                  
Оглавление
2.1. Цель и назначение разработки 11
2.2. Этапы разработки 11
2.3. Основные требования к программному обеспечению 12
Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения[6] 18
Метод Ю.И. Соловьева[6] 20
Аналитический метод Г.М. Шахунянца[6] 22
Метод горизонтальных сил[6] 25
Г. Экологическая часть………………………………………………………….57
1. Микроклимат. ……………………………………………………………….. 57
2. Воздействие электромагнитных полей на человека. ………………………59
3.Защита от шума………………………………………………………………..60
4.Выводы………………………………………………………………………....62
Д. Решение задачи на ЭВМ……………………………………………………..63
1. Структура классов и их описание……………………………………………63
2. Примеры работы программы…………………………………………………66
А. Специальная часть.
1. Введение
В современном мире человек стремиться автоматизировать большинство процессов во многих сферах деятельности, таких как:
Производственные процессы
Проектирование
Организация, планирование и управление
Научные исследования
Обучение
Бизнес-процессы
Автоматизация позволяет гораздо быстрее выполнять поставленные задачи, какой сферы они бы не касались. Результатом автоматизации является оптимизирование процессов управления, повышения производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции. Автоматизация опасных для здоровья производств позволяет уберечь человека от прямого участия в их процессах. При автоматизации мы сталкиваемся, за исключением самых простых случаев, с задачами, требующими комплексного и системного подхода к их решению.
Системы автоматизации, как правило , состоят из:
Датчиков (сенсоров)
Устройств ввода.
Управляющих устройств.
Исполнительных устройств.
Устройств вывода.
Компьютеров.
Все вышеперечисленные средства в совокупности принято называть системой автоматизации. Основной тенденцией развития таких систем является выполнение необходимых для решения конкретной задачи функций и процедур, тем самым сводя к минимуму участие человека в этих процессах или вовсе отстраняя его от них. Ролью человека, взаимодействующего с системой автоматизации как правило состоит только в сборе и предоставлении необходимых данных для системы, выборе алгоритма ее последующей работы, анализе результатов ее работы.
Тем не менее, для систем, в которых решаются задачи, содержащие эвристические или сложно программируемые процедуры, требуется участие человека в процессе их решения, путем управления этим процессом.
На степень, с которой можно автоматизировать тот или иной процесс влияет время, отведенное на решение задачи, вид задачи- является ли задача типовой или нет. Как правило при поиске решения задачи, не относящейся к типовой, следует полагаться только на самого себя.
Опыт свидетельствует о том, что автоматизация в полной мере охватила далеко не все сферы жизнедеятельности, в частности деятельности трудовой и производственной. Автоматизированных систем в некоторых сферах совсем не много и стоят они довольно больших денег, так как некоторые системы являются чуть ли ни единственными существующими на рынке, а иногда и вовсе не имеют аналогов. Таким образом, я полагаю задачей специалистов расширение рынка уже существующих систем и освоение новых сфер, для которых таких систем либо вовсе не существует, либо их катастрофически мало.
С такой проблемой мы сталкиваемся в сфере Инженерной Геологии.
1.1. Актуальность работы.
Инженерная геология – наука о морфологии, динамике и региональных особенностях верхних горизонтов земной коры, их взаимодействии с инженерными сооружениям, в связи с осуществленной, текущей или планируемой хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной, деятельностью человека.
Объект исследования инженерной геологии — геологическая среда, исследуемая в рамках инженерной геологии.
Предмет изучения инженерной геологии — морфология и динамика, региональные особенности литосферы и ее взаимодействие с сооружениями , в связи с планируемой и осуществленной хозяйственной деятельностью человека.
Большинство из исследований геологи проводят на месте или в лабораториях на специализированном оборудовании. Но расчет многих характеристик грунтового массива и обработка материалов проведенных инженерно-геологических изысканий по-прежнему происходит вручную или при помощи программного обеспечения, решающего только конкретные задачи. Следовательно, встает вопрос о качественном хранении информации, полученной в результате исследований, ее точной обработке, создании единой системы, позволяющей с высокой точностью проводить необходимые расчеты.
