. С ростом ин-
формационной эффективности прогноза потенциально воз-
растает и экономическая, которая определяется как разность
между стоимостью нулевого цикла строительства без учета
материалов изысканий и стоимостью строительства, запро-
ектированного по данным изысканий. Последнее, как извест-
но, зависит от качества изысканий, в частности, от точности
и надежности прогноза физико-механических свойств грунтов.

5.3.	Синтез методов прогноза прочностных
и деформационных свойств

Для прогнозирования прочностных и деформационных
свойств ледниковых отложений могут привлекаться различ-
ные методы. Так, использование лабораторных методов дает
возможность оценить динамику определенных показателей
объекта на перспективу как при условии неизменности дей-
ствия на объект внешний условий, так и при количественных
изменениях объекта исследования. Применение методов ста-
тического и динамического зондирования позволяет получить
оценки механических свойств грунтов в условиях их естест-
венного залегания и учесть структурно-текстурные особеннос-
ти грунтов, отражающих различия физических свойств. Может
возникнуть ситуация, когда прогнозы, описываемые разными
методами, одинаково вероятны. Как в первом, так и во втором
случае возможно определенное объединение прогнозных ре-
зультатов — так называемый синтез прогнозных оценок в
целях построения комбинированного прогноза [115].

Рассмотрим непосредственно процедуру синтеза прогнозных
оценок. По результатам прогнозирования, полученным с по-
мощью различных методов, определены значения прогноза Лх,
А2, Ап с ошибками, характеризующимися остаточными ди-
сперсиями ..., сг?, приведенными в табл. 5.3. Необходимо

*

построить некоторую средневзвешенную оценку А с такими
весами р,г(/= 1, ..., и), чтобы она была наиболее эффективной.

Дадим синтезированную оценку прогноза Д*, которая
была бы линейной комбинацией частных прогнозов, т. е.

* *

А = 2	<5-2)

1=1

где Аг — значения частных 1-х прогнозов, ц; — вес г го прог-
ноза. Веса щ выбираются по критерию минимума ошибок
(дисперсии) прогноза А*. Веса, определяющие величину оцен-
ки синтеза прогнозных результатов, находим по формуле

1

* 1
^2-1-

Найдем выражение А и

о

дисперсии а» :
2^-'-

1^1 °А1

л

А- •

(5.3)

Для случая трех прогнозных результатов, т. е. для случая
^=3, можно записать:

Цг — коэффициенты величины оценки синтеза прогнозных
результатов:

*	=  2 ~ 2	,	2	2	’	<5’4)  ал2 ал, -г ал, ал, + алх ал2  <&<Гл. + аХ<й + <й<й ’	(5‘5)  гг2 2 -Ц гг2 гг2 1 ГГ2 ГТ2 ’	(5’6)  алх ал2 + ал, ал3 + ал2 ал,

А — среднюю величину синтеза прогнозных результатов:

* 1

А —------2—;—2—;—2—	+ &а2А3;	(5.7)

оА1 + оа2 + ал,

о* — дисперсию величины

синтеза прогнозных результатов:

2	2	2

2 _ СГЛх ал, сгл3

*А' оа + ^ + пл, ‘

(5.8)

В нашем случае для прогноза прочностных и деформацион-
ных свойств ледниковых отложений используются три мето-
да: лабораторные определения показателей физических
свойств грунтов, статическое и динамическое зондирование.

Коэффициенты (веса) величины оценки синтеза'прогноз-
ных результатов при определении механических свойств
грунтов различными методами для отдельных генетических
типов ледниковых пород приведены в табл. 5.6.

С учетом данных табл. 5.6 можно в известной мере до-
полнить логические процедуры комплексирования методов
элементами формализации. Определяя прогнозные значения
характеристик по каждому из методов, включенному в комп-
лекс, и вклад каждого из методов в окончательный прогноз,
можно построить комбинированный прогноз прочностных и де-
формационных свойств ледниковых отложений по косвенным
признакам, который является оптимальным (наиболее ин-
формативным по сравнению с использованием одного косвен-
ного метода).

Изложенные соображения позволяют сделать процедуру
комплексирования более корректной, построенной на учете
Таблица 5.6. Веса, определяющие оценку синтеза
прогнозных результатов

Грунты	Удельное сцепление			Угол внутреннего трения			Модуль деформации		
	Л	ДЗ	сз	Л	ДЗ	сз	Л	ДЗ	сз
Моренные	0,45	0,21	0,34	0,39	0,32	0,29	0,17	0,43	0,40
Флювиогля- циальные	—	—	—	0,32	0,32	0,36	0,23	0,44	0,33
Озерно-лед- никовые	0,82	0,13	0,05	0,75	0,11	0,14	—	—	—

большего количества факторов, таких, как геолого-структур-
ные особенности, тип разреза, тип фундамента, оценка эффек-
тивности каждого из методов и его вклада в общий прогноз,
опыта проектирования и изысканий.

5.4.	Основные научные принципы комплексирования
методов

Разработка методологических принципов комплексирова-
ния методов инженерно-геологических исследований, рассчи-
танных на получение всей информации, необходимой для про-
ектирования инженерных сооружений при минимальных за-
тратах средств и времени,— одна из наиболее актуальных
задач инженерной геологии в современный период. Методика
должна разрабатываться на основе инженерно-геологического
районирования и типизации отложений.

Первостепенное значение приобретает создание комплек-
сов методов, которые обеспечили бы получение объективной,
стандартной и максимально полной информации, пригодной
для многоразового использования и достаточной для прогно-
зирования и проектирования объектов, расположенных в раз-
ных геолого-географических условиях.

Решение задач, связанных с комплексным применением
полевых и лабораторных методов, а также способов иссле-
дования инженерно-геологических свойств пород, является
узловым моментом при выборе рациональной схемы для по-
строения модели исследуемых объектов. При этом подразу-
мевается, что время, необходимое для получения определен-
ных результатов, затраченные средства, а также объем
информации должны быть увязаны между собой таким обра-
зом, чтобы они представляли оптимальный вариант.

В настоящее время при изысканиях для исследований
грунтов в массиве применяется ряд методов и технических
средств, основанных на различных принципах. Однако каж-
дый из методов позволяет дать, как правило, одну или две
характеристики грунта, что, безусловно, способствует его изу-
чению, но не решает задачу получения полной информации о
физико-механических свойствах породы. Выход из данного
положения заключается в рациональном комплексировании
различных методов, на основании которых производится вы-
бор технических средств для реализации поставленных задач.

Фундаментом научного подхода к комплексированию
являются принципы, предложенные И. С. Комаровым [66]:
1) определение информационных возможностей и пределов
применимости отдельных частных методов информации;
2) оценка точности и достоверности получаемой информации;
3) установление экономических показателей, характеризую-
щих эффективность применения отдельных методов; 4) вы-
работка рациональных форм сочетания отдельных методов.
Дальнейшее развитие вопросы комплексирования получили в
работах [1, 44, 123, 173]. Т. А. Грязнов [44] указывает, что
создание систем комплексов и тем более технических средств
практически невозможно без обоснования связи в ряду геоло-
го-географические условия — нормированные показатели —
методы получения показателей — комплексы методов — тех-
нические средства.

Технические средства для реализации комплексов методов
являются заключительным звеном получения информации.
Они должны обеспечивать работоспособность комплекса в
различных геологических условиях и стандартность оценки
показателя.

Один из важных вопросов повышения эффективности каж-
дого метода — определение его места в общем комплексе
изысканий. Место метода (или комплекса методов), а также
очередность его применения в общем комплексе изысканий
зависят от многих факторов и в первую очередь от информа-
тивности, экспрессности, трудозатрат на единицу измерения
и т. д.

Когда говорят об эффективности в геологическом смысле,
чаще подразумевают объем информации, необходимый и до-
статочный для проектирования. Именно это качество позво-
ляет выбрать и обосновать оптимальный вариант решения
того или иного инженерного сооружения или мероприятия,
построить прогноз их поведения и тем самым удешевить
строительство и эксплуатацию. Экономическая эффективность
применения комплекса для оценки показателей свойств по-
род заключается, во-первых, в относительно низких затратах
времени и средств, во-вторых, в том, что его применение по-
зволяет значительно сократить объем бурения, уменьшить
количество проб, отобранных из скважин, и соответственно
лабораторных анализов пород.

Следует подчеркнуть, что использование нескольких
полевых методов еще не определяет экономическую эффек-
тивность комплекса. Необходимо оптимальное сочетание не-
скольких полевых методов, достаточное для решения опреде-
ленной строительной задачи в конкретных инженерно-геоло-
гических условиях при затрате минимума средств и времени.
По И. В. Дудлеру [48], комплексирование полевых методов —
это установление и реализация в практике изысканий опти-
мального комплекса полевых методов и рациональной тех-
нологической схемы его применения, предусматривающей
определенное соотношение объемов работ для отдельных ме-
тодов, очередность их использования, порядок обработки,
взаимокорректировки и интерпретации получаемых резуль-
татов.

По мнению Т. А. Грязнова [44], для эффективного при-
менения полевых методов необходимо для каждого метода
установить четкие границы использования, определить опти-
мальное соотношение объемов работ, выполненных этими
методами, и установить целесообразную очередность их при-
менения.

По Б. М. Ребрику и др. [123], составные элементы поня-
тия комплексирования методов следующие: а) набор методов,
необходимых для качественного опробования грунтов; б) по-
следовательность их применения; в) ориентировочные объ-
емы по каждому методу, включенному в комплексе.

Таким образом, в соответствии с принципом оптимальнос-
ти мы должны выбрать определенные методы получения тре-
буемой информации. Варьируя те или иные методы исследо-
ваний свойств грунтов, необходимо найти такое решение
инженерной задачи, которое обладает заданной точностью и
надежностью при фиксированных затратах, или, наоборот,
минимизировать затраты для получения фиксированной точ-
ности [118]. В такой постановке и решался нами вопрос о
выборе и комплексировании методов прогноза прочностных и
деформационных свойств ледниковых отложений.

В настоящее время комплексирование методов основыва-
ется, как правило, на геологическом подходе [44, 48, 173],
при котором оптимальный комплекс методов при проведении
изысканий определяется исходя из геологических условий с
учетом требований инженерно-геологической информации,
зависящих от характера объекта изысканий и стадии проек-
тирования. Такой подход К комплексированию неизбежно
ведет к необходимости инженерно-геологического районирова-
ния и типизации инженерно-геологических условий. На прак-
тике приходится иногда считаться и с другим подходом к
комплексированию методов исходя из предполагаемого (пла-
нируемого) объема буровых работ [123], т. е. определением
объемов тех или иных методов оценки свойств грунтов по
отношению к объему бурения исходя из опыта работы той
или иной изыскательской организации.

Предпринимавшиеся ранее попытки более или менее удов-
летворительного инженерно-геологического районирования
территорий для изысканий вообще и комплексирования ме-
тодов изысканий в частности не всегда приводили к желае-
мым результатам.

Существенным недостатком второго подхода является то,
что он базируется не на научно обоснованном сочетании комп-
лекса методов, применявшихся той или иной изыскательской
организацией, а на стихийном (случайном) их комплексиро-
вании в соответствии с соображениями (часто чисто интуитив-
ными) изыскателей и техническими возможностями органи-
заций.

Как видно из изложенного, комплексирование методов ис-
следований свойств грунтов представляет значительные труд-
ности, так как требует одновременного учета большого числа
факторов, подчиняющихся различным закономерностям. От-
меченные недостатки объясняются несовершенством совре-
менной методики инженерно-геологического комплексирова-
ния и не могут быть устранены простым совмещением не-
скольких методов, так как это неизбежно приводит к очень
сложной схеме комплексирования, мало пригодной для полу-
чения требуемой инженерно-геологической информации.

Сформулируем наиболее общие принципы комплексирова-
ния методов прогноза прочностных и деформационных свойств
ледниковых отложений для промышленного и гражданского
строительства, основанные на инженерно-геологическом рай-
онировании и типизации образований, эффективности каждо-
го из методов и его вкладе в общий прогноз, имеющемся
опыте изысканий:

а)	анализ сведений об инженерно-геологических особен-
ностях участка, выбор типа разреза, построение содержатель-
ной концептуальной модели;

б)	определение предполагаемого типа фундамента по со-
гласованию с проектной организацией;

в)	выбор комплекса методов исследований для получе-
ния необходимой информации об инженерно-геологических
свойствах грунтов в зависимости от стадии изысканий и типа
фундаментов с учетом их информативности и области при-
менения;

г)	определение объема работ по каждому методу, вклю-
ченному в комплекс с учетом его эффективности;

д)	выполнение работ выбранным комплексом методов в
последовательности, определенной технологической схемой
их проведения;

е)	синтез результатов;

ж)	контроль и уточнение результатов прямыми методами.

Как показывает практика, экономический эффект от
изысканий при обеспечении проектирования качественными
материалами в большинстве случаев в десятки, а иногда и в
сотни раз выше, чем стоимость всех косвенных и прямых ме-
тодов прогноза вместе взятых. Таким образом, оценка эконо-
мической эффективности комплексирования методов — слож-
ная задача, при решении которой необходимо учесть ряд фак-
торов, часть из которых выходит за пределы компетенции
инженера-геолога и должна рассматриваться совместно с про-
ектировщиками и строителями.

5.5.	Логические правила и процедурные схемы
комплексирования методов прогнозирования

Модификация существующих методов определения проч-
ностных и деформационных свойств грунтов и реконструк-
ции технических средств — не самая эффективная мера при
решении все более усложняющихся задач прогнозирования.
Только более гибко конструируемая комплексная система
прогнозирования с небольшим количеством жестких связей
и организацией своей структуры и процедурной схемой реа-
лизации позволяет учитывать специфику цели и объекта
прогнозирования, объем и характер имеющейся информаци-
онной базы и технических средств.

Анализ существующих способов комплексирования вы-
явил, несмотря на многообразие подходов и приемов прогно-
зирования, довольно ограниченное количество стандартных
процедур, в той или иной последовательности входящих в
комплекс. Не очень разнообразны и схемы их сочетания, на-
правленные на решение частных задач отдельных этапов
прогнозирования, причем начальные и конечные процедуры
этих сочетаний, как правило, идентичны. Сочетания последо-
вательно выполняемых прогностических процедур, имеющие
одинаковое целевое назначение и обеспечивающие функцио-
нирование сингулярных методов прогнозирования по принци-
пу дизъюнкции, можно назвать модулем [115]. Модуль явля-
ется основным строительным элементом комплексных систем
прогнозирования.

На рис. 5.6 представлены схемы применяемости сингуляр-
ных прогностических методов на основных этапах прогнози-
рования и процедурные схемы комплексирования модулей, а
также шесть стандартных модулей, в пределах которых мож-
но скомплексировать различные методы исследований свойств
грунтов в зависимости от стадии изысканий и предполагае-
мого типа фундаментов. Внутри каждого модуля процедуры
объединены либо по принципу конъюнкции (логическое
умножение), либо по принципу дизъюнкции (логическое сло-
жение). Так, модули в терминах алгебры символической ло-
гики (булевой алгебры) запишутся следующим образом:

М1 -> [ВТР л ВТФ л Л л ПДХ].
Значения символов здесь и в последующих логических
формулах комплексирования модулей следующие: V — соеди-
нительное «или» — событие совершится, если будет выполне-
на хотя бы одна из предпосылок; Д — соединительное «и» —
событие совершится, если будут выполнены все предпосылки;

Ми [ВТР л ВТФ л ВКМ л (Л V ДЗ) л ОР л СП л ПДХ л НС],

М1П [ВТР л ВТФ л ВКМ л (Л V СЗ V ДЗ) л ПК л ОР л СП л
л Пр л ПДХ],

М1у [ВТР л ВТФ л ВКМ л (Л V ПК V ДЗ) л СЗ л ОР л
лСПлПДХлЭлНС],

ВИДЫ РАБОТ			
Инженерно-геолзгическая рекогносцировка	Инженерно-геологическая съемка	Инженерно-геологическая	разведка
	ТИП ФУНДАМЕНТА				
на естеств.	свайным  основании	свайный	на естественном	свайный  основании	свайный	на естественном основании	свайный
Модуль 1 Модуль II	Модуль III	Модуль IV	Модуль V	Модуль VI
(втр) (втр)	(втр)	(втр)	(втр)	(втр)
(втф) (втф)	Гвтф)	(втф)	(втф)	(втф)
(л) (вкм)		-/вКм)		*(?*“)	—-/вкм)			-Гвкм)
(пдх) (лЛ(дз)	СлуСс	(л )Гсз)(дз) (л	уСпкуСдзу
—Сор)	Гпк)—	(сз)—	Гпк)—	Гез)—
(сп)-!		С°7		С0РУ		Гор) —	“*(ор)
(пдх)	(сп)—*	(сп)—	(сП)—*
Гнс)	(пи	(пдх)	(ш )(ср)(пр)	(V)
	(пдх)	(з)	(пдх)	(пдх)
	(нс)	Гис	) Г 3 )
			Гис )

Рис. 5.6. Схемы комплексирования модулей прогноза прочностных и дефор-
мационных свойств ледниковых отложений: ВТР — выбор типа разреза,
ВТФ — выбор типа фундамента, ВКМ — выбор комплекса методов, Л •—
лабораторные методы, ДЗ — динамическое зондирование, СЗ — статическое
зондирование, ПК — пенетрационный каротаж, ОР — определение объема
работ, СП — синтез прогнозов, Пр — прессиометрия, Ш — штамповые испы-
тания, Ср — полевые испытания на срез, Э — испытания эталонных свай,
ИС — испытания натурных свай, ПДХ — прочностные и деформационные
характеристики, НС — несущая способность свай
Му -> [ВТР л ВТФ л ВКМ л (Л V СЗ V ДЗ) л ПК л ОР л СП л
л (Ш V Ср V Пр) л ПДХ],

Му1-^ [ВТР л ВТФ л ВКМ л (Л V ПК V ДЗ) лСЗ л
л ОР л СП л Пр л ПДХ л (ИС V Э) л НС].

Для достижения цели модулей (в данном случае прогноз
прочностных и деформационных характеристик и оценка не-
сущей способности свай) достаточно выполнить центральные
процедуры с помощью одного из косвенных (для модулей V,
VI и прямых) методов — лабораторные, динамическое зонди-
рование, статическое зондирование и пенетрационный каро-
таж, но правило дизъюнкции (соединительное «или») означа-
ет, что для дублирования прогнозной информации могут быть
применены и все параллельно соединенные методы.

Одновременно для достижения цели модулей могут быть
выполнены все процедуры начиная с ВТР и кончая ПДХ и
НС (правило конъюнкции). В этом случае модули имеют пол-
ную структуру.

