Процесс фильтрационной консолидации сопровождается естественным упрочнением грунтов. Использование этого поведения слабых грунтов — весьма эффективный способ снизить перерасходы на мероприятия усиления. Как можно учесть упрочнение при консолидации?

Прежде всего, следует понимать, что обычный расчёт консолидации Consolidation определяет время рассеивания избыточного порового давления. То, как будет или не будет меняться прочность грунтов, определяется типом поведения по условиям дренирования.

В дорожной практике (Пособие по проектированию автомобильных дорог на слабых грунтах) предлагается метод Н. Н. Маслова, основанный на изменении влажности (плотности) грунтов.

Подход к упрочнению по Маслову. Качество как есть, других вариантов нет

Однако практическая реализация этого подхода осложняется разными факторами:

1. Необходимость выполнять серию специальных испытаний грунтов для получения зависимостей прочностных характеристик от влажности;
2. Методика таких испытаний основана на приборе одноплоскостного среза, который имеет много недостатков. В последней редакции ГОСТ 12248 метод быстрого среза вообще исключен.
3. Громоздкость вычислений, не имеющих наглядного примера по расчёту изменения влажности-прочности.
4. Необходимость выполнять эти вычисления для множества точек с различающимся напряжённым состоянием в области откосов и основной площадки в основании насыпи.

Численное моделирование предоставляет два варианта учёта упрочнения грунтов.

1. На основе изменения недренированного сопротивления сдвигу $C_u$ (или $S_u$) и теории SHANSEP (Stress History and Normalized Soil Engineering Properties) Модель грунта: MC Shansep (пользовательская) Тип поведения: Undrained B См. подробнее: Концепция SHANSEP: прочность и переуплотнение Недренированный тип поведения моделей грунтов Undrained B Недренированное поведение грунтов. Undrained В или С
2. На основе эффективных напряжений и эффективных параметров прочности $c'$ и $φ'$. Модель грунта: любая, поддерживающая тип поведения Тип поведения: Undrained А См. подробнее: Undrained A. Механизм работы

Разница между подходами

Каждый из подходов имеет преимущества и недостатки. Кратко рассмотрим их.

Первый подход основан на недренированной прочности, которая характеризует исходное (нестабилизированное) состояние грунтового массива. Это преимущество данного подхода, поскольку во втором варианте исходные данные для модели относятся к стабилизированному состоянию, а недренированная прочность является расчётным значением, которое необходимо контролировать.

См. также:

Вебинар «PLAXIS как инструмент расчёта грунтовых сооружений на слабых основаниях» и ответы на вопросы (24.03.2021)

Геотехнический анализ слабых оснований: в эффективных или в полных напряжениях?

С другой стороны, погрешности при определении недренированной прочности $C_u$ достаточно велики (достигают 40%), а коэффициент недренированного нормализованного сопротивления сдвигу ($C_u$/$σ'_v$) существенно зависит от вида испытаний.