Ряд уже существующих отечественных систем не обладает такого рода функционалом, как правило, они не объединяют все данные, собранные во время изысканий, решая только определенного рода задачи из перечня необходимых. Таким образом, создание системы, включающей в себя базу существующих зон развития склоновых процессов с их координатами, рельефом, инженерно-геологическими элементами (далее ИГЭ), рассчитывающей их характеристики и работающей с ними, на мой взгляд, является весьма актуальной задачей.
1.2. Задачи инженерных изысканий.
Осуществление инженерно-геологических изысканий достаточно сложный и составной процесс, включающий множество этапов, таких как:
сбор и обработка материалов изысканий прошлых лет;
дешифрирование космо-, аэрофотоматериалов и аэровизуальные наблюдения;
маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование);
проходку горных выработок;
геофизические исследования;
полевые исследования грунтов;
гидрогеологические исследования;
сейсмологические исследования;
сейсмическое микрорайонирование;
стационарные наблюдения;
лабораторные исследования грунтов и подземных вод;
обследование грунтов оснований существующих зданий и сооружений;
камеральная обработка материалов;
составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;
оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов;[5]
Инженерно-геологические изыскания являются видом строительной деятельности, в рамках которой проводятся вышеперечисленные исследования. Такие исследования проводятся с целью оценки пригодности данной местности к возведению на ней сооружений, обладающих разными характеристиками и поиска наиболее благоприятных зон для строительства.
В зонах развития опасных геологических процессов эта проблема является достаточно острой, так как сами по себе они являются априори неблагоприятными, а следовательно встает вопрос о проведении предприятий по укреплению, возведению различного рода укрепляющих сооружений (габионные конструкции различных типов, укрепление блоками и пр.), и, собственно, их положении, размерах и виде.
К зонам развития опасных геологических процессов относятся:
Районы развития склоновых процессов.
Склоновые (или гравитационные) процессы в общем виде — это процессы переноса и сноса материала со склонов под действием сил земного тяготения.
Данный процесс образует наземные (карры, карстовые воронки, полья, карстовые котловины и долины) и подземные (пещеры, колодцы, полости) карстовые формы.
Районы развития процессов переработки берегов водохранилищ.
Переработка берегов протекает под влиянием волновой энергии воды и оползневых процессов.
Сель - поток с очень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород (до 50—60% объёма потока), внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снегов.
Районы развития потопления.
А также зоны повышенной тектонической активности и другие.
В этой работе мы коснемся конкретно инженерно-геологических изысканий в районах развития склоновых процессов.
Согласно СП 11-105-97:
4.1.1. Наиболее распространенными и опасными склоновыми процессами являются:
Они представляют собой смещение масс горных пород на склоне под действием собственного веса и различных воздействий (гидродинамического, вибрационного, сейсмического и др.).
Оползни - движение (скольжение, вязкопластическое течение) масс пород на склоне, происходящее без потери контакта между смещающейся массой и подстилающим неподвижным массивом. Следует выделять оползни современные и древние (открытые, погребенные).
Обвалы и осыпи - обрушение (опрокидывание, падение, качение) масс горных пород на склоне (в виде крупных и мелких глыб - обвалы; щебня и дресвы - осыпи) в результате их отрыва от коренного массива.[1]
4.1.2. К оползне-опасным и обвало-, осыпе-опасным относят склоны, на которых происходят или ранее происходили оползневые и обвально-осыпные процессы.
