Вопросы получения параметров геомеханических моделей грунта весьма актуальны сегодня. Однако пока, на момент написания статьи, нет нормативного документа, который регламентирует этот процесс (есть надежда, что СТО НИИОСП им. Герсеванова, вышедшее в конце 2021 года, станет основой для Пособия к СП). Методика получения параметров моделей не является целью этой публикации — это прерогатива специалистов и ученых, занимающихся этой проблемой. Статья направлена, прежде всего, на общее описание основных принципов в качестве повышения уровня знаний при работе с моделями грунтов и их особенностями.
У нас есть возможность поделиться своими рассуждениями на тему анализа и интерпретации результатов лабораторных испытаний для получения параметров двух основных моделей грунта: основанной на логарифмическом законе уплотнения модели SoftSoil (SS) и модели с двойным механизмом упрочнения по объему и по сдвигу, основанной на гиперболической зависимости деформаций от девиатора и степенной зависимости роста жесткости с глубиной — HardeningSoil (HS).
Надеемся, этот материал будет полезен начинающим пользователям и тем лабораториям, которые только пробуют выполнять и обрабатывать трехосные испытания, как известно, потребность в численных расчетах растет из года в год.
Статья написана в упрощенном варианте, без претензий на научный формат, и отражает субъективное мнение авторов.
Содержание
Модель грунта — это математическое упрощение, которое должно отражать существенные особенности поведения грунтовых материалов и пренебрегать менее важными. Выбор важности того или иного аспекта поведения определяется, прежде всего, целями расчета и решаемой проблемой. К сожалению существует разрыв между испытательной лабораторией и проектной организацией, выраженный в виде отсутствия взаимосвязи: выдача стандартных параметров-констант грунта и неосмысленного использования их в расчетах с одобрения экспертного мнения. Это приводит к различного рода сложностям, в том числе проблемам уже на этапе строительства.
Геотехнический анализ, предшествующий непосредственно расчету, предполагает сбор и обработку различной информации, полученной в ходе инженерно-геологических изысканий: разрезы, лабораторные и полевые испытания история региона и пр. Рассмотреть все аспекты такого анализа в одной публикации весьма сложно — геологическая среда неоднородна и многогранна. В этой статье сделана попытка кратко обобщить основные моменты обработки и интерпретации результатов трехосных и компрессионных испытаний одного грунта. Чтобы не влиять на позиции отечественных грунтовых лабораторий на рынке, информация по испытаниям была взята из открытых иностранных источников в сети интернет.
Обработка выполнена в «НИП-Информатике» неспециалистами в области испытаний грунтов и предлагается для ознакомления и последующего обсуждения в рамках планируемого вебинара.
Грунт по зарубежной классификации СН (глина тяжелая), имеет параметр Specific gravity $G_s$ = 2,75; Liquid limit (граница текучести) $L_L$ = 118,5%; Plastic limit (граница раскатывания) $P_L$ = 43,1%. Грунт относится к категории слабых. Образцы отобраны с глубины 3–12 м. Были выполнены компрессионные (три образца), и трехосные консолидировано-дренированные (КД) и консолидированно-недренированные (КН) испытания (по пять образцов на каждый вид опыта). Результаты испытаний глинистого грунта, отнесенного к категории слабого, приведены на рисунках 1–3.
Рис. 1. Результаты трехосных КД испытаний: слева — стандартный график девиаторного нагружения справа — график относительных деформаций
Трехосные КД испытания выполнены до достижения осевой деформации около 30%. При этом выхода «на полку» не наблюдалось. КН испытания показали более однозначное предельное состояние уже после 10% деформаций.
Рис. 2. Результаты трехосных КН испытаний: слева — стандартный график девиаторного нагружения; справа — траектории напряжений ($p-q$)
Компрессионные испытания трех образцов характеризуются хорошей сходимостью наклонов линий первичного нагружения и разгрузки, а также потенциальной областью «перелома» графика в районе бытовых напряжений или потенциального давления предуплотнения (в зависимости от наличия или отсутствия переуплотнения).
Рис. 3. Компрессионные испытания в полулогарифмической оси давления
Отчасти анализ результатов испытаний ограничен отсутствием полевых испытаний и информации о глубине отбора конкретного образца.