Смысловая интерпретация модулей заключается в следу-
ющем. Для комплексирующей системы достаточной является
структура, состоящая из шести модулей — представителей
различных этапов изысканий; в модуле может быть исполь-
зован один или несколько рекомендуемых методов исследо-
вания свойств грунтов с обеспечивающими его процедурами.
Наиболее рациональна структура, в которой на всех этапах
прогнозирования объекта может одновременно использовать-
ся несколько методов при комплексном их сочетании, каждый
из которых направлен на решение определенной задачи в
зависимости от информативности и области применения ме-
тода. Выбор методов, обеспечивающих эффективное выпол-
нение процедуры прогноза, осуществляется на основании
максимальной их адаптации к цели и объекту прогноза, объ-
ему располагаемой информации. При этом используются
предположения о применяемости интуитивных и формализо-
ванных методов в зависимости от указанных параметров и
другие логические заключения, полученные на основании
опыта изысканий и практики комплексирования методов.

В качестве критерия оптимальности предлагается исполь-
зовать критерий экономической эффективности:

1к т

соп=	(5.9)

<0 »=1

где Соп — критерий стоимости операции прогноза; С 1.(0—
расходы на единицу средства вида I, участвующего в опера-
ции прогноза в единицу времени 1\ Пг(1) —количество средств
вида /, необходимых в единицу времени для выполнения опе-
рации прогноза; I — индекс типа метода, участвующего в
прогнозе; т — количество методов прогноза; /0 и — время
начала и конца операции прогноза.

Как показывает практика изысканий, наиболее достовер-
ное расчленение массивов горных пород на инженерно-геоло-
гические элементы и последующее корректное изучение их
физико-механических свойств может быть достигнуто, если
одновременно используется комплексное сочетание нескольких
методов исследований. Особенно это важно при изучении
ледниковых отложений, характеризующихся значительной
изменчивостью их свойств (см. главу 2). Лабораторные мето-
ды при прогнозе прочностных характеристик наиболее эффек-
тивны, но они дискретны, в то время как зондирование позво-
ляет получить непрерывную характеристику свойств по всему
разрезу.

5.6.	Создание технических средств для реализации
комплекса методов

Заключительным этапом получения необходимой инфор-
мации о прочностных и деформационных свойствах леднико-
вых отложений является создание технических средств для
реализации комплексов методов. Наряду с традиционными и
стандартными методами прогноза, приведенными на рис. 5.6,
в БелГИИЗе под руководством автора разработано «Автома-
тизированное устройство к буровой установке УГБ-50М для

динамического зондирова-
ния грунтов». С его по-
мощью существенно расши-
ряются технические возмож-
ности буровых установок и
они могут комплексно ис-
пользоваться для бурения и
зондирования, что позволяет
получить данные для про-
гноза прочностных и дефор-

Рис. 5.7. Автоматизированное уст-
ройство к буровой установке
УГБ-50М для динамического зон-
дирования грунтов: 1 — штанга;
2 — пенетрационный молот; 3 —
опорная каретка; 4 — направляю-
щее устройство
мационных характеристик грунтов одновременно двумя мето-
дами (лабораторные и зондирование). Устройство монтиру-
ется на базе серийного станка типа УГБ-50М и состоит из
оборудования установки для динамического зондирования
УБП-15: пенетрационного молота; штанг длиной 1,5 м; опор-
ной каретки, передвигающейся по направляющим вращателя
УГБ-50М.

Зондирование осуществляется в соответствии с ГОСТ
19912-81 свободно падающим молотом с помощью ударного
механизма УГБ-50М (рис. 5.7).

С учетом хода ударного механизма высота падения моло-
та при автоматизации процесса зондирования составляет
55 см. Для сохранения удельной энергии зондирования уста-
новок среднего типа масса молота увеличена на 27,5 кг.
Запись условного динамического сопротивления по глубине
производится на диаграммной ленте регистратором динами-
ческого зондирования конструкции БелГИИЗа. Преобразова-
ние ударов молота в электрический импульс производит счет-
чик ударов молота, кинематически связанный посредством
магнита и двух герконов с кривошипно-шатунным механиз-
мом. Для обеспечения вертикальности погружения зонда в
грунт при динамическом зондировании изготовлено направ-
ляющее устройство.

Отличительными особенностями автоматизированного уст-
ройства являются простота конструкции, быстрота монтажа,
автоматическая работа ударного устройства и фиксация ре-
зультатов зондирования, что повышает качество исследова-
ний, производительность труда и улучшает культуру произ-
водства. Наиболее эффективно применение устройства на
объектах с небольшим объемом инженерно-геологических ра-
бот и при выполнении инженерно-геологических съемок раз-
ных масштабов. Широкое внедрение устройства в производст-
во позволит существенно повысить качество и снизить стои-
мость инженерно-геологических изысканий.

По предварительному расчету, годовая экономическая
эффективность от внедрения автоматизированного устройства
составляет 15 тыс. рублей на одну установку.
Глава 6

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО
ИЗУЧЕНИЯ И ОЦЕНКИ ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
ДЛЯ МАССОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

6.1.	Основные положения системного подхода

В предыдущих главах рассмотрены различные методы
прогноза механических свойств массивов горных пород, слу-
жащих в качестве оснований зданий и сооружений. Однако,
как показывает практика изысканий и проектирования для
массового строительства, рациональная методика инженерно-
геологического изучения и оценки массивов грунтов должна
базироваться на системном подходе к изучению всей геолого-
техногенной конструкции, состоящей из основания фундамен-
та и сооружения как единой сложно организованной системы.
Назовем такие конструкции геолого-техническими объектами
(ГТО) (рис. 6.1).

Геолого-технический объект состоит из трех последова-
тельно соединяемых и в этой же последовательности возводи-
мых элементов (подсистем): основания (массива грунта),
фундамента и надземной части здания или сооружения. При
совместной работе этих элементов должно обеспечиваться
выполнение системой ее главного назначения, которое опре-
деляется технологическими или бытовыми условиями, преду-
смотренными в нормах на проектирование. Элементы системы
должны быть надежными, поскольку отказ любого элемента
приводит к отказу всей системы.

В соответствии с СНиП 2.02.01-83 расчетная схема систе-
мы сооружение—основание или фундамент—основание долж-
на выбираться с учетом наиболее существенных факторов,
определяющих напряженное состояние и деформацию осно-
вания и конструкций сооружения (статической схемы соору-
жения, особенностей его возведения, характера грунтовых на-
пластований, свойств грунтов основания, возможности их
изменения в процессе строительства и эксплуатации сооруже-
ний и т. д.).

Положение фундамента как промежуточного элемента
системы, обеспечивающего совместную работу основания и
надземной части сооружения, наиболее сложно. Отказ фун-
дамента всегда приводит к отказу надземных конструкций,
но обычно не влечет за собой одновременного отказа основа-
ния. Тем не менее при оценке надежности фундамента как
конструкции, взаимодействующей с грунтом, следует рас-
сматривать систему основание—фундамент, так как надеж-
ность фундамента определяется показателями обоих этих
элементов.

Разработка оптимальных проектов требует целенаправлен-
ного инженерно-геологического изучения и оценки оснований

Рис. 6.1. Структурная схема геолого-технического объекта

проектируемых зданий или сооружений на всех этапах про-
ектно-изыскательских работ. Методика такого изучения
должна основываться на учете и комплексном сочетании двух
групп факторов: геологических и проектных (технических),
определяющих содержание, направление и рациональную
технологию инженерно-геологических исследований.

Многоцелевой формой обобщения и представления мате-
риалов инженерно-геологического изучения массивов горных
пород для изысканий и проектирования служит типологичес-
кое инженерно-геологическое районирование территории, вы-
полненное в виде карты районирования с соответствующими
приложениями (глава 5). Оно позволяет, во-первых, объек-
тивно оценить существующие инженерно-геологические усло-
вия и дать предварительный качественный и количественный
прогноз свойств оснований зданий и сооружений, а во-вторых,
открывает широкие возможности для использования метода
инженерно-геологических аналогий, включая обобщение и
перенесение опыта изысканий, проектирования, строительства
и эксплуатации сооружений в различных инженерно-геологи-
ческих условиях [163].

Одним из способов инженерно-геологического обоснования
проектирования на ранних стадиях может быть картирование
территории по расчетным показателям свойств грунтов [171].
Подобные карты могут быть построены, например, на основе
полей условного динамического сопротивления, тесно скорре-
лированного с модулем деформации и прочностными харак-
теристиками грунтов. Такие карты нужно использовать глав-
ным образом для выбора рациональных типов фундаментов,
относительная стоимость работ по возведению которых в
строительном производстве довольно высока. По данным про-
ектных организаций республики, стоимость работ нулевого
цикла составляет до 20%' от общего объема строительно-мон-
тажных работ.

В первую очередь следует выяснить возможность строи-
тельства на естественном основании исходя из назначения и
конструктивных особенностей проектируемых сооружений, их
капитальности, типа и глубины заложения фундаментов, ха-
рактера и величины передаваемых нагрузок, режима эксплуа-
тации и т. п. Интегральными характеристиками естественного
основания являются расчетное сопротивление грунтов основа-
ния и расчетная максимальная (средняя) осадка, которые
могут служить одним из критериев природных условий строи-
тельства. Специальное картирование по расчетным показате-
лям уже давно применяют в мировой практике проектно-
изыскательских работ [176].

Карты расчетных показателей могут быть построены для
различных конструкций и типов фундаментов. Специальное
картирование по расчетным показателям можно выполнять в
качестве дополнения к принятой в проектно-изыскательских
организациях форме представления инженерно-геологических
данных в виде таблиц нормативных и расчетных значений
характеристик физико-механических свойств грунтов. Такое
картирование предполагает более тесное взаимодействие
изыскателей и проектировщиков и будет способствовать внед-
рению прогрессивных методов многовариантного проектиро-
вания, а также рациональному использованию несущей
способности основания. Приведенная методика инженерно-
геологического обоснования проектирования позволит точнее
составлять технические задания на инженерно-геологические
изыскания, определять рациональный комплекс методов изу-
чения и оценки свойств грунтов и способствовать успешной
реализации принципов оптимизации инженерных изысканий
[171].

Следовательно, при принятии инженерного решения долж-
ны умело использоваться как прямые, так и обратные связи
между всеми компонентами своеобразной природно-техноген-
ной конструкции — зданием, фундаментом и основанием, что
требует изучения ее как единой сложно организованной си-
стемы.

Геолого-технические объекты представляют собой про-
странственно-временные композиции взаимодействующих есте-
ственных и искусственных вещественных компонентов, вклю-
чающих основание (массив горных пород), фундамент и
сооружение. Геолого-технические объекты являются управ-
ляемыми (кибернетическими). Они функционируют под вли-
янием управляющих взаимодействий различного характера,
а также естественных (возмущающих) взаимодействий. Па-
раметры геолого-технических объектов не постоянны, а зако-
номерно меняются во времени, т. е. относятся к классу дина-
мических систем [64]. Задачи исследования таких систем
заключаются не только в их описании в том или ином аспек-
те, но и в составлении достаточно надежного прогноза их
поведения во времени, а при решении многих практических
задач — ив разработке средств и методов регулирования
этого поведения, т. е. в управлении системами.

В общем случае геолого-технические объекты включают
две подсистемы: техногенную — здание йли сооружение и
геологическую — массив горных пород, которые состоят из
большого числа элементов. и связей различной физической
или иной природы. Важнейшая же особенность этих систем
заключается в эмерджентности — они образуют некоторую
целостность, свойства которой отличны от свойств слагающих
их компонентов. При изучении геолого-технических объектов
для массового строительства ограничиваются применением
аналитических методов, которые стали традиционными в
практике изысканий и проектирования и рассчитаны на рас-
членение системы на элементы с дальнейшим раздельным
изучением.

Объединяемые в геолого-техническом объекте подсистемы
имеют различную природу и изучать ее следует на основе
кооперации изыскателей, проектировщиков и строителей с со-
ответствующим разделением функций, но решения по всем
принципиальным вопросам должны приниматься совместно,
так как только таким способом можно обеспечить оптималь-
ный учет всех существенных факторов, определяющих ГТО.
Инженерная геология в соответствии с ее специализацией
должна заниматься изучением геологической подсистемы —
массива горных пород, но для того, чтобы эти исследования
велись целенаправленно и эффективно, они должны быть под-
чинены на всех этапах работ задачам проектирования, строи-
тельства и эксплуатации сооружений. Внедрение. системного
подхода для описания массивов горных пород встречает опре-
деленные трудности, в частности, при представлении этих
объектов как элементов систем с четко очерченными грани-
цами, структурой, внешними связями и пр. Рассмотрим проб-
лемы, связанные с выделением массивов горных пород как
подсистем и построением их структурных моделей.

Вопрос о выделении и ограничении массивов пород изу-
чался в инженерно-геологической литературе различными
авторами. По мнению Л. Д. Белого [64], «массив горных по-
род должен быть геологическим, характеризующим важней-
шие черты геоструктурного облика того или иного участка
земной коры, неосложненного никакими побочными надстрой-
ками». В соответствии с этим он предлагает выделять в ка-
честве массивов пород геологические структуры низших ран-
гов. Эти толщи, по-видимому, можно рассматривать как мас-
сивы горных пород регионального типа, выделяемые при
инженерно-геологическом районировании, но их не следует
смешивать с локальными массивами, которые взаимодейст-
вуют с отдельными зданиями и сооружениями (группами
сооружений) и образуют геолого-технические объекты. Со-
гласно другой точке зрения, которая высказана М. В. Рацем,
И. С. Комаровым [64] и другими специалистами, границы
массива горных пород должны отвечать требованиям прак-
тики и быть увязаны с размерами сооружений, их размеще-
нием в плане, а также параметрами сферы взаимодействия
зданий и сооружений с грунтами. Массив горных пород дол-
жен включать зону взаимодействия и быть с ней соизмери-
мым, но не обязательно полностью совпадать с ее границами
[64].

При проектировании зданий и сооруженш! массового
строительства границы зоны взаимодействия устанавливают-
ся, как правило, исходя из мощности сжимаемой толщи. В то
же время такой подход может считаться правомерным только
при строительстве зданий или сооружений в изоляции от
всякой другой застройки, т. е. для объектов нового строитель-
ства. В тех случаях, когда они возводятся в пределах застрой-
ки и образуют элемент большой техногенной системы — горо-
да, микрорайона, промкомплекса, их взаимодействие сумми-
руется с воздействием аналогичных им или других элементов.
Кроме того, в пределах такого комплекса могут проявляться
некоторые дополнительные взаимодействия, связанные, на-
пример, с утечками воды из различных водонесущих комму-
никаций (водопровод, канализация, теплотрасса), отбором
больших объемов подземных вод для водоснабжения и др.
Все это приводит, как правило, к существенному изменению
инженерно-геологической обстановки в пределах застроенных
территорий.

В зависимости от указанных факторов характер развива-
ющихся инженерно-геологических процессов, а также строе-
ние зоны взаимодействия в пределах крупных городов и ин-
женерных комплексов оказываются, как правило, гораздо
более сложными, чем те, которые учитываются при проекти-
ровании и строительстве зданий и сооружений обычного типа.
Кардинальное решение поставленной проблемы заключается
в пересмотре принципов составления проектов таких зданий,
сооружений и крупных инженерных комплексов и выполняе-
мых для их обоснования изысканий на основе подхода к ис-
следованию всей совокупности геологических и техногенных
компонентов как единой, сложно организованной геолого-тех-
ногенной системы [64]. Для этого должны быть разработаны
соответствующая теория и методы изучения подобных систем,
что при современном уровне развития является сложной за-
дачей, решение которой уже начато, однако ее предстоит еще
реализовать в практических приложениях. Этот вопрос тре-
бует самостоятельного рассмотрения.

Организация геолого-технических объектов выражается в
их структуре. В инженерной геологии под структурой принято
понимать совокупность качественных и количественных ха-
рактеристик формы, размера, пространственного положения и
сочетания структурных элементов, а также связей между
ними.

Подсистемы (элементы) геолого-технического объекта /),
их свойства С, связи 7? между элементами характеризуют
структуру геол ого-технического объекта:

2 = < Г>, С, 7? > ,

где < > — знак эмерджентности. При изучении массивов
пород выделение и разграничение структурных элементов
осуществляется на основании использования генетических и
литологических признаков, а также с учетом номенклатурного
типа, вида, разновидностей и структурно-текстурных особен-
ностей грунтов, отражаемых зондированием. Элементы вы-
деляются в виде различных геологических тел, которые явля-
ются в свою очередь элементами структуры массивов горных
пород.

Большое значение для практики имеет построение моде-
лей иерархического типа, элементами которых служат геоло-
гические тела различной степени сложности. Так, например,
при исследовании ледниковых отложений обычно выделяются
генетические типы, литологические виды и разновидности, что
в большинстве случаев отвечает практическим требованиям
расчленения массивов при инженерно-геологических исследо-
ваниях разного назначения и масштаба.
Построенные согласно изложенным принципам модели —
по существу геологические или, точнее, структурно-геологи-
ческие, так как обычно учитываются условия залегания гео-
логических тел. Если при построении модели принимаются во
внимание физико-механические свойства пород и гидрогеоло-
гические условия участка изысканий, то модель приближает-
ся по содержанию к инженерно-геологической.

В дальнейшем в соответствии с требованиями расчетов
выполняется схематизация массива горных пород. Для этого
массив горных пород представляют как некоторую простран-
ственно-структурно-параметрическую систему, состоящую из
отдельных элементов, различающихся по механическим свой-
ствам, т. е. происходит трансформация инженерно-геологичес-
кой модели в структурно-механическую. Структурно-механи-
ческая модель, в которой сохраняются только чисто геомет-
рическое содержание и характеристики механических свойств
выделенных элементов (в виде числовых величин или непре-
рывных функций), является уже вполне формальной моделью,
которая может быть описана математически.

В настоящее время в ряде проектно-изыскательских орга-
низаций используется автоматизированное построение струк-
турно-механических стационарных и динамических цифровых
моделей инженерно-геологических условий участка изыска-
ний (массива горных пород) [88].