К потенциально оползне-опасным и обвало-, осыпе-опасным относят склоны, на которых могут развиваться указанные процессы , при прогнозируемом воздействии природных и техногенных факторов.[1]
4.1.3. С целью оценки устойчивости склона необходимо проведение инженерно-геологических изысканий на всей площади потенциально опасного склона и зон, прилегающих к его верхней бровке до предполагаемой границы устойчивости. Для оценки устойчивости береговых склонов необходимо проводить изыскания с охватом их подводных частей, так же следует проводить изыскания в случаях, если территория проектируемого объекта занимает только часть склона.[1]
Границы обследуемой территории необходимо определять с учетом ожидаемого негативного техногенного воздействия (при хозяйственном освоении площадки проектируемого строительства и прилегающей территории) и развития оползне- и обвало-образующих процессов (боковой и донной эрозии, абразии, выветривания и др.)
4.1.4. При изысканиях на оползне- и обвало-опасных склонах необходимо устанавливать в соответствии с табл. 4.1 типы и подтипы склоновых процессов по механизму смещения пород, условия их возникновения и характер проявления, а также выявлять взаимосвязь оползневых деформаций с рельефом, геологическим строением, воздействием подземных вод, геологическими и инженерно-геологическими процессами (эрозия, абразия, выветривание, подтопление, осушение и др.), а также с результатами хозяйственной деятельности (подрезка, пригрузка склонов, изменение уровня подземных вод, уничтожение древесной растительности, динамические нагрузки и т.п.).
При изысканиях на потенциально оползневых склонах типы оползней следует устанавливать по аналогии (по инженерно-геологическим условиям), с учетом прогнозируемых воздействий (природных и техногенных).[1]
4.1.5. Выполнение инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических работ при выполнении комплексных инженерных изысканий для строительства в районах распространения склоновых процессов следует осуществлять согласно СП 11-103-97 и СП 11-104-97[1]
Таблица 4.1
Тип оползней
|
Характер развития оползневых деформаций
|
Вид оползней
|
Специфические признаки и условия образования оползней
|
Схема строения оползня
|
Оползни сдвига
|
Сдвиг с блоковым смещением тела оползни по вогнутой криволинейной или плоской поверхности
|
Срезающие
|
Форма в плане - циркообразная или фронтальная. Подошва оползня: не приурочена к поверхностям ослабления, линия скольжения близка к дуге окружности
|
|
|
|
Консеквентные
|
преимущественно совпадает с поверхностью (поверхностями) ослабления
|
|
|
|
Срезающе-консеквентные
|
частично совпадает с поверхностью (поверхностями) ослабления
|
|
Оползни выдавливания
|
В головной части оползня происходит выдавливание приподошвенного слоя из-под вышележащего «жесткого» смещающегося блока, в средней и языковой частях - блоковое смещение по определенной поверхности
|
|
Форма в плане - фронтальная. Наличие у бровки склона высокого крутого уступа, примыкающего к полосе оползневых накоплений. Присутствие в коренном массиве слабого слоя на отметках ниже подошвы этого уступа. Как правило горизонтальное залегание коренных пород
|
|
Оползни вязкопластические
|
Смещение происходит в виде вязкого или вязкопластического течения, величины смещения на дневной поверхности больше, чем у подошвы оползня
|
|
Наличие вблизи поверхности склона сравнительно рыхлых пород, способных к ползучести
|
|
|
|
Оползни-потоки
|
Форма в плане вытянутая по оси оползня. В головной части оползня обычно происходит обводнение подземными или поверхностными водами. Подвижки могут повторяться в течение ряда лет и даже десятилетий
|
|
|
|
Сплывы
|
Форма в плане - обычно округлая. Приурочены к относительно крутым уступам на участках повышенной увлажненности пород у поверхности склона
|
|
|
|
Оплывины
|
Форма в плане - округлая, глубина - в пределах зоны сезонного промерзания. Возникают при весеннем оттаивании, часто при отсутствии подземных вод
|
|
Оползни гидродинамического выноса
|
Смещение происходит в виде вытекания песчаных водоносных грунтов с вовлечением в движение пород, залегающих над ними
|
|
|
|
|
|
Суффозионные оползни
|
Форма в плане вытянутая или циркообразная. Смещение развивается регрессивно (постепенное распространение головы оползня вверх по склону)
|
|
|
|
Оползни гидродинамического выпора
|
Смещение происходит единым массивом с последующим растеканием тела оползня
|
|
Оползни внезапного разжижения
|
Смещение происходит при быстром разрушении структурных связей водонасыщенных глинистых пород с последующим стеканием их вниз по склону (вышезалегающие породы вовлекаются в смещение)
|
|
Тело оползня быстро продвигается вниз по рельефу на большие расстояния
|
|
Условные обозначения: 1, 2 - рельеф соответственно перед началом и после завершения подвижки оползня; 3 - уровень грунтовых вод; 4 - раздавленные и выдавленные породы (в головной части оползня выдавливания); 5 - оползневые накопления, имевшиеся на склоне до образования оползня выдавливания. [6]
Данные инженерно-геологических изысканий предоставляются в виде отчета, согласно СНиП 11-02-96.
