Понятие «модель грунта», как совокупность определяющих уравнений, описывающих поведение такого материала как грунт, появилось достаточно давно. Модель CamClay известна с 50-х годов прошлого века. В нашей стране наиболее известны модели Ю. К. Зарецкого и вязко-упруго-пластическая модель ООО «ПИ Геореконструкция». Однако широкого использования на практике отечественные модели не получили. Основным методом расчета является аналитический, реализованный в виде инженерных (упрощенных) формул, а модуль деформации (обычно штамповый) — основная характеристика грунтового массива.
Появление зарубежных программных комплексов, а первым из них был PLAXIS, привело к диссонансу — изыскатели и проектировщики, мыслящие в парадигме штампового (или другого) модуля деформации и расчета осадки методом послойного суммирования, некорректно воспринимают модели грунтов и их параметры. Здесь надо заметить, что метод послойного суммирования и модуль деформации нередко встречается и в дорожных расчетах, хотя это противоречит нормативным документам и идеям выполнения расчетов, положенных в основу расчетов осадки транспортных объектов.
В чем принципиальная разница между деформационным свойством грунта в виде модуля деформации $E_{деф}$ и параметрами модели грунта, например, $E^{oed}_{ref}$?
Разберемся по порядку.
Прежде всего, следует отметить, что выданный в сводной таблице физико-механических свойств отчета по изысканиям модуль вида $E_{деф}$ не является геотехнической величиной. Использовать его в расчетах, к сожалению, не получится. Дело в том, что модули деформации бывают разные: одометрический, компрессионный, трехосный, штамповый, дренированный, недернированный, прессиометрический, дилатометрический и др. Все они отличаются друг от друга. Кроме того, следует помнить, что модуль деформации — это линейная характеристика фрагмента той или иной кривой в конкретном (!) диапазоне напряжений. Поэтому, не имея информации о диапазоне, в котором определен модуль, использовать его в расчетах абсолютно неправильно.
Предположим, что модуль деформации конкретизировали: одометрический модуль в диапазоне 100–200 кПа. Теперь это геотехническая характеристика, и ее соответствующим образом можно учесть в расчетах. Что она означает?
«Одометрический» значит, что это компрессионное испытание в одометре.
Одометрический модуль деформации в диапазоне 100–200 кПа
Как показано на рисунке выше, модуль деформации — это характеристика грунта, показывающая, что в диапазоне от 100 кПа до 200 кПа наклон участка компрессионной кривой определяется величиной модуля (на единицу деформации по горизонтали откладывается величина модуля по вертикальной оси) и, таким образом, известно, как будет сжиматься грунт. Другими словами, если слой грунта на глубине был обжат бытовым давлением 100 кПа, а возводимое сооружение создает прирост напряжений на этот слой еще 100 кПа, то по наклону отрезка (модулю деформации) можно узнать относительную деформацию, а следовательно, величину сжатия одного (каждого) метра этого слоя.
<aside> ⚠️ НО за пределами этого диапазона никаких данных о положении компрессионной кривой нет, следовательно, если напряжения от сооружения будут выходить за пределы указанного диапазона, использовать этот модуль в расчетах неправомерно.
</aside>
Теперь рассмотрим, что такое параметры моделей грунтов. Для примера, возьмем компрессионные испытания, для которых требуется $E_{oed}^{ref}$, $m$, $P_{ref}$. Эти значения определяют путем оцифровки компрессионной кривой, полученной по испытаниям в лаборатории. Это означает, что эти параметры — математические константы функциональной зависимости, описывающей компрессионную кривую. То есть, по своей сути, $E_{oed}^{ref}$, не является модулем деформации в привычном смысле. Преимущество этого способа интерпретации результатов испытаний в том, что, зная эти три цифры, можно полностью восстановить компрессионную кривую, как показано на рисунке ниже.
Если известна вся кривая, то можно выбирать модуль деформации в любом расчетном диапазоне.