Наряду со структурными элементами для организации
геолого-технических объектов первостепенное значение имеют
связи между элементами системы. У этих связей вполне ма-
териальная физическая природа, но изучаются они с помощью
принципиально иных моделей, которые обычно трудно увязать
с моделями геологического типа, рассмотренными выше. На-
пример, поля напряжений исследуются в большинстве случа-
ев с использованием модели однородного и изотропного полу-
пространства. Такое положение объясняется не только слабой
изученностью вопроса, но и тем, что чаще всего упрощенные
модели отвечают требованиям практики. Известно, что ни
один из строительных материалов, в том числе бетон, не об-
ладает такой степенью статистической изменчивости -физико-
механических свойств в пространстве и во времени, как грунт.
Поэтому дальнейшее уточнение расчетов оснований и соору-
жений, взаимодействующих с грунтом, должно идти по пути
перехода от детерминированной постановки к рассмотрению
грунта в качестве статистически неоднородной среды, у кото-
рой изменчивости подвержены все физические, прочностные,
деформационные и другие параметры. Действующие нормы
расчета, основанные на так называемом полувероятностном
подходе, предусматривают, как правило, выполнение проек-
тировщиком детерминистического расчета, для чего он должен
иметь вполне определенные (детерминированные) .исходные
параметры. В новой редакции СНиП 2.01.02-83 для расчетов
оснований зданий и сооружений допускается использование
вероятностно-статистических методов. В связи с этим созда-
ние такой модели грунта и разработка ее математической
теории являются важнейшей проблемой инженерной геологии
и механики грунтов.

В идеальном случае структурно-механическая (вероятно-
стно-статистическая) модель грунта должна в известной мере
учитывать такие реальные свойства природных грунтов, как
дискретность строения, нелинейность деформаций, неодно-
родность и анизотропия. Однако в связи с отсутствием доста-
точно обоснованных теоретических решений создание такой
модели вызывает серьезные затруднения. При построении
структурных моделей помимо различных геологических и ме-
ханических факторов следует учитывать также строение зоны
взаимодействия, которое влияет на многие параметры геоло-
гической среды. Все это свидетельствует о сложности рас-
сматриваемых проблем и необходимости их специального кон-
структивного изучения.

Принятая в настоящее время в практике проектирования
замена реального неоднородного массива фиктивной одно-
родной средой представляет собой частный способ решения
инженерных задач, который с точки зрения теории никак не
сопоставляется с использованием структурных вероятностно-
статистических моделей. Однако из-за трудностей теоретиче-
ского характера большинство сооружений рассчитывается
исходя из использования модели основания в виде однород-
ной среды. Простота этого приема, пригодного в качестве
первого приближения, обеспечила ему широкое применение
при проектировании.

Потребности практики приводят ко все более широкому
использованию при расчетах оснований зданий и сооружений
структурных моделей. Существует два основных типа струк-
турных моделей по способу задания неоднородности: детер-
минированные и статистические [118]. В детерминированных
моделях каждая физическая точка массива горных пород на-
деляется вполне определенным значением исследуемого свой-
ства, причем эти значения в разных точках могут быть раз-
личными. В статистических моделях задается лишь вероят-
ность того, что в данной физической точке массив будет об-
ладать тем или иным значением свойства, т. е. задается закон
распределения исследуемого свойства, причем обычно во всех
точках массива этот закон предполагается одинаковым.

К сожалению, в практике проектирования в настоящее
время используются только детерминированные модели, при-
чем почти исключительно однородные и кусочно-однородные.
Статистические модели расчета оснований и сооружений на-
ходятся в стадии разработки [2, 50] и не получили пока ши-
рокого практического применения. Здесь следует отметить,
что процесс проектирования (или проект сооружения) пред-
ставляет собой по сути дела проектные прогнозы, т. е. прогно-
зируется поведение геолого-технического объекта в процессе
строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Геолого-
технические объекты реализуются на практике, и каждое
вновь выстроенное сооружение по существу крупномасштаб-
ный эксперимент, где при достаточно хорошо организованной
системе наблюдений можно не только проверить надежность
многих прогнозов, сделанных в процессе изысканий, но и
установить характер, масштабы, а иногда и причины наблю-
дающихся расхождений и на этой основе наметить пути и
методы их устранения [64]. Кроме того, здесь открывается
возможность для широкого внедрения в практику изысканий
и проектирования методов инженерно-геологических аналогий.

Оптимальное управление геолого-техническими объектами
должно основываться на прогнозе их функционирования, ко-
торый обеспечивается соответствующей логико-формальной
моделью. Модель должна быть комплексной и учитывающей
все взаимодействия, которые существенно влияют на поведе-
ние геолого-технического объекта. Модель составляется для
каждого квазиоднородного элемента системы. В качестве па-
раметров оптимизации должны быть приняты критерии функ-
циональной и экономической эффективности.

Задача составления прогнозов является для инженерно-
геологических изысканий актуальной и важной, но одновре-
менно и наиболее трудной, поскольку геолого-технические
объекты характеризуются очень сложной и «плохой» органи-
зацией, так как в них протекают одновременно процессы
взаимодействия различной физической и другой природы, ко-
торые трудно поддаются раздельному изучению [64]. Надеж-
ность составляемых прогнозов зависит в значительной степе-
ни от того, насколько адекватно построены формально-логи-
ческие модели изучаемых объектов, выявлены, оценены и
учтены при составлении прогнозов наиболее существенные
факторы, необходимые для решения поставленных задач.
В этой области большую пользу может принести системный
подход, позволяющий более четко представить себе структу-
ру исследуемого объекта и наилучшим образом организовать
работу инженеров-геологов и проектировщиков.

6.2.	Типовые схемы геолого-технических объектов

Как было показано выше, геолого-технический объект —
это модель исследуемых массивов грунтов в их взаимодейст-
вии с проектируемыми зданиями и сооружениями с учетом
всей системы прямых и обратных связей. В то же время при
выполнении инженерно-геологических изысканий для массо-
вого строительства стал традиционным естественный подход,
заключающийся в получении информации о массивах грунтов
вне зависимости от будущего их взаимодействия с выстроен-
ными на них зданиями и сооружениями. Такой естественный
подход имеет определенные преимущества при изучении об-
щих инженерно-геологических условий территорий (инженер-
но-геологическая съемка разных масштабов).

При изысканиях и проектировании объектов массового
строительства, когда работы производятся, как правило, в
одну и — в редких исключениях — в две стадии, необходимо
изучать не просто инженерно-геологические условия участка
(массива), а для определенного строительства, например жи-
лого дома, промышленного корпуса, дымовой трубы и т. д.
Другими словами, должны изучаться инженерно-геологичес-
кие условия участка проектируемого строительства (массива
грунтов), конкретнее — некоторого геолого-технического объ-
екта, представляющего собой сложную геотехногенную си-
стему (основание—фундамент—сооружение). Совершенно
очевидно, что инженерно-геологические условия одного и того
же участка необходимо изучать в зависимости от того, какие
сооружения будут возведены на нем: промышленные или граж-
данские здания, гидротехнические сооружения, объекты под-
земного строительства, а также какие типы фундаментов
будут применены при строительстве. Соответственно и подход
к изучению этих инженерно-геологических условий будет
дифференцированным в каждом конкретном случае.

Выражаясь другими словами, ни участок изысканий, ни
сооружение, которое будет на нем выстроено, с точки зрения
оценки инженерно-геологических условий и их изменений в
пространстве — времени не существуют самостоятельно, так
как здесь мы имеем дело с эмерджентными свойствами систе-
мы [121]. Должен изучаться новый геолого-технический объ-
ект, но для этого необходимо построить типовые схемы самих
ГТО, т. е. сконструировать их понятийные и математические
модели. Такой подход к вопросу требует предварительного
рассмотрения некоторых общих вопросов методологии моде-
лирования геолого-технических объектов для выявления их
специфических особенностей в новой форме организации
систем.

К сожалению, в настоящее время мы не располагаем со-
ответствующим математическим аппаратом, позволяющим
адекватно описать свойства большинства геолого-технических
объектов. Принципиальную возможность их математического
моделирования открывает применение системного подхода,
который позволяет представить любое разнообразие природ-
ной и технической реальности как упорядоченное единство
(систему).

При инженерно-геологических изысканиях в целях массо-
вого строительства объектом исследований обычно является
площадка (участок) жилого здания (группы жилых зданий),
промплощадка и т. п. Изучение проводится в пределах об-
ласти взаимодействия проектируемых сооружений с грунтами,
представляющей собой объемные участки литосферы. Само
исследование должно заключаться в оценке пространственной
изменчивости свойств и определении необходимой и доста-
точной инженерно-геологической информации о массиве
грунтов. Чтобы достичь гармонии в едином технологическом
цикле изыскание—проектирование, процесс инженерно-геоло-
гического изучения и оценки массива на всех этапах должен
быть подчинен целям и» задачам проектирования, т. е. объем
извлекаемой информации о массиве грунта как подсистемы
геолого-технического объекта должен быть тесно увязан с
конструктивными и эксплуатационно-техническими особенно-
стями фундаментов и проектируемых сооружений.

Процесс моделирования геолого-технического объекта
можно разделить на следующие этапы:

1)	определение объекта моделирования в геометрическом
и признаковом пространстве и выбор наиболее существенных
признаков-компонентов ГТО;

2)	выбор конструктивной формально-логической модели;

3)	выделение и описание типовых схем геолого-техничес-
ких объектов.

Рассмотрим принципы выделения и описания подсистем
ГТО в соответствии с этапами создания его моделей.

Чтобы определить объект (участок) исследования в зем-
ном пространстве, следует точно представлять степень гори-
зонтальной дифференциации участка (области литосферы) на
природные тела (массивы горных пород) разного уровня.
Уровни организации природных объектов образуют строгую
иерархическую систему так, что каждый уровень является и
системой, и высшим классом определенной группы естествен-
ных тел. Нам представляется, что при разделении приповерх-
ностных горизонтов ледниковых отложений для моделирова-
ния геолого-технических объектов может быть использована
иерархия природных уровней организации (табл. 6.1), осно-
ванная на предложениях И. В. Крутя и Г. К. Бондарика [6,
71] и отражающая многолетний опыт проведения изысканий
для массового строительства в области распространения лед-
никовой формации. Только наличие такой информации позво-
лит выбрать при конструировании естественной подсистемы
ГТО признаки, наиболее информативные для поставленной
цели.

Отправным моментом в построении модели массива явля-
ется выбор конечного числа существенных признаков, необхо-
димых и достаточных для его инженерно-геологической ха-
рактеристики с целью разработки оптимальных проектов
Уровень строения естественных
геологических тел

Формация

Генетический тип

Уровень строения массивов грунтов

Ледниковая

Литологический вид

Озерно-ледниковые отложения

Флювиогляциальные (аллювиальные, лес-
совые) отложения

Морена

Крупнообломочные грунты

Песчаные грунты

Пылевато-гл инистые грунты

Инженерно-геологический
элемент

Крупнообломочные 1
и песчаные грунты ]

Рыхлые

Средней плотности
Плотные

Пыл евато - глинистые
грунты

Слабые

Средней прочности

Прочные

Очень прочные

зданий и сооружений. Кроме того, необходимо установить
детальность изучения и оценки массива (расстояние между
скважинами и между точками зондирования, испытания пря-
мыми методами, косвенный прогноз и т. д.). В соответствии с
поставленной задачей основной предмет исследований — про-
странственная изменчивость существенных признаков и тре-
буемая точность их определения.

Наглядным изображением пространственной изменчивос-
ти являются модели полей геологических параметров в лате-
ральной плоскости и реализация случайных функций (графи-
ков зондирования) по глубине. При выборе существенных
признаков для построения структурно-механических моделей
массивов преимущество должно отдаваться, как было пока-
зано выше, параметрам зондирования, так как они наиболее
информативны.

Моделирование пространственной изменчивости массива
предполагает введение представления о его структуре и раз-
мерах структурных элементов разных уровней. При этом под-
разумевается возможность индивидуализации элементов хотя
бы одного из структурных уровней в виде обособленных гео-
логических тел, под которыми, по Г. К. Бондарику [8], сле-
дует понимать занятую геологической средой связную область
пространства, внутри которой остаются непрерывными те
геологические параметры, на основе которых выделена грани-
ца этой области.

Индивидуализация геологического тела в геометрическом
и признаковом пространстве в инженерной геологии по сло-
жившейся традиции реализуется в понятии «инженерно-гео-
логический элемент» (по Г. К. Бондарику, «монопородное
геологическое тело МГТ-3»). На интуитивном уровне инже-
нерно-геологический элемент определяется как связная об-
ласть пространства с определенными свойствами, которые
отличаются от присущих соседним областям. Формальное же
определение должно базироваться на понятии «геологический
признак», в качестве которого можно использовать парамет-
ры зондирования. Инженерно-геологический элемент опреде-
лим как область непрерывного развития геологического приз-
нака, а границы между ИГЭ — как поверхности, при переходе
через которые значения признаков претерпевают разрыв.

Приведенное определение связывает два аспекта ИГЭ:
вещественный (определяемый в признаковом пространстве)
и геометрический (определяемый в геометрическом простран-
стве). Эта двойственность понятия обсуждалась в работах
[6, 28], где геологические тела рассматриваются как множе-
ство точек, заданных одновременно в признаковом и геомет-
рическом пространствах.

Характеристика пространственной изменчивости массива
путем его элементаризации (разбиения на индивидуальные
инженерно-геологические элементы) опирается на представ-
ления о дискретности геологической оболочки. При модели-
ровании непрерывности ее строения Г. К. Бондариком введе-
но понятие геологических полей показателей состава, состоя-
ния и свойств горных пород [8], которое использовано нами
при моделировании полей геологических параметров в главе 2.

Обычно геологическое поле задается в пределах геологи-
ческого тела для характеристики его изменчивости. В связи
с этим существенным моментом является оценка массива с
точки зрения принадлежности его геологическому телу опре-
деленного структурного уровня. Если в пределах массива на
основании результатов зондирования выделяется несколько
инженерно-геологических элементов, то предварительно про-
водят их границы, а затем исследуют изменчивость внутри
каждого из них.

Как показывает многолетняя практика изысканий, прове-
дение границ ИГЭ на основании исследования изменчивости
свойств грунтов в пределах массивов с помощью методов зон-
дирования при изучении и оценке ледниковых отложений —
единственный способ, позволяющий выявить высокую степень
изменчивости состава, состояния и свойств грунтов как в
плане, так и по глубине.

Параметры зондирования, являясь комплексным показа-
телем состава, состояния, характера и прочности структурных
связей грунтов, позволяют наиболее удачно выделить инже-
нерно-геологические элементы в толще ледниковых отложе-
Подгруппа	Тип	Вид	|	Разновидность
Крупнообло- мочные и песчаные грунты  Пылевато- глинистые грунты	По плотности сло- жения (коэффици- енту пористости е) Плотный е < 0,55  Средней плотности 0,55	0,75  Рыхлый е > 0,75  По консистенции, характеризуемой показателем теку- чести Твердый < 0  Полутвердый 0< /л<0,25  Тугопластичный 0,250,50  Мягкопластичный /г>0,50	По характеру и прочности струк- турных связей Прочный  73 > 15, Рд > 14 Средней прочности 1,7<<7з<15 2,2 <РД< 14 Слабый <7з< 17 Рд < 2,2  Очень прочный  д3 > 10, Рд > 8,3 Прочный  <73— от 4,6 до 10 Рд—от 2,8 до 8,3 Средней прочности д3—от 1»о до 4,6 Рд—от 1,2 до 2,8 Слабый  д3< 1,0, Рд< 1,2	По степени влажности  Маловлажные 0<5г<0,5 Влажные 0,5 < 5Г < 0,8  Насыщенные водой 0,8 < 5Г < 1  По степени влажности 5Г так же, как разно- видности песчаных грунтов  По относительной про- садочности (для лес- совых грунтов): непросадочные  Ъ81 < 0,01  просадочные е8г>0,01

ний. Как было показано выше, значения этих параметров
зависят главным образом от плотности сложения и прочности
грунтов. Гранулометрический состав практически не влияет
на значения показателей зондирования. Кроме того, выделе-
ние в ледниковых отложениях грунтов по гранулометрическо-
му составу сопряжено со значительными трудностями, так как
известные условия образования отложений привели к слож-
ным распределениям и взаимоотношениям различных фрак-
ций в пределах даже небольших по объему массивов грунтов,
служащих в качестве оснований зданий и сооружений.

Исходя из проведенного в предыдущих главах анализа
физико-механических свойств ледниковых отложений, законо-
мерностей их пространственной изменчивости, симметрии
свойств, а также практики изысканий БелГИИЗа, при инже-
нерно-геологическом изучении и оценке этих отложений для
массового строительства нам представляется наиболее удач-
ной классификация грунтов, приведенная в табл. 6.2, которая
существенно дополняет и уточняет классификацию ГОСТ
25100-82 и позволяет на основе данных зондирования более
корректно производить выделение инженерно-геологических
элементов в ледниковых образованиях.
Многоцелевой формой определения объекта моделирова-
ния является инженерно-геологическое районирование и ти-
пизация ледниковых отложений. Для предварительного опре-
деления состава и объемов работ, типов фундаментов, а так-
же комплекса методов получения инженерно-геологической
информации о ледниковых массивах при построении конст-
руктивных типовых схем геолого-технических объектов можно
использовать типы ледниковых отложений, приведенные в
главе 5 (см. табл. 5.2).

В качестве второй подсистемы геолого-технического объ-
екта, тесно связанной с основанием (массивом), выступает
фундамент. От принятого в проекте типа фундамента зависит
методика инженерно-геологического изучения массивов, а
также количество необходимой и достаточной информации,
которая используется в расчетных схемах при проектировании
зданий и сооружений. Тип фундамента определяется, как
правило, исходя из инженерно-геологических условий масси-
ва. Наиболее распространенные типы фундаментов, приме-
няемых при массовом строительстве в районах распростра-
нения ледниковых отложений, следующие: ленточный (Л),
столбчатый (Ст), плита (П), свайный (С). Расчет оснований
и фундаментов по предельным состояниям, а также опреде-
ление несущей способности свай выполняется по СНиП
2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85, РСН 23-85, РСН 62-87 с исполь-
зованием детерминированных моделей.

Заключительной подсистемой ГТО являются здания и со-
оружения, от типов и конструктивных особенностей которых
зависит ряд методических вопросов инженерно-геологическо-
го изучения и оценки ледниковых массивов. К их числу от-
носятся необходимая детальность и глубинность изучения
разреза, требуемая точность инженерно-геологической инфор-
мации и др. Применяемые в практике массового строительст-
ва здания и сооружения в инженерно-геологических целях по
аналогии с РСН 23-85 и РСН 62-87 можно разделить на
4 группы (табл. 6.3).

Сформулируем наиболее общие принципы моделирования
подсистем при разработке типовых схем геолого-технических
объектов, основанные на условиях применения модели поля
к исследованию геологических объектов [26].

1.	Объектом моделирования должен быть массив грунта
во взаимодействии с фундаментом и проектируемым соору-
жением, который рассматривается как единый геолого-тех-
нический объект определенного структурного уровня. В ре-
зультате предварительного анализа выявляются признаки,
изучение которых необходимо для решения конкретной за-
дачи.