Следует отметить, что допущение определенного характера ошибок при исследованиях, впоследствии может привести к катастрофам различного характера, таким как обрушение, затопление и прочим.
1.3. Этапы проведения инженерно-геологических изысканий в зонах развития склоновых процессов.
Основными этапами проведения инженерно-геологических изысканий являются:
Сбор необходимой информации.
На этом этапе происходит исследование состава грунтового массива, т.е. определяются грунты из которых состоит массив, определяются мощности слоев, глубина их залегания, собирается информация о территории, на которой будут проводиться изыскания, геологических процессах, происходящих на ней, высоте над уровнем моря, координатах скважин.
Обработка материалов изысканий.
На этом этапе все данные по местности систематизируются, с целью использования их в расчетах и дальнейших исследованиях.
Проведение необходимых расчетов.
На этом этапе проводятся необходимые исследования грунтов, из которых состоит массив, рассчитываются их характеристики. Далее рассчитываются характеристики грунтового массива в целом, определяются коэффициенты устойчивости, строятся поверхности скольжения, производится прогнозирование изменения геологической ситуации на территории.
4.Составление рекомендаций.
С учетом данных, полученных в результате проведения изысканий, составляются рекомендации, применимые к изучаемой местности, такие как:
Возможность осуществления строительных работ на данной территории.
Проведение работ по укреплению грунтового массива, и как они должны осуществляться.
2. Техническое задание.
2.1. Цель и назначение разработки
2.1.1 Цель разработки
Целью разработки является создание программного обеспечения для автоматизация обработки данных инженерно-геологических исследований и расчета характеристик грунтового массива в зонах развития опасных геологических процессов, что позволит значительно быстрее решать эти задачи, сведет к минимуму влияние на точность расчетов человеческого фактора, увеличит производительность труда, ускорит доступ к необходимым данным.
2.1.2 Назначение разработки
Разрабатываемая система призвана:
Объединить, систематизировать все данные полученные при инженерно-геологических изысканиях.
Выполнять обработку данных, полученных в результате инженерно-геологических изысканий, то есть рассчитывать характеристики грунтов, грунтовых массивов.
Описывать геологические и инженерно-геологические процессы, составлять прогноз изменений инженерно-геологических условий и оценивать опасности и риск при этих изменениях.
Проводить построение наиболее опасной поверхности скольжения на исследуемых склонах.
Проводить оценку устойчивости склонов.
2.2. Этапы разработки
Анализ требований к разработке.
Анализ решений конкурентов.
Проектирование программного обеспечения.
Разработка и тестирование обеспечения.
Написание документации.
Внедрение в проект
2.3. Основные требования к программному обеспечению
2.3.1. Общие положения
2.3.1.1. Требование к программному обеспечению
Программа должна проводить все расчеты, согласно методам, представленным в нормативных документах. Программа должна разрабатываться на языке C++, с использованием среды разработки Qt creator, ее библиотек, с целью обеспечения возможности последующего использования программы на разных платформах, обладать привлекательным и понятным пользовательским интерфейсом. Позволять использовать данные GPS, для построения профилей исследуемых склонов.
2.3.1.2. Состав программного комплекса
Программа должна состоять из следующих модулей:
Отдельные модули для расчета коэффициента устойчивости для каждого из методов.
