Основная характеристика для расчётов осадки — модуль деформации. Его получают по результатам компрессионных (в одометре) или трёхосных (в стабилометре) испытаний, а также полевыми методами: штамп, винтовой штамп и др. Модуль деформации не является характеристикой грунта как такового, то есть некорректно говорить, что грунт имеет модуль деформации, например, 10 МПа. Модуль деформации — это коэффициент пропорциональности между нагрузкой и деформацией, то есть при давлении 100 кПа модуль деформации будет, например, 5 МПа, а при давлении 200 кПа — уже 15 МПа.

Отличия стабилометрических испытаний от компрессионных могут достигать 6 раз. При этом лабораторные трёхосные испытания ближе к полевым штамповым.

Рис. 1. Различия в определении модуля деформации по результатам компрессионных (одометр) и трёхосных (стабилометр) испытаний

В программе PLAXIS используются различные модели грунта. Характеристика деформируемости задаётся в виде модуля Юнга, который в зависимости от решаемой задачи может принимать значения модуля упругости (при первичной нагрузке или при разгрузке) и модуля деформации (одометрического или деформационного). Для расчётов осадки используют модуль деформации.

В качестве примера рассмотрен куб грунта с размерами сторон 5 м и модулем деформации $E$ = 100 кПа. Прикладываемая распределённая нагрузка — 10 кПа.

Расчёт по простой формуле показывает следующий результат:

$$ S_\textit{сж}=(P\cdot H)/E_{oed}=(10\cdot5)/100=0,5\ м $$

где $P$ — внешняя нагрузка; $H$ — мощность сжимаемой толщи.

Расчёт с линейно-упругой моделью при условии, что коэффициент Пуассона равен 0, показывает аналогичный результат $S$ = 0,5 м. При этом параметры задания грунта выглядят, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Параметры грунта при нулевом коэффициенте Пуассона (неправильное задание данных)

Если ввести значение коэффициента Пуассона, равное 0,3, то значение модулей изменится, и осадка уже не будет одинаковой. Для корректного сопоставления задач необходимо, чтобы значение одометрического модуля $E_{oed}$ было равно 100 кПа. Тогда значение зависящего от него компрессионного модуля будет равно $E_\textit{к}$ = $E'$ = 74,29 кПа.

Рис. 3. Правильно заданные исходные данные

<aside> 💡 Это означает, что расчёт производится с использованием именно одометрического модуля деформации, который получают непосредственно по измерениям в приборах, и вносить значения модуля деформации в PLAXIS следует в поле ввода Eoed.

</aside>

Здесь будет уместным отметить, что в СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» в таблицах приложения приводятся компрессионные модули деформации, что следует из формулы расчёта методом послойного суммирования, где применяется коэффициент бокового давления $β$, в этом случае его следует вводить в поле $E'$.

Модель Кулона-Мора (MС) иногда называют нелинейной, однако применительно к зависимости «нагрузка-деформация» это линейная модель, и она ничем не отличается от линейно-упругой модели. Единственная разница заключается в том, что модель Кулона-Мора включает условие прочности и, следовательно, может учитывать наличие пластических деформаций.

Расчёт с моделью МС при заданных высоких значениях параметров прочности ($C$ и $φ$) показывает значение величины осадки, аналогичное линейно-упругой модели. Но если снизить характеристики до величин, при которых возникают пластические деформации (пластические точки), то результат будет отличаться.

Рис. 4. Точки пластических деформаций

Величина осадки в этом случае складывается из двух составляющих:

$$ S = S_\textit{сж} + S_\textit{пл} = 0,5 + 0,057 = 0,557\ м. $$

Следует обращать внимание на результаты моделирования слоёв слабого грунта большой мощности. При расчёте начальных напряжений (Initial phase) в нижней части слоя могут возникать пластические деформации, связанные с низкими прочностными характеристиками и давлением толщи грунта. Результаты осадки в этом случае будут завышенными. Для правильной постановки задачи необходимо использовать упрочнение грунта по глубине или более совершенные модели грунта.