2.	Признаки, выбранные для составления модели, долж-
ны определяться в любой точке изучаемого объекта, а также
Группа	Характеристика
А	Здания и сооружения более 16 этажей, а также здания и со- оружения с нагрузками от несущих стен на фундамент более 3000 кН/м и на колонну каркаса более 20000 кН
Б	Здания и сооружения от 9 до 16 этажей включительно с на- грузками от несущих стен на фундамент от 500 до 3000 кН/м и на колонну каркаса от 3000 до 20000 кН включительно
В	Здания и сооружения до 9 этажей с нагрузками от несущих стен на фундамент от 150 кН/м включительно и с нагрузками на колонну каркаса от 1000 до 3000 кН включительно
Г	Здания и сооружения с нагрузками от несущих стен на фун- дамент не более 15 кН/м и нагрузками на колонну каркаса не более 1000 кН

обладать пространственной изменчивостью, позволяющей на-
глядно отразить распределение признака в пределах массива
на инженерно-геологических разрезах или картах.

3.	Для корректной постановки и последующего решения
задачи необходимо располагать информацией об иерархии
структурных уровней подсистем, выделяемых на основании
выбранного комплекса признаков, и о причинах, обусловив-
ших пространственную изменчивость последних.

Прежде чем перейти к построению типовых схем геолого-
технических объектов, сформулируем задачу. Объект иссле-
дования — приповерхностный слой ледниковых отложений во
взаимодействии с проектируемым сооружением. Цель иссле-
дования — создание типовых схем для обоснования оптималь-
ных состава и объемов инженерно-геологических работ. Ис-
ходный экспериментальный материал — типизация леднико-
вых отложений, типы фундаментов, классификация зданий и
сооружений.

Для того чтобы построить эффективные типовые схемы
геолого-технических объектов, необходимо прежде всего най-
ти удачную форму сочетания описанных типов массивов
грунтов, фундаментов и сооружений, от которого зависит
адекватное отображение модели ГТО и ее дальнейшее целе-
направленное изучение. Вообще говоря, конструктивных мо-
делей (типовых схем) может быть построено много, но все
они с достаточной для практических целей степенью прибли-
жения сводятся к определенным типовым схемам. Критерий
конструирования модели диктуется как целью исследования,
так и возможностями экспериментатора.

Располагая типизацией (классификацией) каждой из под-
систем ГТО, можно создавать различные комбинации типовых
схем геолого-технических объектов, в зависимости от которых
находятся методологические основы их инженерно-геологичес-
кого изучения и оценки для массового строительства. Так, на-
пример, схема 1 — Б — С означает, что участок изысканий
относится к первому типу разреза (см. табл. 5.2), проектируе-
мое сооружение — к группе Б, тип фундамента свайный. Ис-
ходя из этого вначале определяются необходимый и доста-
точный объем и требуемая точность инженерно-геологической
информации, затем состав и объем исследований, набор ме-
тодов получения информации и их рациональное применение.

6.3. Методика изучения и оценки
геолого-технических объектов

Проектирование объектов массового строительства выпол-
няется, как правило, в одну стадию, поэтому актуальной и
важной задачей является обоснование методики одностадий-
ных инженерно-геологических изысканий. Геолого-техничес-
кие объекты представляют собой модель взаимодействия си-
стемы «массив грунта—сооружение», адекватно отображаю-
щей процесс «инженерно-геологические изыскания—проект».
При этом инженерно-геологические исследования должны
основываться 1) на достоверности отражения массива грунта
в его модели, т. е. схематизации инженерно-геологических
условий; 2) на обратной связи между расчетными схемами,
применяемыми при проектировании, принятой схематизацией
инженерно-геологических условий и количеством требуемой
информации.

Учесть их можно лишь при изучении и оценке геолого-тех-
нических объектов, т. е. взаимном рассмотрении моделей
оснований (массивов), получаемых в процессе изысканий, и
расчетной схемы, применяемой при проектировании объектов
массового строительства.

Принципиальная технологическая схема изучения и оценки
геолого-технического объекта приведена на рис. 6.2. Рас-
смотрим содержание по каждой позиции в порядке их распо-
ложения на схеме. Первые три позиции были подробно рас-
смотрены в предыдущих главах и представляют собой конст-
руктивную модель геолого-технического объекта.

Определение необходимого и достаточного объема инже-
нерно-геологической информации. Какую информацию можно
считать необходимой и достаточной? На сегодняшний день
это, пожалуй, наиболее сложный и спорный вопрос, так как
он зависит не только от возможностей изыскательских орга-
низаций, но и от реализации этой информации существующи-
ми расчетными схемами проектирования. Если полученная
проектировщиками информация от изыскателей не может
быть полностью реализована существующими методами рас-
206

Рис. 6.2. Принципиальная технологическая схема изучения и оценки геоло го-технического объекта
чета оснований и фундаментов, то некоторая часть этой ин-
формации оказывается излишней.

Как показывает практика, изыскательскими организация-
ми передаются проектным организациям много ненужной ин-
формации, которая не реализуется в проектах. Вместе с тем
опыт использования материалов изысканий в проектировании
показывает, что можно определить объемы необходимой и
достаточной информации для каждой из типовых схем геоло-
го-технических объектов. Такая работа должна проводиться
совместно изыскателями и проектировщиками. Ее осуществле-
ние и практическое внедрение позволит существенно повысить
эффективность и качество проектно-изыскательских работ и
вплотную подойти к решению проблемы оптимизации инже-
нерно-геологических исследований.

Установление величин предельных деформаций основания.
В соответствии с СНиП 2.02.01-83 расчет оснований по дефор-
мациям производится исходя из условия

5	5и»

где 5 — совместная деформация основания и сооружения,
определяемая расчетом; 8и — предельное значение совместной
деформации основания и сооружения, устанавливаемое по
приложению 4 СНиП 2.02.01-83.

Предельные значения совместной деформации основания
и сооружения устанавливаются исходя из необходимости со-
блюдения технологических и архитектурных требований к де-
формациям зданий и сооружений, а также требований к проч-
ности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, вклю-
чая общую устойчивость сооружения.

Как правило, предельные значения деформаций оснований
допускается принимать согласно приложению 4 СНиП 2.02.01-
83, в котором установлены их предельные деформации для
трех параметров: относительной разности осадок, крена и
средней (или максимальной) осадки. Предельные значения
этих параметров зависят главным образом от конструктивных
особенностей зданий и сооружений. Если основание сложено
горизонтальными (с уклоном не более 0,1), выдержанными
по мощности слоями грунтов (т. е. практически одно-
родное), предельные значения максимальных осадок допус-
кается увеличивать на 20%. Для части сооружений с фунда-
ментами в виде.сплошных плит, сглаживающих неоднород-
ность основания, предельные значения средних осадок можно
увеличивать в 1,5 раза.

Неоднородность сжимаемости основания оценивается сте-
пенью "изменчивости сжимаемости грунтов основания аЕ, кото-
рая, согласно СНиП 2.02.01-83, определяется отношением наи-
большего значения приведенного по глубине модуля деформа-
ции грунтов основания в. пределах плана сооружения к наи-
меньшему значению. Допустимая неоднородность основания
характеризуется предельным значением степени изменчивости
сжимаемости грунтов, которая зависит от среднего значения
модуля деформации грунтов основания, а также от конструк-
ции здания или сооружения и их взаимодействия с неравно-
мерно сжимаемым основанием. Для зданий и сооружений и
соответствующих им вариантов грунтовых условий, перечис-
ленных в табл. 6 СНиП 2.02.01-83, предельные значения сте-
пени изменчивости сжимаемости основания допускаются рав-
ными ое=2 при Ё=15 МПа и аЕ=3 при Ё =40 МПа [127].

В работе [167] на основании наблюдений за осадками
фундаментов и деформациями крупнопанельных домов мас-
сового строительства, наиболее чувствительных к проявлени-
ям неодинаковой сжимаемости грунтов, рекомендуется раз-
деление оснований в зависимости от значений пе на следую-
щие: практически однородные (<хе^1,5), неоднородные
(1,5<ак=С2,5) и крайне неоднородные (аЕ>2,5).

Особенно важно установить ориентировочное значение аЕ
перед началом изысканий, поскольку это позволит правильно
определить состав и объемы работ, а также точность инже-
нерно-геологических характеристик, которая непосредственно
связана с величинами предельных деформаций основания. Для
этого с успехом можно использовать результаты типологиче-
ского районирования ледниковых отложений (глава 5), где
для типовых разрезов может быть определена степень измен-
чивости сжимаемости по отношению максимального и мини-
мального значений модулей деформации, которые в этом
случае вычисляются с примерно одинаковой достоверностью
как на основе штамповых испытаний, так и по результатам
зондирования. Достоверность принятой в программе величины
аЕ может быть уточнена в процессе инженерно-геологического
изучения массива, что позволит внести изменения в програм-
му работ по фактическим грунтовым условиям.

Установление требуемой точности определения характери-
стик деформируемости. Одна из важных проблем при инже-
нерно-геологических исследованиях свойств массивов грун-
тов— получение оперативной информации требуемого каче-
ства. Точность получаемой информации может быть охарак-
теризована допустимой погрешностью установления того или
иного вида информации, например допустимой погрешностью
определения модуля деформации, прочностных характеристик
грунтов и т. д.

В инженерно-геологических изысканиях для массового
строительства при определении деформационных характери-
стик грунтов, как было показано выше, широко применяются
полевые и лабораторные методы исследований — как прямые,
так и косвенные. Каждый из методов имеет свои преимущест-
ва и недостатки, у них различные трудоемкость, производи-
тельность и точность. Совершенно очевидно, что качество
проектирования зависит от точности и надежности определе-
ния характеристик сжимаемости массива и их изменчивости в
пределах строительной площадки.

В современной практике изысканий и проектирования
сложилось устойчивое представление, что чем выше точность
измерения, тем лучше. Однако это не так. Для достижения вы-,
сокой точности измерения требуется применение трудоемких

Рис. 6.3. Зависимость затрат от
погрешности измерения (6 —
любой из нормируемых показа-
телей погрешности)

Рис. 6.4. Зависимость стоимости
фундамента от величины моду-
ля деформации (по В. А. Пыр-
ченко):	1 — «тяжелая» конст-

рукция; 2 — «легкая» конст-
рукция

и дорогостоящих методов, которыми располагают в основном
только специализированные изыскательские организации. Как
убедительно показано в работе [161], стоимость измерения
Си (б) возрастает с уменьшением погрешности (рис. 6.3, кри-
вая 1). В то же время очевидно, что потери из-за погрешно-
стей измерения Сп(6) увеличиваются при росте погрешности
(кривая 2). Поэтому суммарные затраты С(б)=Си(6) + Сп(б)
(кривая 5) в общем случае имеют минимум при некотором
значении показателя погрешности. При выборе оптимальной
точности определение зависимостей Си(б) и Сп(б) приводит
к некоторым трудностям как теоретического, так и практиче-
ского характера. Поэтому корректное определение оптималь-
ной точности возможно не всегда, однако ориентировочные
расчеты рациональных значений погрешностей необходимо
проводить во всех случаях.

Таким образом, стремление к достижению максимальной
точности определения показателей, которое возможно лишь
при значительном увеличении объемов и стоимости работ, не
всегда оправдано с практической точки зрения. При инженер-
но-геологических изысканиях для массового строительства в
области развития ледниковых отложений в большинстве слу-
чаев требования к точности определения модуля деформации
грунтов сравнительно невысоки и вполне допускают использо-
вание скоростных косвенных методов, в частности, статичес-
кого и динамического зондирования. Согласно требованиям
СНиП 2.02.01-83, максимальная допустимая осадка оснований
фундаментов большинства промышленных и гражданских зда-
ний и сооружений составляет 8—10 см. По данным А. А. Ка-
гана, при точности определения осадки ±0,5 см относительная
ошибка равна 5—6%, а точность определения модуля дефор-
мации при Г=21,7 МПа равна ±10,3 МПа.

В работе [124] показано, что для ряда зданий и сооруже-
ний любые значения модулей деформации, превышающие
4 МПа, являются безопасными. При гарантированных значе-
ниях Е^4 МПа делать какие-либо уточнения модуля дефор-
мации при инженерно-геологических исследованиях с привле-
чением трудоемких и дорогостоящих методов не имеет смысла,
так как это не приведет к изменению проектных решений.

Приведем результаты модельного проектирования типового
одноэтажного многопролетного промышленного корпуса уни-
версального назначения размером 90Х24Х 15 м на монолитном
железобетонном фундаменте колонного типа (одиночные фун-
даменты под колонны), выполненного М. В. Рацем и В. А.
Пырченко [120]. Для удобства расчетов модель основания
принята абстрактной, однослойной с мощностью слоя 10 м,
хотя в действительности физико-механические свойства меня-
лись в пределах, присущих нескольким типам грунтов. Значе-
ния показателей физико-механических свойств грунтов зада-
вались по всему диапазону изменения свойств для песков, су-
песей, суглинков и глин. Очевидно, что наиболее сильное воз-
действие на габариты и стоимость фундамента оказывают
механические свойства (модуль деформации, удельное сцеп-
ление и угол внутреннего трения). Чтобы определить влияние
каждого из свойств на стоимость фундамента, два из трех па-
раметров (Е, с, ф) фиксировались на среднем уровне, а тре-
тий менялся по всему диапазону значений. После статистиче-
ской обработки результатов получена зависимость Сф от Е,
приведенная на рис. 6.4.

По этой зависимости можно вычислить интервал изменения
аргумента, наиболее активно влияющий на функцию. Для мо-
дуля деформации этот интервал находится в диапазоне от 2
до 5 МПа, т. е. изменение значения модуля деформации всего
на 5% влечет за собой 98% изменения стоимости фундамента.
За пределами этого интервала при Е>5 МПа изменение мо-
дуля деформации практически не влияет на стоимость фун-
дамента.

Результаты модельного проектирования, приведенные на
рис. 6.4, подтверждают предположения о взаимодействии ос-
нования и фундамента как единой сложно организованной си-
стемы. Изменения, происходящие в одной подсистеме, вызыва-
ют соответствующую реакцию другой подсистемы. Оптималь-
ное управление в такой системе возможно при наличии
информации о каждом из составляющих ее элементов с учетом
всего многообразия их конструктивного, пространственного,
структурного и параметрического решений.

Как видно из приведенных примеров, требованиям СНиП
в целом ряде случаев удовлетворяет даже невысокая точность
определения модуля деформации. Так, при среднем значении
модуля деформации Ё=30 МПа с погрешностью ЛЕ=
= ±25 МПа (относительная погрешность ее=ЛЕ/Е=0,83)
полученная точность удовлетворяет требованиям СНиП
2.02.01-83, так как Е=.Ё±2?=ЗО±25>4 МПа [124]. Таким
образом, при расчете оснований, сложенных равномерно сжи-
маемыми грунтами, значение средней осадки, как правило,
не используется. Необходимо лишь проверить выполнение
условия по СНиП 2.02.01-83:

1=1

Ег — ЛЕ}

При выполнении этого условия погрешность определения Е
может быть велика — вплоть до е^=0,8—0,9, как в вышепри-
веденном примере.

Однако есть случаи, когда требуемая для расчетов точ-
ность определения модуля деформации очень высока и иногда
даже выходит за пределы возможностей существующих мето-
дов исследований.

Установлено, что точность определения модуля деформации
зависит от конструктивных особенностей зданий и сооружений,
а также от степени изменчивости сжимаемости основания.
Наиболее точные значения Е необходимы при определении
относительной разности осадок фундаментов соседних колонн
зданий, особенно когда площадка изысканий имеет сложное
и изменчивое строение. Анализ приложения 4 СНиП 2.02.01-83
показывает, что допустимая предельная относительная раз-
ность осадок изменяется в зависимости от конструкции зданий
и расстояния между осями блоков фундаментов. Чем выше
предельная разность осадок, тем более высокая точность тре-
буется при определении модуля деформации грунтов. Приве-
денные выше рассуждения позволяют для каждой типовой
схемы геолого-технического объекта установить требуемую
точность определения характеристик деформируемости и подо-
брать соответствующие методы изучения и оценки.

Требования к точности определения прочностных характе-
ристик. Расчет оснований по деформациям при проектирова-
нии объектов массового строительств а предусматривает опре-
деление расчетного сопротивления грунтов основания /?0.
В структуру формулы для определения /?0 входят показатели
прочностных свойств грунтов: удельное сцепление с и угол
внутреннего трения ф. Величина в свою очередь существен-
но зависит от ширины подошвы фундамента. В настоящее
время строительная промышленность выпускает фундаменты
конкретных типоразмеров и в связи с этим исследование точ-

Рис. 6.5. Зависимость ширины фундамента Ь: а — от удельного сцепления
с; б — от угла внутреннего трения ф грунтов основания

ности определения показателей прочностных характеристик
грунтов имеет смысл лишь в некоторых интервалах, соответ-
ствующих стандартным размерам фундаментов; другими сло-
вами, не любое изменение расчетного сопротивления приводит
к изменению размеров фундамента.

Рассмотрим, как влияет точность определения прочностных
характеристик грунта на выбор ширины фундамента с учетом
их типовых размеров, на примере, приведенном в работе [124].
Зависимости ширины фундамента от прочностных характе-
ристик, изображенные на рис. 6.5, установлены для условного
фундамента, передающего нагрузку на грунт Р=1200 кН
у= 17 кН/м3; глубина заложения фундамента /г== 1,60 м, пред-
варительная ширина 2,0 м.

Используя графики, приведенные на |рис. 6.5, с точностью,
достаточной для практических целей, можно установить, какие
количественные изменения показателей с и ф приводят к из-
менению ширины фундамента, т. е. в каких интервалах изме-
нения прочностных характеристик необходимо стремиться к
достижению высокой точности их определения. Подобные
графики могут быть построены для различных конструкций и
типов зданий и сооружений, входящих в подсистему геолого-
технического объекта, с учетом передаваемых на основание
нагрузок. Располагая такими данными, инженер-геолог с из-
вестной мерой приближения может установить требуемую
точность определения с и ф и подобрать соответствующие ме-
тоды их изучения и оценки при инженерно-геологических изы-
сканиях для массового строительства.