Модуль ввода-вывода данных, осуществляющихся через пользовательский интерфейс.
Модуль для загрузки и сохранения пользовательских проектов.
Пользовательский интерфейс.
База данных по инженерно-геологическим элементам и их характеристикам.
2.3.2. Функциональные требования к программному обеспечению.
Программа должна выполнять следующие функции:
Программа должна систематизировать данные по инженерно-геологическим элементам.
Рассчитывать характеристики инженерно-геологических элементов.
Систематизировать данные по колонкам.
Реализовывать ввод и вывод данных через пользовательский интерфейс.
Осуществлять расчет коэффициента устойчивости исследуемого склона согласно выбранным методам.
Работать с координатами GPS.
Производить построение профиля склона.
Производить построение наиболее опасной поверхности скольжения на профиле склона.
Предоставлять пользователю возможность выбирать удобный для него масштаб, при работе с построенным профилем.
Предоставлять возможность создания, загрузки и сохранения проектов пользователя.
Позволять пользователю в рамках одного проекта проводить построение и исследования нескольких профилей склонов.
Позволять пользователю самому выбирать методы расчета.
Позволять пользователю использовать несколько методов расчета в рамках одного проекта, без потери данных, полученных при ранее использованных методах.
3. Обзор существующих методов.
Для расчета весьма важной характеристики - коэффициента устойчивости склона и построения поверхности скольжения требуется реализация широкого набора методов, так как при использование разных методов эта оценка отличается, и повышение ее точности в ряде случаев требует использования сразу нескольких, из существующих.
Оценка устойчивости склона – это оценка возможности образования и распространения оползней при инженерно-геологических условиях, а также нагрузках, существующих в момент выполнения изысканий, на оползневых склонах.
Прогноз устойчивости- это оценка возможности образования активных оползней на рассматриваемых склонах, с учетом изменений природных условий и нагрузок на склон с течением времени, либо оценка степени распространенности оползней на территориях, с известной характеристикой инженерно-геологических условий, для которых ранее не выполнялась оползневая съемка.
Для локальной оценки и прогноза устойчивости склонов количественными методами, как правило, решается плоская задача, в рамках которой рассматривают условия равновесия массива горных пород шириной 1м (с вертикальными, боковыми гранями), условно «вырезанного» из массива склона по направлению ожидаемого оползневого смещения (силы, действующие по боковым граням, при решении задачи не учитываются).
Объемную задачу решают с целью определения условий равновесия по всей массе оползня, к этому прибегают крайне редко, как правило, для отдельных объектов высокой капитальности, преимущественно путем решения плоской задачи для отдельных участков оползня с последующим суммированием полученных результатов для всего объема оползня.
При помощи расчета устойчивости формируется наиболее возможная поверхность скольжения по следующему принципу:
Рис 1. Определение наиболее опасной поверхности скольжения.
Для начала задаются центрами вращения 01, 02, …, 0n на некоторой прямой, далее рассчитывают коэффициенты устойчивости  для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру их значений. Через точку 0min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагают на нем новые центры вращения  ,  , …,  , для каждого из которых операция повторяется. Центр, в котором коэффициент устойчивости минимален и равен  определяет положение наиболее опасной поверхности скольжения. При  устойчивость откоса или склона будет обеспечена.[6]
Для расчета коэффициента устойчивости существует ряд методов, приведенных в рекомендациях по выбору методов расчета коэффициента устойчивости склона и оползневого давления, перечислим все существующие методы:
Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения.
Метод Ю.И. Соловьева.
Метод Fр.
Метод Р.Р. Чугаева.
Метод горизонтальных сил.
Метод касательных сил.
Аналитический метод Г.М. Шахунянца.
Графоаналитический метод многоугольников сил Г.М. Шахунянца.
Ускоренный способ расчета методом Г.М. Шахунянца.
Графостатический метод Л.Л. Перковского.
Метод блока и призм.
