<aside> 💡 Предлагаем вниманию читателей перевод статьи Рональда Бринкгреве «Rock Behaviour», которая была опубликована 17 марта 2021 года в блоге Infrastructure Insights на сайте VIRTUOSITY, A BENTLEY COMPANY (дочерней компании BENTLEY SYSTEMS — мирового лидера в области разработки и внедрения программного обеспечения для проектирования, строительства и эксплуатации инфраструктуры).
Её автор является выдающимся учёным, одним из разработчиков конечно-элементного программного комплекса PLAXIS, доцентом Делфтского технологического университета и руководителем отдела научных исследований и новых разработок Экспертно-консультационного центра по геотехнике компании PLAXIS bv (Нидерланды). Его научные интересы включают прежде всего комплексные геомеханические модели грунта и численные методы исследований грунтовых оснований и их взаимодействий с инженерными сооружениями.
Статья была переведена и опубликована на сайте GeoInfo: https://www.geoinfo.ru/product/brinkgreve-ronald/rabota-v-plaxis-povedenie-skalnyh-gruntov-44941.shtml
</aside>
Рональд Бринкгреве (Ronald B. J. Brinkgreve). Доцент Делфтского технологического университета, руководитель отдела научных исследований и новых разработок Экспертно-консультационного центра по геотехнике компании PLAXIS bv, г. Делфт, Нидерланды, [email protected]
Хотя программный комплекс PLAXIS в своё время разрабатывался для слабых дисперсных грунтов, сейчас он хорошо оснащён для анализа поведения прочных дисперсных и скальных грунтов методом конечных элементов. В дополнение к специализированным средствам для моделирования тоннелей, анкеров и напряженных состояний в полевых условиях он включает необходимые комплексные геомеханические модели для имитации поведения различных типов скальных грунтов.
В серии статей о комплексных геомеханических моделях в данном блоге я часто упоминал «особенности поведения дисперсных грунтов». Теперь, поскольку мы говорим здесь о скальных грунтах, я хотел бы упомянуть некоторые «особенности поведения скальных грунтов» и указать на их различия с поведением дисперсных:
Важно отметить, что поведение скальных грунтов (даже одной и той же формации) может сильно варьировать от одного места к другому из-за локальных неоднородностей. При взятии неповрежденного образца керна скального грунта и его испытании в лаборатории измеренные показатели свойств, как правило, более благоприятны, чем свойства всего массива скальных грунтов. Следовательно, для определения характерных свойств скальных грунтов необходимы полевые исследования в массиве.
Модель Хука-Брауна (Hoek-Brown model) представляет собой комбинацию закона упругости Гука и критерия разрушения Хука-Брауна. Этот хорошо известный критерий разрушения скального грунта выражает то, что прочность скальной породы с увеличением напряжения возрастает менее линейно.
Модель Хука-Брауна в первую очередь предназначена для выветрелых скальных грунтов. В программном комплексе PLAXIS есть удобная процедура, которая поможет вам определить пять параметров модели на основе результатов полевых исследований, лабораторных испытаний и эмпирических данных.
Стандартная модель Хука-Брауна в PLAXIS является линейно-упругой идеально-пластической. Существует усовершенствованная версия этой модели, доступная как пользовательская модель с дополнительным вводом параметров прочности на растяжение и остаточной прочности (Marinelli et al., 2018). Она называется «модель Хука-Брауна с разупрочнением» (Hoek & Brown model with softening) и включает разупрочнение, то есть снижение прочности из-за пластического деформирования до достижения остаточной прочности.
Модель Хука-Брауна не может в явном виде иметь дело с дискретными системами трещин и трещиноватостью, которые могут привести к сильно анизотропному поведению в массиве скального грунта. Если в вашем проекте используются скальные породы с четко выраженными нарушениями сплошности, для них больше подходит модель трещиноватого скального грунта **(**Jointed Rock model). Направление поверхностей ослабления (и другие преобладающие направления нарушений сплошности) можно смоделировать с помощью параметров падения и простирания трещин.
Пример с тремя разными углами падения, определяемыми параметром $α_1$ (plane — плоскость)
Стандартная модель трещиноватого скального грунта в PLAXIS является линейно-упругой и идеально-пластической. Пластическая деформация может происходить только в заранее определенных направлениях ослабления (трещинах). Это означает, что минеральный скелет скальной породы считается линейно-упругим (с неограниченной прочностью на сдвиг), что можно рассматривать как ограничение модели. Если вы хотите рассматривать массивную часть породы как упругопластический материал (т.е. задать прочность массива без трещин), то для этого рекомендуется пользовательская модель, которая обладает такой возможностью, а именно «Модель изотропного трещиноватого скального грунта с критерием разрушения Мора-Кулона» (Isotropic Jointed Rock with Mohr-Coulomb Failure Criterion model).
Помимо стандартных моделей скальных грунтов, в PLAXIS есть несколько пользовательских моделей, которые включают в себя особые характеристики скальных пород. Например, N2PC Rock Salt, предназначенная для моделирования анизотропного термо-упруго-вязкопластического материал на основе степенной зависимости ползучести упрочняющегося тела Нортона (Norton-based Double Power Creep model – N2PC model) (Bui et al., 2018). Она предназначена для каменной соли и других типов скальных пород, которые демонстрируют ползучесть в зависимости от времени. N2PC можно использовать для глубоких подземных проектов в горнодобывающей и нефтяной промышленности, таких как хранение источников энергии, в том числе газа. В сочетании со встроенными средствами изменений температуры в программе PLAXIS 2D Ultimate ползучесть в модели N2PC Rock Salt может быть определена даже как зависящая от температуры.