Возвращаясь к результатам исследования зависимостей
прочностных характеристик от параметров статического и
динамического зондирования (глава 4), отметим, что в зави-
симости от сочетания с и ф существует различная точность
определения этих характеристик. Для пылевато-глинистых
грунтов (морена, лессовые), прочность которых формируется

Сцепление |^УП -с

Глина

Песок

Показатели прочностных свойств

Угол внутреннего трения

Рис. 6.6. Зависимость расчетного сопротивления грунтов от их прочност-
ных характеристик

главным образом за счет сцепления, погрешность определения
Ф практически не будет сказываться на величине расчетного
сопротивления грунтов. Для моренных и лессовых пылевато-
глинистых грунтов (см. табл. 4.18) значения углов внутреннего
трения на большом диапазоне изменения параметров зонди-
рования и удельного сцепления практически остаются посто-
янными. В песчаных грунтах, прочность которых формируется
в основном за счет внутреннего трения, (за исключением песков
с хорошо развитыми структурными связями), наоборот, точ-
ность определения сцепления не имеет существенного значе-
ния.

Таблица 6.4. Допустимые погрешности с и ф

Ширина фундамен- та, м	Относительная погрешность ± вф при значениях с, МПа			Относительная погрешность ± ес при значениях <р,.град		
	0	0,03	0,07	18	30	38
1,2										
1,5	—	—	0,180	-—	—	0,40
1,8	—	0,097	0,228	—	0,24	0,53
2,1	—	0,104	0,258	0,18	0,31	—
2,4	0,056	0,132	0,466	0,14	0,43	—
2,7	0,047	0,158	—	0,15	—	—
3,0	0,045	0,266	—	0,16	—	—
3,3	0,044	0,333	—	0,20	—	—
3,6	0,042	—	—	0,20	—	—
Приведенные рассуждения хорошо иллюстрируются схемой
из работы [124] (рис. 6.6), откуда видно, что для глинистых
грунтов погрешность определения с сильно влияет на вели-
чину Яо и соответственно на размеры фундамента; возможные
ошибки цри определении ф не имеют существенного значения,
так как доля вклада этого параметра в общее сопротивление
грунта сдвигу невелика. Противоположная картина наблюда-
ется у песков.

Ориентировочные значения допустимых погрешностей опре-

Рис. 6.7. Зависимость стоимо-
сти фундамента от норматив-
ного значения удельного сцепле-
ния (по В. А. Пырченко): 1 —
«тяжелая» конструкция; 2 —
«легкая» конструкция

деления прочностных характеристик в зависимости от ширины
фундамента’ и свойств грунтов, полученные при фиксирован-
ных значениях с и ф, приведены в табл. 6.4 [124].

Исследованиями В. А. Пырченко [114] установлено, что
для пылевато-глинистых грунтов наибольшее влияние на кон-
струкцию и стоимость фундамента оказывают два параметра:
модуль деформации и удельное сцепление. Зависимость между
стоимостью фундамента и удельным сцеплением показана на
рис. 6.7.

В соответствии с изложенным в действующих республикан-
ских нормативных документах РСН 23-85 и РСН 62-87 для
большой группы зданий и сооружений значения прочностных
и деформационных характеристик допускается устанавливать
по результатам зондирования, фактическая точность которых
удовлетворяет предъявляемым требованиям. Непосредственное
определение модуля деформации, угла внутреннего трения и
удельного сцепления прямыми стандартными методами не
обязательно. Исключение составляют только рыхлые пески и
слабые глинистые грунты.

Определение состава и объемов работ. Процедура опреде-
ления состава и объемов работ, требуемых для инженерно-
геологических исследований ледниковых массивов, является
важным и ответственным моментом во всей технологической
схеме изучения и оценки геолого-технических объектов. От ее
правильного осуществления зависит в конечном счете качество
инженерно-геологических изыскании, их стоимость и сроки
выполнения.

Как видно из рис. 6.2, состав и объем работ по изучению
подсистемы основания (массива) в системе ГТО для массо-
вого строительства зависят от семи рассмотренных нами по-
зиций. В свою очередь в процесс определения состава и объ-
емов входят расчеты параметров системы пунктов получения
информации [7] и выбор комплекса методов исследований.

Стоимость инженерно-геологического изучения и оценки
ГТО можно выразить как функцию трех основных параметров
(переменных):

С = /(Я, Р, 5),

где К — категория сложности инженерно-геологических усло-
вий, выраженная в количественных показателях и определяю-
щая количество точек исследований на единицу площади, рас-
стояния между скважинами, точками зондирования и т. п.;
Р — нагрузка от сооружения, определяющая глубину иссле-
дований; 5 — площадь исследуемой площадки изысканий.

Из перечисленных аргументов наибольшую неопределен-
ность (в смысле количественного выражения) имеет категория
сложности условий.

В отличие от постановки задачи, принятой в нормативно-
методических документах, предложим свою трактовку опреде-
ления категории сложности инженерно-геологических условий
ледниковых массивов с учетом факторов, оказывающих вли-
яние на оценку категории сложности всего массива.

На наш взгляд, при определении категории сложности
должны учитываться следующие факторы и соответствующие
им баллы.

1. Рельеф:	ровный неровный расчлененный	— 0.  — 1  _ 9
2. Количество предвари-	простые <3	—о ,
тельно выделенных по	средней сложности (3—5)	— 1 ,
зондированию инженер-	сложные >5	—2 .
но-геологических эле- ментов:  3. Характер пространствен- ной изменчивости	стационарная по площади и глубине	—о,
свойств грунтов по зон- дированию:	нестационарная по глубине и стационарная по площа- ди  нестационарная по площа- ди и глубине	— 1,  —2.
4.	Степень изменчивости	сильная а>»5,	2,

сжимаемости основания средняя а=3—5,	1,

по зондированию:	слабая а<3,	0.

5.	Глубина залегания грун- грунтовые воды залегают
товых вод с учетом про- ниже сферы взаимодействия —0,
гнозируемого уровня:	грунтовые воды залегают

в сфере взаимодействия, но
ниже глубины заложения
фундаментов	—1,

грунтовые воды залегают
в пределах глубины зало-
жения фундаментов	—2.

6.	Физико-геологические	отсутствуют	—0,

процессы и	явления:	пассивные	—1,

активные	—2.

Максимальная сумма баллов по всем факторам составляет
12. В соответствии с этим приведем общую классификацию
сложности:

при сумме баллов от 0 до 4 — I категория сложности (про-
стые условия), от 4 до 8 — II категория (средней сложности),
от 8 до 12 — III категория (сложные условия).

Поскольку каждый из факторов неоднозначно влияет на
сложность условий, состав, объемы и методику работ и в ко-
нечном счете на стоимость фундамента, необходимо учитывать
вес каждого фактора, например, с помощью интегрального
показателя [7]:
п

1=1

где — оценка /-го фактора, — его вес.

Остальные два параметра, обусловливающие стоимость
изысканий, устанавливаются изыскателям проектной органи-
зацией в зависимости от типов фундаментов и конструктивных
особенностей зданий, а также геометрических размеров их в
плане.

Расчет параметров системы пунктов получения информа-
ции. Одна из распространенных инженерно-геологических за-
дач заключается в изучении способа распределения точек по-
лучения информации на двумерной поверхности (площадке
изысканий). Эти точки должны соответствовать в первую оче-
редь местам зондирования и бурения. Задача может состоять
в оценке однородности и плотности распределения точек на-
блюдения в пределах строительной площадки или в изучении
связи точек друг с другом. Существующие схемы расположе-
ния точек исследований на площадках изысканий можно раз-
делить на три категории: равномерные, случайные и группо-
вые [45]. Конечно, в отдельных случаях могут встречаться
схемы расположения точек, занимающие промежуточное поло-
жение между перечисленными крайними типами, однако каж-
дая такая схема с известной мерой приближения может быть
приведена к одному из этих типов.

Схему расположения точек на площадке будем называть
равномерной, если плотность точек на любом одном участке
площадки изысканий равна плотности точек на любом другом
участке площадки того же размера. Схема называется регу-
лярной, если точки образуют какой-либо вид сети. Это значит,
что расстояния между точками, лежащими на некотором на-
правлении сети, остаются постоянными для всех пар точек
на площадке. Случайная схема возникает в том случае, если
любая подобласть одного размера обладает одной и той же
вероятностью появления в ней точки и появление одних точек
не влияет на появление других [45].

При изучении и оценке ледниковых отложений, характери-
зующихся высокой изменчивостью, наиболее целесообразна
случайная схема расположения точек, позволяющая сосредо-
точить основные объемы исследований на участках с наименее
благоприятными и наиболее характерными инженерно-геоло-
гическими условиями. Для предварительного выявления таких
участков необходимо использовать дешевые и достаточно эф-
фективные геофизические методы, в частности, вертикальное
электрическое зондирование. Если изменчивость свойств грун-
тов в пределах площадки изысканий невысокая, то можно ис-
пользовать регулярные и равномерные схемы, которые преоб-
ладают в практике инженерно-геологических исследований.

При изучении и оценке ледниковых отложений для массо-
вого строительства важен вопрос о необходимом и достаточном
количестве испытаний грунтов, в частности скоростными ме-
тодами исследований (статическим и динамическим зондиро-
ванием), о допустимых расстояниях между точками зондиро-
вания в зависимости от неоднородности и пространственной
изменчивости свойств грунтов.

Методика расчета параметров регулярных систем пунктов
получения информации достаточно подробно изложена в рабо-
те Г. К. Бондарика [7]. Применение этой методики эффектив-
но при инженерно-геологическом изучении крупных террито-
рий, в пределах которых могут в полной мере проявиться за-
кономерности пространственной изменчивости отложений, т. е.
при проведении инженерно-геологических съемок различных
масштабов. В то же время при изысканиях для массового строи-
тельства, когда изучаются природные условия площадок от-
дельных зданий и сооружений, какие-либо закономерности из-
менения свойств грунтов в латеральной плоскости, как пра-
вило, установить не представляется возможным, так как в боль-
шинстве случаев они подавляются (вуалируются) локальной
неоднородностью породы в сфере взаимодействия проектиру-
емых сооружений с грунтами. В этих случаях при определении
количества точек испытаний и расстояний между ними необ-
ходимо учитывать главным образом вертикальную изменчи-
вость ледниковых толщ, рассмотренную в главе 2. В связи с
тем что ледниковые отложения, как правило, разделяются на
два горизонта, характеризующиеся различными значениями
показателей их физико-механических свойств и разной измен-
чивостью (первичная и вторичная), количество точек испыта-
ний, очевидно, должно быть неодинаковым для верхнего и
нижнего горизонтов, как и расстояния между этими точками.
Верхний горизонт, имеющий более высокую изменчивость
свойств грунтов, должен и более тщательно изучаться.

Отметим, что в существующих нормативных документах
рекомендуемые составы и объемы работ при инженерно-геоло-
гических изысканиях для массового строительства не увязаны
с дифференциацией ледниковых (как, впрочем, и других)
толщ по глубине. Приведенные в них рекомендации, в част-
ности, по количеству точек испытаний зондированием, рассто-
яниям между точками зондирования и буровыми скважинами,
распространяются на всю сферу взаимодействия (мощность
сжимаемой толщи).

Анализ результатов штамповых испытаний и деформаций
оснований зданий и сооружений, выстроенных на ледниковых
образованиях, показывает, что концентрация дополнительных
напряжений от сооружений происходит в основном в верхней
части сжимаемой толщи, непосредственно взаимодействующей
с фундаментом. В этой части осадки достигают 70—80%, а в
отдельных случаях 90% от их общей величины в зависимости
от состава, состояния и свойств грунтов, а также характера их
пространственной изменчивости. Кроме того, от указанных
параметров зависит и глубина распространения зоны предель-
ного равновесия, мощность которой, обусловленная экстре-
мальными значениями прочностных характеристик ледниковых
отложений, приведенных выше, составляет от 0,5 до 2,0 шири-
ны фундаментов, взаимодействующих с грунтами.

В связи с тем что нагрузка от сооружения, передаваемая
на грунты, залегающие в активной зоне, с глубиной снижает-
ся, требуется совершенно различная точность определения
характеристик деформируемости, которая должна уменьшать-
ся с глубиной залегания слоев сжимаемой толщи. Наиболее
высокая точность нужна при определении сжимаемости верх-
них слоев. Определение модуля деформации грунтов нижнего
горизонта в большинстве случаев можно производить косвен-
ными методами и в первую очередь статическим и динами-
ческим зондированием. Сделанные выводы позволяют наибо-
лее дифференцированно подойти к изучению и оценке ледни-
ковых массивов с учетом закономерностей пространственной
изменчивости свойств грунтов, а также совместной работы ос-
нования и фундамента.

Приведенные в предыдущих главах характеристики измен-
чивости свойств ледниковых отложений в большой степени
зависят от геометрической базы и размеров геометрического

Рис. 6.8. Зависимость вы-
борочного среднего квад-
ратического отклонения
от числа определений
признака

20	40	60	80	100 120 п

поля опробования [65]. Влияние геометрической базы сказы:
вается в уменьшении показателей изменчивости по мере роста
размера поля опробования, а также количества определений
(рис. 6.8). Как известно, одна из характеристик изменчиво-
сти— среднее квадратическое отклонение — определяется по
формуле

(61)

На рис. 6.8 приведены графики зависимости 5 от числа
определений п при различных фиксированных значениях

—х)2, за которые приняты величины, соответствующие
максимальным значениям дисперсий, полученных по резуль-
татам массовых испытаний при выполнении операции модели-
рования для различных типов грунтов. Заметное уменьшение
5 наблюдается до значений и=50—60. При дальнейшем уве-
личении количества определений число элементов неоднород-
ности в объеме массива становится столь большим, что уста-
навливается некоторое среднее значение показателя изменчи-
вости, которое в дальнейшем уже почти не меняется (так на-
зываемая устойчивая дисперсия свойств).

Рассмотрим поля среднеквадратических отклонений пока-
зателей свойств, приведенные в главе 2. Поскольку эти поля
построены по результатам массового зондирования, выполнен-
ного на нескольких участках изысканий (и^>50—60), полу-
ченные изолинии о можно в первом приближении считать изо-
линиями устойчивой дисперсии. Определяя в любой точке
территории по картам полей показателей свойств средние
арифметические значения Рд и его среднего квадратического
отклонения орд, можно найти минимальное количество точек
зондирования, необходимое для достижения заданной точно-
сти вычисления среднего:

52
П=—2^

(6.2)

где 82 — выборочная дисперсия показателя зондирования, рг—
показатель точности, х — среднее значение показателя зонди-
рования.

Точность вычисления среднего определяется показателем
точности, который вычисляется по формуле

5—	5

Р7 = — = -^7=- ’	(6-3>

х	ХУП

где 8х' — стандартная ошибка среднего арифметического.

Этот метод оценки необходимого числа испытаний грунта
предполагает, что мы заранее располагаем значениями р. Их
можно получить из предварительного небольшого по объему
опробования (серии испытаний) или по таблице, приведенной
в ГОСТ 20522-75. Следует отметить, что данные таблицы обоб-
щены по всем грунтам без учета их состава, специфических
особенностей и не содержат прямых указаний по определению
точности непосредственно параметров зондирования. Выпол-
ненные автором исследования показали, что средние значения
показателя р параметров зондирования для ледниковых отло-
жений составляют ~6°/о (0,06) для верхнего и ~8% (0,08)
для нижнего горизонта. Количество испытаний необходимо оп-
ределять раздельно для песков и двух горизонтов моренных
грунтов.

Поскольку наибольшая степень изменчивости сжимаемости
грунтов по вертикали характерна для моренных грунтов верх-
ней и нижней зоны, рассмотрим методику определения коли-
чества точек зондирования для этих двух горизонтов исходя
из средних значений показателей изменчивости, выраженных
их выборочными средними квадратическими отклонениями
(см. главу 2), и соответствующих им значений Рд. Используя
формулу (6.2) с учетом точности определения Рд, получим
для верхнего горизонта П1=20, для нижнего п2=10, что под-
тверждает предположения о различной детальности изучения
этих горизонтов.

При инженерно-геологическом изучении ледниковых отло-
жений большой интерес представляет оценка степени верти-
кальной изменчивости ледниковых толщ, в значительной мере
определяющая методику инженерно-геологических исследова-
ний. Такая оценка изменчивости свойств грунтов может быть
выполнена по показателю зондирования, характеризующему
их состав, физическое состояние, прочностные и деформацион-
ные свойства. В качестве меры вертикальной изменчивости
используется величина стандарта, имеющая различные зна-
чения для верхнего и нижнего горизонтов ледниковых отложе-
ний. Так, в рассматриваемом нами примере показатель измен-
чивости можно выразить через отношения стандартов Р=
=$1/$2, где «1 и 52 — выборочные значения средних квадрати-
ческих отклонений соответственно верхнего и нижнего гори-
зонтов (в числителе значение стандарта того горизонта, для
которого необходимо определить методику изучения (опробо-
вания)). Для нашего примера средние значения Р составляют
0,5 и 2. Крайние значения могут изменяться от 0,2 до 1,0 для
верхней зоны и от 1 до 5 для нижней.

Чтобы определить расстояния между точками зондирова-
ния для верхнего и нижнего горизонтов, необходимо количест-
во определений умножить на Р. Тогда получим Ь\= 10 м
и А2=20 м. С учетом диапазона изменения Р значение Ц
может меняться от 4 до 18—20 м и Ь2 от 10 до 50 м. Получен-
ные расстояния между точками исследований в зависимости
от характеристик изменчивости ледниковых отложений могут
в известной мере служить в качестве «вектора переноса ин-
формации» [110], определяющего величину и допустимый шаг
переноса инженерно-геологической информации. Другим до-
статочно эффективным методом определения векторов пере-
носа информации является построение и анализ автокорреля-
ционных функций. В любом случае вектор переноса информа-
ции должен определяться по осям симметрии массива
раздельно для регионов и генетических типов пород в соответ-
ствии с их типологическим районированием.

Выбор комплекса методов — процесс творческий, завися-
щий от сочетания многих природно-технических факторов,
главными из которых являются инженерно-геологические
условия площадки изысканий, конструктивные особенности и
технические характеристики проектируемых сооружений, об-
ласть применения и фактическая точность методов и др. Не-
смотря на большое разнообразие инженерно-геологических
условий площадок и типов зданий и сооружений, все они с до-
стоверностью, достаточной для практических целей, могут
быть сведены к определенному количеству типовых схем гео-
лого-технических объектов, исходя из которых и должны вы-
бираться наиболее рациональные методы их изучения.

Процедура выбора методов исследований должна начи-
наться с формулировки проектных (инженерных) задач, в за-
висимости от которых выбирается методология решения соот-
ветствующей инженерно-геологической задачи, т. е. «решение
Методы

Рис. 6.9. Классификация методов изучения инженерно-геологических свойств ледниковых отложений для массового строитель-
ства
изыскательской задачи ставится в зависимость от решения
инженерной задачи» [119]. В этом заключается один из прин-
ципов оптимизации инженерных изысканий — принцип обрат-
ной связи.

