Прежде всего помните:
Нет плохих моделей. Есть «плохое» (неправильное) их использование за пределами границ применимости.
Пётр Леонтьевич Иванов (1926–1991), профессор, доктор технических наук, автор учебника «Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов» (1985, 1991)
Содержание
Выбор модели начинается с анализа имеющихся исходных данных. Если в вашем распоряжении четыре параметра ($φ$, $c$, $E$ и $γ$), то не стоит пытаться получить из одного модуля три и использовать сложные модели. Это может привести к переоценке надёжности.
<aside> ⚠️ Отсутствие необходимых данных означает отсутствие полноценных результатов!
</aside>
Необходимо определиться с последовательностью выполнения расчёта. За вас не могут сделать это в грунтовой лаборатории, а потому выбор и интерпретация результатов испытаний — удел геотехника, а не геолога!
В первом приближении установить, будет ли это:
Оценить геотехнические условия площадки, какие грунты встречаются в разрезе:
Важно (!) иметь представление о степени переуплотнения грунтов (см. ГОСТ Р 58326-2018) и сделать прикидочный анализ соотношения напряжений от внешней нагрузки и давления предуплотнения (см. подробнее в конце статьи).
(пример того, как это работает здесь: ‣)
В общем виде рекомендации по выбору моделей в зависимости от грунтовых условий и решаемой задачи приведены в таблице.
GHS — Generalized Hardening Soil HS — Hardening soil HSS — Hardening soil small LE — Linear elastic SS(C) — Soft soil или Soft soil creep
См. также:
Таблицы применимости моделей грунтов в PLAXIS
Информация из Guidelines for the use of advanced numerical analysis. Thomas Telford. 2002. P. 172
Выбор модели зависит от ограничений области применения.
В качестве общих рекомендаций отметим:
Модель Mohr-Coulomb (MC) прежде всего предназначена для оценки первого предельного состояния (устойчивость, несущая способность и т. п.). Расчёты по деформациям допустимы только для задач с нагружением (следует учесть нелинейность за счёт приращения $E_{inc}$ → Нелинейность в модели Кулона-Мора. Переменный модуль деформации) — это осадка фундамента, насыпи, дамбы. Определение деформаций и усилий в ограждающих конструкциях и сооружениях, особенно в котлованах, следует определять с другими моделями.
Модели Modified Cam-Clay (MCC) и Soft soil позволяют выполнять расчёты осадки по методу компрессионной кривой, но при этом учитывают природное напряжённое состояние. Модель МСС не имеет прочностных характеристик, поэтому может быть использована для расчётов нагружения при условии обеспечения прочности и стабильности основания. Эти модели учитывают различия в модулях деформации (первичное нагружение) и упругости (разгрузка – повторное нагружение) и могут быть использованы в задачах с разгрузкой, однако не рекомендуются для расчётов котлованов, поскольку не имеют в качестве входного параметра трёхосных испытаний (сдвиговой жёсткости).
Модель Soft soil creep учитывает реологические свойства и, благодаря особенностям работы, покажет различия в осадке даже в пределах фильтрационной (первичной) консолидации по сравнению с Soft soil. Модель позволяет прогнозировать деформации на длительный период времени. Информация о критерии применимости модели SSC приведена в конце статьи. Следует отметить специфику этой непростой модели, она является изотаховой, т.е. линия первичной компрессии повторяется параллельно ниже и каждый из повторов относится к различным моментам времени. Теория, положенная в основу предполагает переменную сжимаемую толщу и процесс деградации давления предуплотнения (Васенин В.А. Критерии ограничения сжимаемой толщи при расчете осадок оснований зданий и сооружений. //Геотехника №2, №3 - 2020 ).
Модели семейства HS включают Hardening soil, Hardening soil small, Generalized Hardening Soil. Они предназначены для грунтов, которые работают под нагрузкой преимущественно с переходом через давление предуплотнения (не рекомендуются для сильно переуплотнённых грунтов). Могут быть использованы для слабых оснований, но не позволяют описать сильносжимаемые грунты, т.е. ограничены условием:
Слишком низкие значения одометрического сжатия, выходящие за пределы указанного предела, характерно для сильносжимаемых грунтов, у которых деформации сжатия превышаю деформации сдвига. В таком случае рекомендуется перейти на другие модели, специально предназначенные для таких грунтов.
Модель HS позволяет решать как задачи с нагружением, так и задачи с разгрузкой, особенно расчёты котлованов и ограждающих конструкций.
Модель HSS наиболее корректно решает задачи оценки влияния (геотехнический прогноз), а также имеет демпфирование и гистерезисное поведение, что позволяет использовать её в динамических расчётах.
Модель GHS представляет собой симбиоз моделей HS и HSS с возможностью отключения различных функций. Кроме того, эта модель более корректно учитывает напряжённое состояние при переуплотнении (важно, например, для подъёма дна котлована). Подробнее — Модель Generalized Hardening Soil
Модель Linear elastic (LE) чаще всего используется для негрунтовых материалов, однако в тех случаях, когда оценка первого предельного состояния не требуется, может быть применена для грунтов. Например, слои дорожных одежд или глубоко залегающие слои прочных грунтов под свайным фундаментом, давление на которые не превышает давления предуплотнения (грунт работает в упругой стадии).
Некоторые специфические свойства грунтов рассмотрены в таблице ниже. Эти грунты отличаются от обычных дисперсных грунтов, модели для которых рассмотрены выше.
Жирным шрифтом приведены пользовательские модели (UDSM)