Метод Л.П. Ясюнас.
Метод ДИИТа.
Определение давления от призмы обрушения по теории Кулона
При использовании вышеперечисленных методов в сейсмически активных районах, необходимо учитывать сейсмические воздействия. Величина, характеризующая эти воздействия, называется коэффициентом сейсмичности  .
Вся территория Российской Федерации районирована по сейсмичности, причем для каждого отдельного района указывают максимальную балльность, с которой могут происходить землетрясения. Для территорий с повышенной сейсмичностью,в которых балльность превышает 7, коэффициент устойчивости склона принято рассчитывать с учетом силы сейсмических воздействий. В разных точках одного района сейсмичность может отклоняться от средней по все его территории, в зависимости от геологических условий.
Как правило, неблагоприятными по сейсмичности грунтами являются:
Насыщенные водой гравийные.
Песчаные и лессовидные грунты.
Мягкопластичные и текучие глинистые грунты.
А также участки и местности:
Обрывистые берега, овраги, ущелья.
Выветрелые и сильно нарушенные породы.
Участки с близким расположением линий тектонических разрывов.
Благоприятными являются следующие:
Невыветрелые скальные грунты.
Плотные и маловлажные крупнообломочные грунты.
В неблагоприятных зонах следует повышать коэффициент сейсмичности на один балл, в благоприятных районах балл сейсмичности следует уменьшать.
Сейсмическая сила приближенно определяется как доля от веса массы грунта, которая претерпевает сейсмическое воздействие:
где μ - коэффициент динамической сейсмичности, значения которого рекомендуется при расчете естественных склонов принимать по табл. 1. При расчете искусственных откосов (насыпи дорог, плотины т.д.) значения коэффициента из табл. 1 следует (приближенно) увеличивать в 1,5 раза.
Сейсмическая балльность района
|
1-6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
μ
|
0
|
0,025
|
0,05
|
0,1
|
0,25
|
0,5
|
>0,75
|
В качестве направления сейсмической силы необходимо выбирать наиболее благоприятное направление, то есть нужно принимать, что в каждом отсеке сейсмическая сила направлена параллельно его основанию. Таким образом, при разбивке грунтового массива на отсеки, учитываются сейсмические силы в каждом из них. Несмотря на то, что это порождает определенные неточности, так как на самом деле направление сейсмической силы не должно изменяться на протяжении всего оползневого блока и должно совпадать с направлением ускорения сейсмической волны, такое допущение значительно упрощает дальнейшие расчеты.
В условиях сплошного водонасыщения оползневого массива следует учитывать сейсмические силы не только в зависимости от веса грунта, но и от веса воды. Описанный способ расчета сейсмического воздействия является упрощенным, но применение этого способа в рамках инженерных расчетов оправдывает его неточность, которую можно ликвидировать с помощью длительных экспериментальных исследований.
Для определения коэффициента устойчивости склона, рекомендуется применять методы Г.М. Шахунянца и Н.Н. Маслова, Круглоцилиндрической поверхности скольжения (как правило, в однородных грунтах) и Ю.И. Соловьева.
Рассмотрим подробно эти методы.
Основные величины[6]:
Eоп - суммарное оползневое давление сползающего блока;
Kу - коэффициент запаса устойчивости склона (фактический коэффициент устойчивости);
Qс, Qсi - сейсмическая сила.
Pi - полный вес одного из отсеков, на которые разбивается оползневой блок (с учетом внешней временной и постоянной нагрузок, находящихся в пределах отсека);
ci, φi - удельное сцепление и угол внутреннего трения (параметры сопротивления сдвигу или сдвиговые характеристики) в уровне подошвы отсека (по поверхности скольжения в данном отсеке);
cвi, φвi - сдвиговые характеристики грунта в замоченном состоянии;
Ni = Picos αi - нормальная составляющая веса отсека;
Qi = Pisin αi - сдвигающая сила (касательная составляющая веса отсека);[6]
3.1. Методы расчета коэффициента устойчивости склона.
|