Содержание инженерной задачи должно формироваться с
учетом положений из позиций 1—7 (рис. 6.2). Затем составля-
ется программа инженерно-геологических исследований, важ-
ной частью которой является выбор наиболее рациональных
методов изучения свойств массивов грунтов, служащих в ка-
честве оснований зданий и сооружений.

В настоящее время в распоряжении ведущих изыскатель-
ских организаций находится большой арсенал методов раз-
ведки и исследований физико-механических свойств грунтов.
Анализ многолетней практики и опыта изучения и оценки лед-
никовых отложений для массового строительства показыва-
ет, что наиболее эффективны методы, приведенные на рис. 6.9.

С целью более рационального использования этих мето-
дов для каждого из них должны быть установлены область
применения и фактическая точность определения той или иной
инженерно-геологической характеристики. Зная требуемую
точность измерения параметров геолого-технического объекта
и фактическую точность методов исследований, можно всегда
подобрать оптимальный комплекс, который позволит получить
необходимый и достаточный объем информации о ГТО.

Приведенные на рис. 6.9 методы исследований позволяют
решать, как правило, любые изыскательские задачи. Методы
разделяются на прямые и косвенные. Первые, как уже отме-
чалось, характеризуются большой трудоемкостью и высокой
стоимостью. Поэтому для изучения и оценки геолого-техниче-
ских объектов, где требуемая точность получения информации
не выше фактической точности скоростных методов исследо-
ваний (статическое и динамическое зондирование), должны
применяться в первую очередь эти методы в соответствии
с РСН 23-85 и РСН 62-87. Это относится главным образом к
группам зданий и сооружений В и Г (см. табл. 6.3). Для групп
зданий Б при определении нормативных и расчетных харак-
теристик грунтов рекомендуется оптимальное сочетание кос-
венных и прямых методов исследований. И, наконец, для групп
зданий и сооружений А основными методами определений
характеристик должны быть прямые, а косвенные — дополня-
ющие. В то же время последние незаменимы при изучении и
оценке пространственной изменчивости свойств грунтов в пре-
делах строительной площадки, что особенно важно для лед-
никовых отложений, имеющих сложное и изменчивое строение.

Правильный выбор методов исследований будет способ-
ствовать выполнению инженерно-геологических работ с высо-
кой эффективностью и качеством, в сжатые сроки, при опти-
мальной сметной стоимости.
6.4. Основы оптимизации объемов
инженерно-геологических исследований

Среди большинства изыскателей сложилось устойчивое
представление, что единственным критерием эффективности
инженерно-геологических изысканий является минимизация
затрат по достижению намеченной цели. Но это не совсем так.
Во-первых, нет однозначного мнения, что является целью ин-
женерно-геологических изысканий. М. В. Рац предложил рас-
сматривать в качестве цели оптимизации (функции цели изы-
сканий) минимум суммарных затрат на изыскания и стро-
ительство [119]. По В. П. Огоноченко [107], экономический
эффект от инженерно-геологических изысканий определяется
разностью между стоимостью нулевого цикла строительства
без учета материалов изысканий и стоимостью строительства,
запроектированного по данным изысканий. Однако применение
этих определений функций цели для конкретных инженерно-
экономических расчетов вызывает серьезные затруднения,
так как они носят слишком общий характер. Попытки практи-
ческого использования предложенных теоретических решений
задач оптимизации показали, что конструктивные решения
можно получить лишь для некоторых частных задач.

Во-вторых, во всех построениях, касающихся задач опти-
мизации, массив горных пород рассматривается как некая
обособленная система в отрыве от конкретного решения после-
дующей задачи. Такая постановка проблемы не снимает всех
трудностей оптимизации, поскольку в этом случае изучение и
оценка массива производится вне зависимости от целей (они
могут быть как производственными, так и научными), кроме
того, количество материальных и интеллектуальных затрат не
означает прямого приближения к поставленной цели.

В последнее время наметился новый теоретический подход
к определению суммарных затрат на инженерно-геологические
изыскания в зависимости от надежности системы фундамент—
основание и параметров геологической среды [51]. Но пока он
носит характер научной гипотезы, имеет ряд недостатков, свя-
занных с чрезмерной и не всегда обоснованной формализа-
цией отдельных моментов, и не может быть использован в ши-
рокой практической деятельности.

В-третьих, необоснованное сокращение объемов и стоимо-
сти изысканий не всегда дает экономию средств. Низкое ка-
чество изысканий может привести к дополнительным затратам
при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, а
также при ликвидации возможных последствий, связанных с
авариями и т. п., которые значительно превышают общий
объем затрат на инженерные изыскания.

Рассмотрим некоторые научно-методические вопросы опти-
мизации инженерно-геологического изучения и оценки ледни-
224
ковых отложений для массового строительства. Практика изы-
сканий показывает, что для эффективности прикладных по-
строений оптимизационных структур необходимо, чтобы они
координировались с теоретическими концепциями о классах и
типовых схемах геолого-технических объектов. Адекватность
выбранной математической модели и успех решения оптимиза-
ционной задачи будут зависеть главным образом от выбора
критериев оптимизации, вида целевой функции, масштабов и
области изменения всех переменных. Оптимизация всего про-
цесса изучения и оценки геолого-технического объекта отно-
сится к одной из самых сложных и малоразработанных задач
в едином технологическом цикле изыскания — проектирова-
ние.

Рационального планирования инженерных изысканий
можно достичь лишь в том случае, когда состав, объемы и
методика инженерно-геологических исследований будут опре-
деляться исходя из совокупности геологических и технических
факторов.

Цель оптимальной композиции геолого-технического объект
та и последующего его изучения — направленное формирова-
ние этой системы с высокой степенью организованности при
учете интегративного эффекта [77, 159], возникающего в ре-
зультате взаимного воздействия подсистем друг на друга при
структурно-параметрической организации отдельных элемен-
тов в единый геолого-технический объект. Сопоставление воз-
можных вариантов организации этой системы осуществляется
по критериям различимости, за которые принимаются показа-
тели эффективности. В общем случае под эффективностью под-
разумевается мера соотношения результатов достижения по-
ставленной цели с требуемыми затратами [20]. Результатив-
ность использования инженерно-геологической информации
в проектных решениях с точки зрения достижения поставлен-
ной цели оценивается показателями функциональной эффек-
тивности, а необходимые затраты — показателями экономиче-
ской эффективности.

Таким образом, для обеспечения оптимального изучения
геолого-технического объекта должна быть установлена взаи-
мосвязь пространственно-структурно-параметрической органи-
зации этих систем с показателями их экономической и функ-
циональной эффективности.

В общем случае для достаточно полного и адекватного опи-
сания характеристик элементов требуется использование двух
форм их математических моделей, а именно критериальной и
функциональной [77]. Критериальная математическая модель
элемента, включающая критерии эффективности, является ма-
тематическим выражением цели решаемой оптимизационной
задачи. При этом внутренняя структура моделируемого эле-
мента, как правило, не отражается в данной модели, что по-
Тип

ГТО

Переменные
управления Ограничения

Рис. 6.10. Структура стратегии управления процессом изучения и оценки ГТО
зволяет рассматривать ее как макромодель этого элемента.
Функциональная математическая модель элемента отражает
законы, которым подчиняются функциональные процессы в
этом элементе. Основа построения функциональной математи-
ческой модели элемента — его структурная схема, т. е. модель
учитывает внутреннюю структуру отображаемого геолого-
технического объекта или его подсистем (элементов) и явля-
ется его микромоделью.

Число вариантов структурной организации геолого-техни-
ческих объектов, которые могут быть сформированы из всего-
многообразия элементов в соответствии с правилами комби-
наторики, равно выделенному нами количеству ГТО. В общем
случае система управления такими комплексами геолого-
технических объектов соответствует кибернетическим системам
так называемого гермейеровского типа [31, 104], характерным
признаком которых является наличие на каждом уровне иерар-
хии собственных целей при имеющейся общей.

Решение задач оптимизации начинается с выбора критерия
оптимизации. После этого составляется целевая функция, ко-
торая устанавливает зависимость критерия оптимизации от
переменных управления, влияющих на его значение. Опреде-
ляются ограничения на целевую функцию и переменные, а
затем производится выбор стратегии управления и оценка ее
эффективности (рис. 6.10).

Процесс оптимизации инженерно-геологического изучения
и оценки ГТО необходимо разделять на два уровня (две со-
ставляющие) .

Первый уровень — информационный, определяющий ис-
пользование инженерно-геологической информации в проект-
ных решениях. Критерии оптимизации связаны с требованиями
решения инженерной задачи. Уровень предусматривает, по
нашему мнению, реализацию следующих процедур:

1)	разработку и создание логико-формальных моделей ти-
повых схем геолого-технических объектов;

2)	определение цели решения инженерной задачи;

3)	определение объема необходимой и достаточной информа-
ции для изучения и оценки ГТО в схеме принятой инженерной
цели;

4)	установление требуемой точности определения показа-
телей свойств грунтов;

5)	оптимизацию информационного уровня.

Второй уровень — методический, определяющий технологи-
ческий процесс инженерно-геологического изучения геолого-
технического объекта. Критерии этого уровня связаны с мето-
дикой исследований, составом, объемами работ, их сметной
стоимостью и т. д.

Он включает:

1)	обоснование направления исследований;
Рис. 6.11. Схема оптимизации процесса инженерно-геологического изучения и оценки ГТО
2)	выбор методов исследований в зависимости от типа
ГТО, требуемых объемов информации и точности определения
показателей;

3)	оценку оптимальных объемов исследований различными
методами (обоснование критериев и параметров оптимизации
и формирование целевой функции).

В качестве примера рассмотрим следующую оптимизацион-
ную задачу [37]. При инженерно-геологическом изучении и
оценке геолого-технического объекта необходимо определить
т геологических параметров с помощью п независимых мето-
дов (статическое и динамическое зондирование, штамповые
испытания и т. д.), причем каждый метод дополняет информа-
цию, полученную другими методами, но не дублирует ее. Вве-
дем следующие обозначения:	— объем информации /-го

параметра в единице объема информации, получаемой к-м
методом; /7 — минимальный полный объем информации, кото-
рый требуется получить о /-м параметре; Ск — стоимость
получения единицы информации к-м методом; хь — искомые
объемы информации, получаемые каждым методом и опреде-
ляющие в конечном счете объемы работ. Необходимо органи-
зовать процесс получения необходимой и достаточной инфор-
мации о массиве грунта и выбрать рациональные методы ис-
следований таким образом, чтобы измерить инженерно-геоло-
гические параметры с требуемой точностью при минимальных
затратах материальных средств.

Общий объем информации о /-м параметре, получаемый всеми
п

методами, будет равен 2 он должен быть не меньше.

Л=1
п

//, где / = 1, т. Стоимость всех работ равна сумме

Л=1

Тогда задача оптимизации математически формулируется так:
п	п	____

найти пип 2 ПРИ ограничениях 2^Л^=Л> гДе / = 1, т

к = 1, п.

Таким образом, если представить процесс инженерно-гео-
логических изысканий для массового строительства в виде не-
которой функциональной системы, то можно выделить две
отдельные оптимизационные задачи (рис. 6.11), без которых
не может быть решен вопрос оптимизации инженерно-геологи-
ческих исследований геолого-технического объекта в це-
лом.

1.	Необходимо с учетом типовой схемы ГТО построить фор-
мально-логическую модель решения изыскательской задачи
в зависимости от требований проектирования, т. е. нужно фор-
мализовать все необходимые параметры и критерии оптимиза-
ции, определив оптимальные зависимости между многоцеле-
вым назначением инженерно-геологических исследований и
задачами, которые требуется решить в процессе проектирова-
ния и строительства изучаемого объекта (количество отобра-
жаемых геологических параметров, точность определения каж-
дого из них и т. д.).

2.	На основе решения предшествующей задачи провести
оптимизацию комплексирования видов работ так, чтобы при
минимальных затратах получить не меньше требуемой инфор-
мацию о массиве.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование инженерно-геологических свойств ледни-
ковых отложений происходило в условиях сложного взаимо-
действия эндогенных и экзогенных процессов, определивших
современное строение, состав, состояние и свойства пород. В
ходе геологического развития под воздействием процессов ги-
пергенеза изменились по сравнению с первичными состав и
свойства приповерхностных горизонтов отложений. В резуль-
тате обобщения и систематизации большого фактического ма-
териала получена комплексная инженер но-геологическая
характеристика основных генетических типов ледниковых отло-
жений, анализ которой подтверждает, что по всем приведен-
ным показателям физико-механических свойств отличия мо-
рен поозерского, сожского и днепровского горизонтов с инже-
нерно-геологических позиций несущественны.

Литогенетические и эпигенетические особенности отложе-
ний ледниковой формации, служившие естественной основой
формирования свойств горных пзрод, являются научной базой
для изучения закономерностей их пространственной изменчи-
вости.

С использованием метода модельной автокорреляционной
функции исследованы закономерности пространственной из-
менчивости ледниковых отложений, позволившие корректно
подойти к изучению взаимосвязей свойств пород, их регио-
нальному инженерно-геологическому районированию и типи-
зации.

Получены и проанализированы модели полей условного
динамического сопротивления морен Белоруссии, показавшие,
что их инженерно-геологические свойства подчиняются опре-
деленным закономерностям, отражающим структурно-тектони-
ческие особенности исследованной территории, которые в свою
очередь контролировали характер и объем ледниковой седи-
ментации. Условия образования ледниковых отложений и их
последующего изменения в процессе гипергенеза отражаются
в вертикальной зональности ледниковых толщ. С помощью
анализа полей Рд проверены и уточнены существующие гипо-
тезы об образовании отложений ледникового комплекса и из-
менении их свойств в процессе гипергенеза.

Установленные закономерности пространственной изменчи-
вости свойств ледниковых отложений служили основой при
разработке методологических принципов изучения и оценки
взаимосвязи показателей свойств этого сложного геологиче-
ского тела с целью осуществления корреляционного прогноза
его физико-механических свойств, важных в практическом
отношении. На базе моделей полей выполнено разграничение
ледниковых отложений Белоруссии на области, квазиоднород-
ные по свойствам, которое положено в основу при разработке
схемы инженерно-геологического районирования. Принципы
этого разграничения можно использовать и для других тер-
риторий, где развиты изученные морены.

Характер зависимостей между прочностными и деформаци-
онными свойствами, с одной стороны, и физическими свой-
ствами, с другой, для глинистых грунтов днепровского, сож-
ского и поозерского горизонтов примерно одинаков. С учетом
соображений о сходстве разновозрастных морен это позволяет
рекомендовать для прогноза механических характеристик еди-
ные уравнения и таблицы.

Наиболее тесную связь с механическими характеристиками
имеют: для моренных грунтов — коэффициент пористости и
граница текучести, являющаяся эффективной характеристикой
их состава; для озерно-ледниковых глинистых грунтов — коэф-
фициент пористости и показатель текучести при прогнозе
удельного сцепления и коэффициент пористости и граница те-
кучести при прогнозе угла внутреннего трения. Угол внутрен-
него трения ф и удельное сцепление с, хотя и определяются в
одном опыте, имеют разные аргументы. С грунтоведческой
точки зрения это вполне логично, так как ф и с по-разному реа-
гируют на изменение влажности и других физических свойств.
Для песков модуль деформации и угол внутреннего трения
наиболее тесно связаны с коэффициентом пористости.

На основе исследований парной и множественной корреля-
ции между показателями физических и механических свойств
ледниковых отложений составлены региональные таблицы нор-
мативных и расчетных значений показателей свойств грунтов.
Полученные данные существенно дополняют и конкретизируют
сведения о свойствах ледниковых отложений, имеющиеся в
таблицах СНиП 2.02.01-83, РСН 27-78, а также отражают ре-
гиональные особенности грунтов. Для моренных грунтов со
степенью влажности 0,8 установлено существенное уменьшение
прочностных и деформационных характеристик при дополни-
тельном увлажнении, что необходимо учитывать при
проектировании и строительстве сооружений на таких грун-
тах.

На основе обработки и анализа результатов параллельных
экспериментов получены зависимости для прогноза коэффи-
циента пористости, показателя текучести, прочностных и де-
формационных характеристик по данным статического и дина-
мического зондирования. Теснота связи физико-механических
свойств грунтов с параметрами зондирования зависит от гене-
тических и структурно-текстурных особенностей грунтов, а
также режимов испытаний. Некоторые различия в оценке по-
казателей механических свойств по уравнениям регрессии,
полученным по физическим свойствам и зондированию, обус-
ловлены разным влиянием на показатели характера и прочно-
сти структурных связей при лабораторных определениях фи-
зических свойств и зондирования, а также различиями дефор-
мирования грунтов при статическом и динамическом воздей-
ствии на них.

Установлены причины расхождения в оценке прочности во-
донасыщенных моренных глинистых грунтов статическим и
динамическим зондированием, что дает возможность диффе-
ренцированного подхода к выделению инженерно-геологиче-
ских элементов и выбору несущего для свай слоя с учетом
явлений, которые могут возникать при различных видах зон-
дирования.

Получены новые граничные значения параметров зондиро-
вания для оценки плотности сложения песчаных грунтов. Даны
рекомендации по оценке несущей способности свай статиче-
ским и динамическим зондированием, а также по коэффициен-
ту пористости песков.

Приведенные зависимости для прогноза физико-механиче-
ских свойств грунтов и оценки несущей способности свай по
статическому и динамическому зондированию положены в ос-
нову составления республиканских строительных норм: «Ста-
тическое зондирование и пенетрационный каротаж грунтов в
условиях БССР» (РСН 23-85), «Динамическое зондирование
грунтов в условиях БССР» (РСН 62-87), а также использованы
при разработке «Рекомендаций по определению несущей спо-
собности забивных свай разного сечения» и СНиП 1.02.07-87
«Инженерные изыскания для строительства». Использование
этих зависимостей дало возможность существенно по-
высить информативность динамического и статического зонди-
рования, что способствует росту качества и эффективности
изысканий, сокращению сроков их выполнения и снижению
стоимости.

Закономерности пространственной изменчивости свойств
ледниковых отложений, отражающие геолого-структурные
условия формирования этих свойств, позволили установить
объективные критерии для разработки схемы инженерно-гео-
логического районирования и типизации ледниковых отложе-
ний.

Составленная карта типологического инженерно-геологи-
ческого районирования отложений ледникового комплекса с
подробной характеристикой физико-механических свойств ос-
новных типов и видов грунтов дополняет и расширяет сущест-
вующие схемы инженерно-геологического районирования
территории Белоруссии.

