Один из первых вопросов пользователей, начавших осваивать программу и впервые столкнувшихся с понятием моделей грунта — как учесть принятое в нашей стране разделение механических характеристик грунтов (в основном это касается прочностных) на две группы по предельным состояниям.

Напомним, что в отчёте по инженерно-геологическим изысканиям приводится сводная таблица, в которой в различной форме (в зависимости от изыскателей) приводятся результаты статистической обработки лабораторных испытаний. Как правило, приводятся данные в виде нормативных значений (НЗ) и двух значений для двух вероятностей:

• 0,95 — для оценки первого предельного состояния (устойчивость, несущая способность);
• 0,85 — для расчетов по второму предельному состоянию (осадка, деформации).

Принято обозначать соответствующие параметры следующим образом: например, для удельного сцепления: $C_\textitн$ — нормативное значение; $C_I$ — для первого предельного состояния; $C_{II}$ — для второго предельного состояния.

Пример таблиц исходных данных по грунтам.

При выполнении расчётов аналитическими методами — вручную или в инженерных программах — проблем нет, потому что выполняется два отдельных и независимых расчёта. Безусловно, это упрощение, позволяющее решать сложную задачу путём приведения к простой.

Численное моделирование имеет больше возможностей и учитывает большее количество влияющих факторов, а главное обеспечивает принцип совместного учёта. Любая модель для грунтов в PLAXIS требует одновременного задания как прочностных, так и деформационных свойств. Это означает, что пользователь должен выбрать из набора $C_I$; $C_{II}$ и $φ_{I}$; $φ_{II}$, что ввести в модель.

Решить проблему можно с помощью опции Design approaches (Расчет с учетом коэффициентов надежности). Рассмотрим последовательность действий для примера из первой таблицы.

1. Задать параметры модели характеристиками для второго предельного состояния, что хорошо согласуется с модулем деформации, который в принципе относится только ко второму предельному состоянию: $C_{II}$ = 29 кПа; $φ_{II}$ = 15° и $E_{oed}$ = 100 МПа.

   

2. Определить переводной коэффициент между предельными состояниями:

   Factor ($C$) = $C_{II}$ / $C_{I}$ = 29/27 = 1,074

   Factor ($φ$) = $φ_{II}$ / $φ_I$ = 15/13 = 1,161

   Эти коэффициенты необходимы для соответствия европейского и отечественного подхода.

3. В окне опции Design approaches необходимо создать новый набор коэффициентов (например, 1_ПС). В нижней части окна на закладке материалов ввести вычисленные коэффициенты.

   

4. В окне параметров материалов для соответствующего грунта необходимо указать, какие коэффициенты следует использовать. Например, для угла внутреннего трения и для удельного сцепления.

   

   Коэффициенты могут быть откорректированы для получения точных значений величин $C_I$ и $φ_I$.

5. Задать последовательность расчета, например:

   • Начальная фаза (природное напряженное состояние);
   • Первая фаза — НДС под сооружением (возведение здания, отсыпка насыпи, откопка котлована и т. п.);
   • Вторая фаза — пересчёт НДС с учётом характеристик первого предельного состояния (деформации в этой фазе не принимаются во внимание);
   • Третья фаза — оценка первого предельного состояния (несущая способность, устойчивость и т. п.).

   Для второй фазы необходимо выполнить активацию опции Design approaches и переключить модель на использование прочностных характеристик по первому предельному состоянию (для последующей фазы Safety настройки наследуются).

   

   Аналогичным образом задаются другие параметры, требующие разделения по группам предельных состояний, в том числе нагрузки.

<aside> 💡 Общий смысл приведенной процедуры заключается в том, что напряженное состояние (которое априори должно быть ДОпредельным) генерируется на основе характеристик для второго предельного состояния, после чего рассчитывается дополнительная промежуточная фаза перехода на параметры первого предельного состояния и оценивается устойчивость, т.е. предельное состояние.

</aside>

Рекомендуем посмотреть видеоролик с задачей №4 из Учебного пособия по PLAXIS 2D. В нём рассматривается применение Design approaches и анализируются результаты в Output:

Задачи из Учебного пособия PLAXIS 2D. 4. Design approaches (Проектные методы)

Значения механических характеристик грунтов в нормативных документах считаются нормативными, следовательно их необходимо перевести в расчетные путем поправки на коэффициент надежности по грунту.