Изучение взаимосвязи показателей свойств грунтов и струк-
туры полей их геологических параметров позволило составить
частные карты сжимаемости моренных отложений и несущей
способности погруженных в них свай, которые имеют важное
значение для предварительной оценки сжимаемости грунтов и
несущей способности свай при планировании размещения раз-
личных видов строительства. На основе инженерно-геологиче-
ского районирования отложений с учетом гидрогеологических
условий территории и опыта изысканий выделено девять ти-
повых схем разрезов, для каждой из которых характерны
определенные сочетания различных методов прогноза механи-
ческих свойств грунтов.

С помощью аппарата математической статистики оценены
качество и эффективность различных методов прогноза проч-
ностных и деформационных свойств ледниковых отложений-
и проведено их сравнение. На базе применения статистических
параметров прогнозных уравнений разработаны основные по-
ложения синтеза (комплексное сочетание) различных методов
прогноза и оценки их вклада в окончательный прогноз. Пред-
ложен способ построения комбинированного прогноза. С при-
влечением формально-логического подхода сформулированы
научные принципы комплексирования методов прогноза проч-
ностных и деформационных свойств ледниковых отложений,
основанные на инженерно-геологическом районировании и ти-
пизации территории, учете эффективности каждого из мето-
дов и его вклада в общий прогноз. Определена логическая
последовательность сочетания различных геологических и фор-
мально-математических методов при комплексном прогнозиро-
вании строительных свойств грунтов.

Сформулирована теоретике-методическая концепция ин-
женерно-геологического изучения и оценки ледниковых отло-
жений для массового строительства, построенная на рассмот-
рении системы основание—фундамент—сооружение как единой
геолого-технической конструкции. Определены научно-методи-
ческие принципы создания типовых схем геолого-технических
объектов и предложена методика их инженерно-геологического
изучения. Разработана принципиальная технологическая схема
изучения и оценки геолого-технических объектов, основанная
на комплексном сочетании и взаимодействии природных и тех-
нических факторов. Предложенный подход позволит более
целенаправленно проводить инженерно-геологические изыска-
ния, сократить сроки их выполнения и снизить стоимость, а
также повысить качество и эффективность проектных ре-
шений.

Изложены основы оптимизации инженерно-геологических
исследований для массового строительства.
Прогноз показателей механических свойств грунтов по кос-
венным признакам, несмотря на большое количество работ,
посвященных решению этой задачи применительно к разным
генетическим типам и видам отложений в различных регионах
страны, остается одной из актуальных проблем современной
инженерной геологии. Конкретная методика прогнозирования,
несмотря на общность методологического подхода, имеет ре-
гиональные особенности, связанные с условиями формирова-
ния и последующими постгенетическими изменениями отложе-
ний в процессе литогенеза, закономерностями их пространст-
венной изменчивости и др.

Косвенные методы прогноза показателей механических
свойств грунтов являются основой оптимизации инженерно-
геологических изысканий, т. е. сокращения объема трудоемких
и дорогостоящих испытаний путем замены их экспресс-мето-
дами при сохранении необходимого уровня информативности
данных.

В настоящее время назрела необходимость разработки ме-
тодов оценки и контроля качества инженерно-геологической
информации, получаемой скоростными методами, что позволит
научно обосновать их место и роль в общем комплексе инже-
нерно-геологических изысканий, а также существенно расши-
рить область применения.

Успехи прогнозирования показателей механических свойств
грунтов методами зондирования и их эффективная роль при
оценке и изучении геолого-технических объектов во многом
определяются степенью точности и достоверности этих мето-
дов при решении конкретных задач.

В нормативной методической литературе по инженерно-
геологическим исследованиям отсутствуют рекомендации по
контролю точности результатов определений физико-механи-
ческих характеристик грунтов методами зондирования. Орга-
низация такого контроля позволит получать стабильные ре-
зультаты определений с погрешностями, не превышающими за-
данных пределов, выявлять и анализировать факто|ры, обус-
ловливающие ошибки прогноза, разрабатывать методы управ-
ления точностью определения характеристик грунтов.

Повышение качества инженерно-геологической информации
и в итоге эффективности инженерно-геологических исследова-
ний зависит не только от совершенствования научных основ,
методики, техники и технологии работ, но и от соответствия
выполняемых исследований определенной процедуре контроля
и оценки качества прогноза прочностных и деформационных
характеристик на всех этапах инженерно-геологических изы-
сканий. Однако этот вопрос требует отдельного рассмотре-
ния.

В перспективе использование изложенных в книге резуль-
татов позволит значительно ускррить процесс получения и об-
работки инженерно-геологической информации и выдачи ма-
териалов изысканий проектным организациям. Они могут быть
положены в основу при разработке скоростной системы про-
ведения технологического процесса изысканий с последующей
его автоматизацией как отдельных этапов, так и всего комп-
лекса инженерно-геологического изучения и оценки геолого-
технических объектов на основе широкого внедрения персо-
нальных ЭВМ.
ЛИТЕРАТУРА

1.	Архангельский И. В. Некоторые вопросы комплексирования инже-
нерно-геологических методов исследований//Инж. геология. 1986. № 6.
С. 94—101.

2.	Болотин В. В. Применение методов теории вероятностей и теории
надежности в расчетах сооружений. М.» 1971.

3.	Бондарик Г. К. О методе исследования систем в инженерной гео-
логии // Пути дальнейшего развития инженерной геологии. М., 1971.
С. 11—17.

4.	Бондарик Г. К. Основы теории изменчивости инженерно-геологи-
ческих свойств горных пород. М., 1971.

5.	Бондарик Г. К. Динамическое и статическое зондирование грунтов
в инженерной геологии. М., 1964.

6.	Бондарик Г. К. Общая теория инженерной (физической) геологии.
М., 1981. С. 256.

7.	Бондарик Г. К. Методика инженерно-геологических исследований.
Учебн. для вузов. М., 1986.

8.	Бондарик Г. К-, Горальчук М. И., Сироткин В. Г. Закономерности
пространственной изменчивости лессовых пород. М.» 1976.

9.	Бондарик Г. К., Горальчук М. И., Иерусалимская Е. Н. Простран-
ственная изменчивость ледниковых отложений. М., 1985.

10.	Бондарик Г. К., Комаров И. С., Ферронский В. И. Полевые мето-
ды инженерно-геологических исследований. М., 1967.

11.	Бондарик Г. К., Пендин В. В. Методика количественной оценки
инженерно-геологических условий и специального инженерно-геологичес-
кого районирования // Инж. геология. 1982. № 4. С. 82—89.

12.	Булавин Б. П. Генезис и литологические фации лесса Русской рав-
нины. М., 1972.

13.	Бусел И. А. К оценке несущей способности забивных свай//Изв.
вузов. Геология и разведка. 1985. № 11. С. 61—65.

14.	Бусел И. А. К вопросу прогноза прочностных и деформационных
характеристик моренных грунтов при изменении их влажности // Гидро-
геология и инженерная геология. Математические методы анализа инфор-
мации. Новочеркасск, 1984. С. 100—103.

15.	Бусел И. А. Определение модуля общей деформации грунтов по
данным статического зондирования//Йзв. вузов. Геология и разведка.
1984. № 7. С. 101—105.

16.	Бусел И.' А. Определение прочностных характеристик глинистых
грунтов по данным зондирования // Строит-во и архитектура Белоруссии.
1985. № 1. С. 34—35.

17.	Бусел И. А. Сопоставление результатов статического и динамиче-
ского зондирования грунтов // Геология и география. Мн., 1985. Вып. 7.
С. 78—86.

18.	Бусел И. А. Использование динамического зондирования в изыс-
каниях//Проектирование и инж. изыскания. 1985. № 3. С. 31—33.

19.	Бусел И. А. Закономерности пространственной изменчивости лед-
никовых отложений как критерий их инженерно-геологического райониро-
вания в связи с комплексным прогнозом прочностных и деформационных
свойств (на примере Белоруссии). М„ 1985. Деп. в ВИНИТИ № 6473-85.
20.	Бусленко Н. П., Калашников В. В., Коваленко И. Н. Лекции по
теории сложных систем. М., 1973.

21.	Варга А. А. Некоторые вопросы применения метода симметрии
к инженерно-геологическому изучению трещиноватости // Инж. геология.
1980. № 3. С. 88—97.

22.	Васильев В. И., Хайме Н. М. Геолого-структурный подход при
инженерно-геологическом районировании Северной и Центральной Мон-
голии// Инж. геология. 1984. № 5. С. 57—64.

23.	Введенская А. И. Изучение физических свойств морен в палеогео-
графических целях: Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. М., 1972.

24.	Верейский Н. Г., Комаров И. С. История развития Русской плат-
формы в плиоцене, плейстоцене и голоцене // Инженерная геология СССР.
Т. 1. Русская платформа / Под ред. И. С. Комарова. М., 1978. С. 60—68.

25.	Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее
окружения. М., 1965.

26.	Верховская Л. А., Сорокина Е. П. Математическое моделирование
геохимического поля в поисковых целях. М., 1981.

27.	Винокуров Е. Ф. Строительные свойства моренных грунтов. Мн.,
1962.

28.	Воронин Ю. А., Еганов Э. А. Методологические вопросы примене-
ния математических методов в геологии. Новосибирск, 1974.

29.	Гайгалас А. И., Гурский Б. И., Карабанов А. К., Левков Э. А. Не-
манский ледниковый поток // Московский ледниковый покров Восточной
Европы. М., 1982. С. 133—137.

30.	Герасимович А. И., Матвеева Я. И. Математическая статика. Мн.,
1978.

31.	Гермейер Ю. Б. Игры с непротивоположными интересами. М.,
1976.

32.	Гирканов А. Н., Слепцов Б. Г. Региональные таблицы норматив-
ных и расчетных показателей лессовых грунтов г. Алма-Ата//Математи-
ческие методы в инженерно-геологических исследованиях. М., 1983.
С. 28—49.

33.	Голодковская Г. А., Лебедева Н. И. Инженерно-геологическое
районирование территории Москвы//Инж. геология. 1984. № 3. С. 87—102.

34.	Голубев Н. А. Исследование прочностных и деформационных
свойств песчаных оснований территории БССР: Автореф. дис. ... канд. техн,
наук. Мн„ 1970.

35.	Гороховский В. М., Ткачук Э. И. Моделирование в инженерной
геологии. Новочеркасск, 1980.

36.	Горькова И. М. Физико-химические исследования дисперсных оса-
дочных пород в строительных целях. М., 1975.

37.	Гречищев С. Е., Кюнтцель В. В., Сагайдачный Ю. А. О некото-
рых перспективных направлениях развития математических методов в ин-
женерной геологии и геокриологии//Инж. геология. 1981. № 5. С. 3—14.

38.	ГОСТ 20522-75. Грунты. Метод статистической обработки резуль-
татов определений показателей. М., 1975.

39.	ГОСТ 12248-78. Грунты. Метод лабораторного определения сопро-
тивления срезу. М„ 1979.

40.	ГОСТ 23908-79. Грунты. Метод лабораторного определения сжи-
маемости. М., 1980.

41.	ГОСТ 19912-81. Грунты. Метод полевого испытания динамическим
зондированием. М., 1981.

42.	ГОСТ 20069-81. Грунты. Метод полевого испытания статическим
зондированием. М., 1981.

43.	ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. М., 1982.

44.	Грязнов Т. А. Оценка показателей свойств пород полевыми мето-
дами. М., 1984.

45.	Девис Дж. Статистика и анализ геологических данных. М., 1977.

46.	Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в
технике и науке: Методы планирования эксперимента. М., 1981.
М. Динамическое зондирование грунтов в условиях БССР (РСН
62-87 Госстроя БССР). Мн., 1988.

48.	Дудлер И. В. Комплексные исследования грунтов полевыми мето-
дами. М., 1979.

49.	Евтеев С. А. Геологическая деятельность ледникового покрова
Восточной Антарктиды. М., 1964.

50.	Ермолаев Н. Н., Михеев В. В. Надежность оснований сооруже-
ний. Л., 1976.

51.	Загиров Ш. Ш. К оптимизации объемов разведки и опробования
оснований инженерных сооружений//Инж. геология. 1981. № 2. С. 16—27.

52.	Зайцева Н. В. Ленточные глины Белоруссии. Мн., 1969.

53.	Зусь М. Е., Гурский Б. Н., Левков Э. А., Гайгалас А. И. Неманско-
Минская ледораздельная зона //Московский ледниковый покров Восточной
Европы. М., 1982. С. 137—142.

54.	Иерусалимская Е. Н. Теория и практика моделирования геологи-
ческих полей в инженерной геологии: Автореф. дис. ... канд. геол.-минер.
наук. М., 1980.

55.	Инструкция по учету особенностей моренных грунтов при проек-
тировании естественных оснований на территории БССР (РСН 27-78). Мн.,
1979.

56.	Каган А. А., Солодухин М. А. Моренные отложения Северо-Запа-
да СССР (инженерно-геологическая характеристика). М., 1971.

57.	Казаков М. П. К характеристике главнейших типов четвертичных
отложений европейской части СССР//Бюл. МОИП. Нов. сер. 1935. Т. 13
(3). С. 394—427.

58.	Казанцев В. Ф., Хамов А. П., Левина Р. Ф. и др. Результаты ис-
пытаний зондирующих установок // Проектирование и возведение фунда-
ментов транспортных зданий и сооружений из свай и оболочек в сложных
грунтовых условиях. Л., 1974. С. 185—188.

59.	Карпунин В. А., Суханов В. И., Шароградский В. И. Методоло-
гические основы естественных и технических наук. Л., 1979.

60.	Коломенский Н. В. Общая методика инженерно-геологических ис-
следований. М., 1968.

61.	Колпашников Г. А. О системном подходе в инженерно-геологиче-
ских исследованиях//Геология и география. Мн., 1982. Вып. 4. С. 65—75.

62.	Колпашников Г. А., Гудак С. П., Мотуз В. Лк, Панасенко Л. И.
Особенности инженерно-геологического районирования территории Бело-
руссии в связи с рациональным использованием геологической среды// Гид-
рогеологические и инженерно-геологические проблемы Белоруссии. Мн.,
1977. С. 142—156.

63.	Комаров И. С. Современная ландшафтно-климатическая зональ-
ность и ее инженерно-геологическое значение // Инженерная геология СССР.
Т. 1. Русская платформа / Под ред. И. С. Комарова. М., 1978. С. 68—75.

64.	Комаров И. С. Системный подход к инженерной геологии//Изв.
вузов. Геология и разведка. 1983. № 11. С. 154—161.

65.	Комаров И. С. Накопление и обработка информации при инже-
нерно-геологических исследованиях. М., 1982.

66.	Комаров И. С. Основные комплексные методы инженерно-геоло-
гических исследований // Полевые методы инженерно-геологических иссле-
дований. М., 1967. С. 18—60.

67.	Комаров И. С., Хайме Н. М., Бабенышев А. П. Многомерный ста-
тистический анализ в инженерной геологии. М., 1976.

68.	Котлов Ф. В. Некоторые вопросы формирования инженерно-гео-
логических свойств пород в связи с изучением глинистых пород Москвы
и Подмосковья // Инженерно-геологические свойства горных пород и ме-
тоды их изучения. М., 1962. С. 133—150.

69.	Кофф Г. Л., Лободенко В. Г., Коломенский Е. Н. Микростроение
и свойства моренных глинистых грунтов (на примере московской морены)
Белоруссии //Инж. геология. 1979. № 5. С. 48—55.

70.	Кригер Н. И. О причине высокой плотности моренных отложе-
ний//Литология и полезные ископаемые. 1971. № 4. С. 124—130.

71.	Круть И. В. Исследование оснований теоретической геологии. М.,
1973.

72.	Купцов А. Г., Романова Е. И., Шеко Е. А. Способы построения
макетов карт физико-механических свойств пород, распространенных на
территории г. Москвы//Инженерные изыскания в строительстве. М., 1979.
Вып. 6. С. 20—22.

73.	Курочкин С. В., Хайме Н. М. Региональные банки данных — основа
совершенствования инженерно-геологических изысканий // Проектирование
и инж. изыскания. 1985. № 3. С. 27—29.

74.	Кутателадзе И. Р., Медведев О. П., Ойзерман М. Т. Исследование
зависимостей между физико-механическими свойствами моренных отложе-
ний г. Москвы и построение региональных таблиц нормативных и расчетных
значений показателей свойств грунтов // Математические методы в инже-
нерно-геологических и гидрогеологических исследованиях. М., 1980.
С. 21—46.

75.	Кюри П. О симметрии//Избр. тр. М.; Л., 1966. С. 66—94.

76.	Лаврушин Ю. А. Строёние и формирование основных морен ма-
териковых оледенений. М., 1976.

77.	Лазарев И. А. Композиционное проектирование сложных агрега-
тивных систем. М., 1986.

78.	Личков Б..Л. О чертах симметрии Земли, связанных с ее гравита-
ционным полем, тектоникой и гидрогеологией // Земля во Вселенной. М.,
1964. С. 156—171.

79.	Лободенко В. Г., Клиндюк В. Л., Писарчик В. М. Некоторые осо-
бенности прочностных свойств моренных грунтов // Изучение и использо-
вание глин: Матер. IX Пленума Всесоюз. комиссии по изучению и исполь-
зованию глин. Мн., 1971. С. 68—70.

80.	Лободенко В. Г. Пространственная изменчивость свойств морен-
ных грунтов // Гидрогеологические и инженерно-геологические проблемы
Белоруссии. Мн., 1977. С. 157—166.

81.	Лободенко В. Г. Определение модуля деформации моренных грун-
тов по сопротивлению статическому зондированию // Гидрогеологические и
инженерно-геологические условия Белоруссии. Мн., 1978. С. 137—141.

82.	Лободенко В. Г., Кофф Г. Л. Типы толщ моренных грунтов как
результат избирательного гипергенеза // Особенности формирования гидро-
геологических и инженерно-геологических условий Белоруссии. Мн., 1979.
С. 158—165.

83.	Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология.
Л., 1984.

84.	Лукашев К. И. Генетические типы и фации антропогеновых отло-
жений. Мн., 1960.

85.	Лукашев К. И. Проблемы лессов в свете современных представле-
ний. Мн., 1961.

86.	Лукашев К. И., Лукашев В. К. Геохимия зоны гипергенеза. Мн.,
1975.

87.	Лукашев К. И., Астапова С. Д. Геохимические особенности морен-
ного литогенеза. Мн., 1971.

88.	Мавроди В. X., Чунихин В. Г. Основные принципы организации
системы автоматизированной обработки материалов для формирования
цифровых моделей инженерно-геологических условий местности // Инж.
геология. 1983. № 2. С. 75—83.

89.	Макарочкин М. Ф., Ситников М. А. Индустриальные фундаменты
зданий. Мн., 1962.

90.	Максимов М. М. Некоторые результаты инженерно-геологических
исследований основной морены//Изв'. вузов. Геология и разведка 1966.
№ 4. С. 98—101.

91.	Мариупольский Л. Г., Бусел И. А., Родкевич Г. С. Определение
консистенции глинистых грунтов статическим зондированием // Монтажные
240
и специальные строительные работы. Сер. Специальные строительные ра-
боты. М., 1985. Вып. 7. С. 16—20.

92.	Мариупольский Л. Г., Бусел И. А., Родкевич Г. С. Определение
физико-механических свойств песчаных грунтов и несущей способности
свай зондированием // Основания и фундаменты в сложных инженерно-гео-
логических условиях. Мн., 1985. С. 8—16.

93.	Мариупольский Л. Г., Сеськов В. Е., Родкевич Г. С. Определение
несущей способности свай по результатам статического зондирования грун-
тов с применением зондов с муфтой трения // Основания, фундаменты и
механика грунтов. 1986. Т. 1. С. 10—12.

94.	Марков К. К. Антигляциализм//Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1955.
№ 1. С. 74—86.

95.	Маслов Н. Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии.
М., 1968.

96.	Матвеев А. В. Ледниковая формация антропогена Белоруссии.
Мн., 1976.

97.	Матвеев А. В. Отражение структурно-тектонических особенностей
территории в специфике ледникового лито- и морфогенеза //11 конгр.
ИНКВА: Тез. докл. М., 1982. Т. 1. С. 172—173.

98.	Матвеев А. В., Бурлак А. Ф. Оценка современных представлений
о генезисе и свойствах отложений антропогеновой ледниковой формации //
Вопросы региональной геологии Белоруссии. Мн., 1976. С. 76—85.

99.	Махнач Н. А. О самостоятельности московского оледенения на
территории Белоруссии//Докл. АН БССР. 1966. Т. 10, № 1. С. 37—41.

100.	Мейстер Д. Эргономические основы разработки сложных систем:
Пер. с англ. М., 1979.

101.	Месарович М., Мако Д., Тахакара И. Теория иерархических мно-
гоуровневых систем. М., 1973.

102.	Методология исследования развития сложных систем / Под ред.
К. И. Кратца и Э. Н. Елисеева. Л., 1979.

103.	Минервин А. В., Сергеев Е. М. Новые данные к решению пробле-
мы лесса //Изв. АН СССР. Сер. геол. 1964. № 9. С. 53—64.

104.	Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа. М.,
1981.

105.	Мотуз В. М. Условия образования лессовых пород перигляциаль-
ной зоны плейстоцена (в пределах Белоруссии) // Инж. геология. 1980.
№ 2. С. 14—26.

106.	Огоноченко В. П. Эффективность инженерно-геологических изыс-
каний в строительстве. Киев, 1980.

107.	Огоноченко В. П. Оптимизация и эффективность инженерно-гео-
логических изысканий //Инж. геология. 1980. № 5. С. 14—20.

108.	Осипов В. И. Природа прочности песков//Инж. геология. 1984.
№ 3. С. 7—19.

109.	Пановко Я. Г., Губанова И. И. Устойчивость и колебания упру-
гих систем. М., 1979.

110.	Пикулевич Л. Д. Оптимизация объемов бурения — основной ре-
зерв повышения качества и эффективности инженерно-геологических изыс-
каний//Инж. геология. 1979. № 1. С. 47—59.

111.	Попов И. В. Инженерная геология СССР. М., 1961. Ч. 1.

112.	Потапов А. Д. Морфологическое изучение песков в инженерно-
геологических целях: Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. М.» 1982.

113.	Приклонский В. А. Грунтоведение. М., 1955. 4/1.

114.	Пырченко В. А. Влияние природных условий на конструкцию и
стоимость фундамента // Инженерные изыскания в строительстве. М., 1975.
С. 9—14.

115.	Рабочая книга по прогнозированию / Под ред. И. В. Бестужева-
Лады. М., 1982.

116.	Разоренов В. Ф. Пенетрационные испытания грунтов. М., 1968.

117.	Рац М. В. Неоднородность горных пород и их физических свойств.
М„ 1968.
118.	Рац М. В. Структурные модели в инженерной геологии. М., 1973.

119.	Рац М. В. Принципы оптимизации инженерно-геологических изыс-
каний//Инж. геология. 1980. № 3. С. 3—15.

120.	Рац М. В., Пырченко В. А. Об оптимизации объема исследований
строительных свойств грунтов // Основания, фундаменты и механика грун-
тов. 1980. № 2. С. 20—23.

121.	Рац М. В., Сергейцев Т. Н. Методологические вопросы изучения
(изменчивости) ИГУ//Пространственная изменчивость инженерно-геоло-
гических условий и методы ее изучения: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. се-
минара. М., 1987. С. 29—34.

122.	Рац М. В., Слепцов Б. Г. Новая структурная модель неоднород-
ности горных пород по инженерно-геологическим свойствам // Инж. геоло-
гия. 1979. № 2. С. 35—47.

123.	Ребрик Б. М., Лукошков Г. В., Барашков В. А. и др. О принципе
и задачах комплексирования методов исследования грунтов при инженер-
но-геологических изысканиях (в порядке обсуждения) // Инженерно-строи-
тельные изыскания. М., 1981. № 1 (60). С. 3—8.

124.	Рекомендации по комплексному изучению и оценке строительных
свойств песчаных грунтов. М., 1984.

125.	Рекомендации по определению несущей способности забивных
свай различного сечения. М., 1985.

126.	Рубинштейн А. Я.» Трошенков В. А. Сопоставление результатов
статического и динамического зондирования грунтов // Инженерные изыс-
кания в строительстве: Реферат, сб. М., 1976. Вып. 6 (47). С. 3—9.

127.	Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений.
М., 1978.

128.	Рухина Е. В. Литология ледниковых отложений. М., 1973.

129.	Рухина Е. В., Гонтерев Е. А., Калмыкова Н. А., Сусков Г. А.
Вещественный состав морен и связь его с породами ледникового ложа //
11 конгр. ИНКВА: Тез. докл. М., 1982. Т. 2. С. 249—250.

130.	Рябченков А. С. Результаты сравнительного изучения минералоги-
ческого состава четвертичных отложений западной части Русской равнины //
Матер. Всесоюз. совещ. по изучению четвертичного периода. М., 1961.
С. 121—132.

131.	ГОСТ 5786-78. Сваи. Методы полевых испытаний. М„ 1978.

132.	Сергеев Е. М. Современное состояние и перспективы развития ин-
женерной геологии. М., 1968.

133.	Сергеев Е. М., Голодковская Г. А., Зиангиров Р. С. и др. Грунто-
ведение. М., 1961.

134.	Сидоркина С. П. Способ количественной оценки взаимосвязи по-
лей геологических параметров // Современные методы изучения свойств и
состояния горных пород. М., 1979. С. 32—40.

135.	Сидоркина С. П. Методические рекомендации по моделированию
полей геологических параметров на основе их пространственной статисти-
ческой структуры. М., 1980.

136.	Синяков В. Н. О роли соляной тектоники в формировании инже-
нерно-геологических условий крупных соляно-купольных бассейнов//Инж.
геология. 1984. № 2. С. 61—72.

137.	Ситников М. А. Прочностные и деформационные свойства грун-
тов Белоруссии//Инж. геология. 1980. № 3. С. 38—42.

138.	Соболевский Ю. А., Голубев И. А. О прочностных и деформатив-
ных свойствах песчаных и песчано-моренных грунтов оснований террито-
рии БССР. Мн., 1964.

139.	Солодухин М. А. К вопросу об инженерно-геологическом райони-
ровании территории Белоруссии // Вопросы инженерной геологии, основания
и фундаменты: Сб. тр. Мн., 1967. Вып. 52. С. 47—52.

140.	Спиридонов А. И. О происхождении лессовых пород//Вести. МГУ.
Сер. геогр. 1960. № 5. С. 20—27.

141.	Статическое зондирование и пенетрапионный каротаж грунтов в
условиях БССР (РСН 23-85 Госстроя БССР). Мн., 1985.
142.	Стецко В. В. Некоторые результаты изучения лессовых пород
Белоруссии // Вопросы географии Белоруссии. Мн., 1980. С. 62—73.

143.	Стинкуле А. В. Литолого-геохимическая характеристика лимногля-
циальных глин Латвии // Литология, геохимия и полезные ископаемые Бе-
лоруссии и Прибалтики. Мн., 1968. С. 261—266.

144.	Строительные нормы и правила. СНиП П-17-77. Ч. 2. Нормы про-
ектирования. Гл. 17. Свайные фундаменты. М., 1978.

145.	Сулакшина Г. А. Инженерно-геологическая типизация местности
как основа регионального прогноза изменения геологической среды в свя-
зи с инженерной деятельностью человека//Инж. геология. 1979. № 3.
С. 49—54.

146.	Тейлор Д. Основы механики грунтов. М., 1960.

147.	Ткачук Э. И. Статистические методы при решении инженерно-гео-
логических задач. Новочеркасск, 1975.

148.	Ткачук Э. И. Оценка и пути повышения качества косвенной инже-
нерно-геологической информации // Оценка качества гидрогеологической и
инженерно-геологической информации. Новочеркасск, 1980. С. 11—27.

149.	Ткачук Э. И. Количественный учет косвенной информации как
один из путей повышения качества и эффективности инженерно-геологиче-
ских исследований // Теоретические и методические проблемы повышения
качества и эффективности инженерно-геологических исследований. Тема 3.
Ростов/нД, 1980. С. 31—37.

150.	Ткачук Э. И. Современное состояние методики полевых инженер-
но-геологических исследований и пути повышения ее эффективности//Гид-
рогеология и инженерная геология. Полевые методы исследований. Ново-
черкасск, 1981. С. 3—24.

151.	Ткачук Э. И. Формирование взаимосвязей между свойствами гли-
нистых пород в процессе литогенеза//Инж. геология. 1985. № 1. С. 104—
120.

152.	Ткачук Э. И. Использование результатов лабораторных исследо-
ваний для прогноза поведения механических свойств горных пород//Гид-
рогеология и инженерная геология. Лабораторные методы исследований.
Новочеркасск, 1982. С. 62—80.

153.	Трофименков Ю. Г., Воробков Л. Н. Полевые методы исследова-
ния строительных свойств грунтов. М., 1981. 213 с.

154.	Трофименков Ю. Г., Матяшевич И. А., Лешан Г. М., Ханин Р. Е.
Достоверность способов определения расчетной нагрузки на забивную
сваю//Основания, фундаменты и механика грунтов. 1983. № 1. С. 15—17.

155.	Трофимов В. Т. О путях учета закономерностей пространственной
изменчивости инженерно-геологических условий при районировании круп-
ных территорий//Инж. геология. 1979. № 1. С. 38—45.

156.	Трофимов В. Т. Инженерно-геологическая типизация и райониро-
вание территории //Инж. геология. 1982. № 6. С. 47—51.

157.	Указания по зондированию грунтов для строительства (СН 448-72).
М., 1972.

158.	Ферронский В. И., Грязнов Т. А. Пенетрационный каротаж. М.,
1979.

159.	Философский словарь/Под ред. И. Т. Фролова. М., 1980. С. 409—
410.

160.	Флинт Р. Ф. Ледники и палеография плейстоцена. М., 1963.

161.	Фрумкин В. Д., Рубичев Н. А. Теория вероятностей и статистика
в метрологии и измерительной технике. М., 1987.

162.	Хазанов М. И. О природе упрочнения песков//Тр. ПНИИИС. М.,
1972. Т. 17. С. 6—28.

163.	Хайме Н. М., Хорев В. С. Вопросы информационного обеспечения
инженерно-геологических изысканий для объектов массового строительст-
ва // Инж. геология. 1986. № 5. С. 37—49.

164.	Шанцер Е. В. Современное состояние учения о четвертичном оле-
денении//Тр. комиссии по изучению четвертичного периода. 1955. Т. 12.
С. 10—20.
165.	Шанцер Е. В. Очерки учения о генетических типах континенталь-
ных осадочных образований//Тр. Геол, ин-та АН СССР. 1966. Вып. 161.

166.	Швец В. Б., Лушников В. В., Швец Н. С. Определение строитель-
ных свойств грунтов. Киев, 1981.

167.	Швец В. Б., Тарасов Б. Л., Швец Н. С. Надежность оснований и
фундаментов. М., 1980.

168.	Шимкус И., Аликонис А., Сидауга Б. Строительные свойства гли-
нистых и песчаных грунтов Литвы. Вильнюс, 1979.

169.	Шиссель А. М. Исследование взаимосвязи и пространственной из-
менчивости физико-механических свойств морен с целью установления ре-
гиональной системы их обобщенных показателей (на примере морен Яро-
славского Поволжья): Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. М., 1974.

170.	Шиссель А. М. Учет геолого-структурных признаков и особеннос-
тей литогенеза при разработке региональной системы обобщенных грунто-
вых характеристик //Тез. докл. 5-й Всесоюз. конф. «Проблемы инженерной
геологии в связи с промышленным, гражданским строительством и разра-
боткой по полезным ископаемым». Свердловск, 1984. Т. 1. С. 87—89.

171.	Штокаленко Г. В. Инженерно-геологическое обоснование градо-
строительных объектов//Проектирование и инж. изыскания. 1985. № 3.
С. 29—31.

172.	Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке и искусстве. М.,
1972.

173.	Юркштович Ю. А. Комплексные использования полевых геотехни-
ческих методов при изысканиях на трассах переброски северных и сибир-
ских рек//Инж. геология. 1984. № 6. С. 83—90.

174.	Яковлев С. А. Основы геологии четвертичных отложений Русской
равнины. М., 1956.

175.	ВоиИоп О. 8. Модегп АгсНс &1ас1егз аз бёрозИюпа! шо<1е18 Гог
Гоппег 1се зЬееГз//Л. &ео1. 8ос. Ьопдоп. 1972. Уо1. 128. Р. 21—27.

176.	Роокез Р. С. СеоГесЬшса! таррГп^ оГ зоПз апб зебппепГагу госкз
Гог еп^теепп^ ригросез// СеоГескшдие. 1969. Уо1. 19, М 1. Р. 10—18.

177.	Роке! Л. (^ие^ие геНехюп ап зи]'еГ без тогатез бе Гопб//Кёу.
^еотогрЬо!. дупат. 1968. Уо1. 18, Ы 1. Р. 13—19.
СОДЕРЖАНИЕ

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

Глава 1. Формирование инженерно-геологических свойств
отложений ледниковой формации антропогена Белоруссии

1.1.	История геологического развития ледниковой формации и ее влия-
ние на формирование инженерно-геологических условий ...	10

1.2.	Ландшафтно-геохимическая зональность и ее инженерно-геоло-
гическое значение................................................17

1.3.	Состав, строение и физико-механические свойства основных ге-
нетических типов ледниковых отложений............................19

Глава 2. Закономерности пространственной изменчивости
ледниковых отложений

2.1.	Анализ теоретических и экспериментальных данных ....	45

2.2.	Вертикальная изменчивость ледниковых толщ...................48

2.3.	Особенности методики моделирования геологических полей гли-
нистых моренных грунтов..........................................53

2.4.	Геологические поля нижней зоны морены и реконструкция усло-
вий их формирования..............................................57

2.5.	Геологические поля верхней зоны морены, условия их форми-
рования и преобразования ....................................... 62

2.6.	Сопоставление геологических полей верхней и нижней зон морены 68

2.7.	Пространственная изменчивость свойств озерно-ледниковых и
флювиогляциальных отложении......................................75

2.8.	Симметрия ледниковых отложений..............................79

Глава 3. Исследование связей между характеристиками
механических свойств горных пород и показателями их состава и
физического состояния

3.1.	Основные методические принципы анализа и исследования взаимо-
связи свойств....................................................91

3.2.	Определение прочностных и деформационных характеристик лед-
никовых отложений по физическим свойствам.........................98

3.3.	Прогноз прочностных и деформационных характеристик морен-
ных грунтов при изменении их влажности...........................107

Глава 4. Прогноз прочностных и деформационных характеристик
ледниковых отложений и несущей способности свай

по данным зондирования

Д.1. Сопоставление результатов статического и динамического зонди-
рования грунтов............................................112

4.2.	Определение плотности сложения песчаных грунтов .	.	.	118

4.3.	Определение показателя консистенции глинистых грунтов	.	.	122

4.4.	Определение прочностных характеристик грунтов .	.	.	.	127
4.5.	Определение модуля общей деформации грунтов .	.	.	.	134

4.6.	Оценка несущей способности забивных свай...................140

4.7.	Влияние размеров штампов на значение модуля деформации
грунтов.........................................................154

Глава 5. Основы комплексного метода прогноза прочностных
и деформационных свойств ледниковых отложений

5.1.	Инженерно-геологическое районирование и типизация ледниковых
отложений......................................................157

5.2.	Оценка эффективности методов прогнозирования прочностных и
деформационных свойств.........................................174

5.3.	Синтез методов прогноза прочностных и деформационных свойств 178

5.4.	Основные научные принципы комплексирования методов .	.	180

5.5.	Логические правила и процедурные схемы комплексирования мето-
дов прогнозирования............................................184

5.6.	Создание технических средств для реализации комплекса методов 187

Глава 6. Методологические основы инженерно-геологического
изучения и оценки ледниковых отложений
для массового строительства

6.1.	Основные положения системного подхода.........................189

6.2.	Типовые схемы геолого-технических объектов....................197

6.3.	Методика изучения и оценки геолого-технических объектов .	.	205

6.4.	Основы оптимизации объемов инженерно-геологических иссле-
дований ...........................................................224

Заключение	231

Литература	237

Научное издание

Бусел Иван Андреевич
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ
СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Заведующая редакцией Л. Ю. Бельзацкая
Редактор И. А. Алябьева
Художник А. Н. Петров

Художественный редактор В. А. Ж а хов ец
Технический редактор Л. А. Корнеева
Корректор Л. С. Егоренкова

ИБ № 3500

Сдано в набор 21.03.89. Подписано в печать 01.08.89.
АТ 13415. Формат 60x90716. Бум. тип. № 1. Гарни-
тура литературная. Высокая печать. Усл. печ. л.
15,5. Усл. кр.-отт. 15,5. Уч.-изд. л. 13,65. Тираж
900 экз. Зак. № 844. Цена 2 р. 40 к. Издательство
«Наука и техника» Академии наук БССР и Госу-
дарственного комитета БССР по делам изда-
тельств, полиграфии и книжной торговли. 220072.
Минск, Ленинский проспект, 68. Типография
им. Франциска Скорины издательства «Наука и
техника». 220072. Минск, Ленинский проспект, 68.