Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 75 , авторов - 236 ,
всего информационных продуктов - 2217 , из них
статей журнала - 482 , статей базы знаний - 53 , новостей - 1622 , конференций - 3 ,
блогов - 7 , постов и видео - 45 , технических решений - 4

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
6 августа 2018 года

Будущая механика грунтов, какая она?

Размышляя о будущем механики грунтов, автор видит два возможных пути: улучшать существующие методы, которые появились несколько сот лет назад, или попробовать принципиально новые подходы к расчетам взаимодействия сооружения с грунтом основания. Например, как отмечает автор, общим в природе являются волновые процессы и в частности электромагнитные волны. Измерив скорость электромагнитных волн в основании будущего здания, которая зависит от свойств грунтов, и используя решение задачи о консолидации грунта от веса здания с изменяемой во времени скоростью поперечных волн, можно найти осадку здания.

Болдырев Геннадий ГригорьевичДиректор по научной работе и инновациям ООО «НПП Геотек», д.т.н.

В будущем строительство городов будет осуществляться на совершенно новых принципах, с применением новых материалов и использованием неизвестных нам сегодня технологий.

Но несомненно, что из «старого» останется то, без чего невозможно строительство, а именно, земля, или как говорят строители-механики, грунт, на котором будут возводиться здания и сооружения. Конечно, мне могут возразить, напомнить о футуристических проектах плавающих или летающих городов, которым не нужна земля в качестве опоры. Но ведь океанская вода, как и воздух – это среда, физические свойства которой необходимо учитывать при строительстве подобных поселений людей. В первом случае речь идет о динамическом воздействии волн, а во втором – ветра на плавающие или летающие города.

То есть проблема определения физических и механических свойств как строительных материалов, так и грунтов останется неизменной.

Однако, если свойства строительных материалов нам известны априори, так как мы сами их планируем и создаем, то вот свойства грунтов нам изначально неизвестны, поскольку они созданы самой природой и изначально человеку неизвестны. Как говорят, что дал Бог, за то и спасибо. Но очень часто грунты по своей природе являются слабыми и требуют специального подхода при их использовании в качестве оснований.

В Евангелии от Матфея сказано:

«24. Итак всякого, кто слушает слова Мои сии и исполняет их, уподоблю мужу благоразумному, который построил дом свой на камне;

25. и пошел дождь, и разлились реки, и подули ветры, и устремились на дом тот, и он не упал, потому что основан был на камне.

26. А всякий, кто слушает сии слова Мои и не исполняет их, уподобится человеку безрассудному, который построил дом свой на песке;

27. и пошел дождь, и разлились реки, и подули ветры, и налегли на дом тот; и он упал, и было падение его великое».

Как видим, никакой механики грунтов не требуется, несмотря на то, что ветер – это динамика, а вода – поровая жидкость. Все Он понимал! А мы то как сегодня, через 2000 лет?

Как же мы определяем свойства грунтов сегодня? Достаточно просто и незамысловато.  Отбираем из скважин монолиты грунта и затем в лаборатории проводим испытания с целью определения физических и механических свойств грунтов. Отсюда видно, что свойства грунтов искусственно разделены на два вида – физические и механические. Но оказывается, что и механические свойства разделены на два вида – деформационные и прочностные. Спрашивается, почему так?

Ответ достаточно прост: потому что расчет оснований зданий и сооружений мы выполняем, используя решения теорий упругости и прочности. В первом случае необходимы деформационные характеристики, а во втором – прочностные. Физические, преимущественно, плотность, используются в обеих теориях. Эти теории являются современной основной механики грунтов.

Теорию упругости в механике грунтов стали применять в начале XX века, введя принцип линейной деформируемости. А вот теория прочности появилась несколько ранее, как считается, с условия прочности, предложенного Шарлем Кулоном в 1773 году. Из теории упругости мы взяли закон Гука (предложен Гуком в 1660 году), модернизировав его для нелинейных расчетов, а прочность оцениваем, используя закон Кулона. Если оттолкнуться во времени от введения закона Кулона, то прошло более 250 лет, а если от открытия Гука, то прошло 380 лет. И что же мы имеем сегодня?

Сегодня развитие методов расчета оснований идет по пути использования более сложных нелинейных законов деформирования и законов (условий) прочности, которые в совокупности мы называем моделями грунтов. Частными случаями являются закон Гука при упругом поведении и закон Кулона при разрушении. Еще одним «достижением» является использование приближенных методов расчета: конечных разностей, конечных элементов, граничных элементов, что стало возможно с развитием вычислительной техники.

Таким образом, процедура принятия решения о строительстве в различных грунтовых условиях включает следующие этапы:

Инженерно-геологические исследования, включающие определение вида грунта, физических и механических свойств, как лабораторными, так и полевыми методами испытаний.

Расчет массива грунта (основания) от веса здания или сооружения с использованием линейных или нелинейных моделей грунтов и различных вычислительных программных комплексов, например, ЛИРА, SCAD, PLAXIS, FLAC, MIDAS и др.

Конструирование фундаментов и надземных конструкций.

Строительство зданий и сооружений

 

Как же мы будем это делать через 50 лет?

Если оценить перспективы с точки зрения развития современной механики грунтов, то все будет идти по пути совершенствования существующих методов расчета, которое мы наблюдаем с 1660, 1773 годов. То есть, за 380 лет, прошедших с открытия Гука, мы продвинулись от упругих решений к неупругим, усложнив их до немыслимости. Например, некоторые модели грунтов в отмеченных выше программных комплексах требуют определения до 10 и более параметров при изысканиях и проектировании.

А вот теперь немного о том, что же будет, если мы откажемся от подобного пути развития механики грунтов, и можно ли предсказать иной путь ее развития.

Из приведенной процедуры принятия решения о строительстве здания видно, что она включает четыре различных этапа, выполняемых последовательно во времени. Начинают процесс с инженерно-геологических исследований, информация с которых передается проектировщикам (геотехникам), которые выполняют расчет и конструирование фундаментов и здания в целом. Геологи передают отчет об изысканиях, как правило, в «бумажном» виде, а проектировщики вводят данные исследований в свои программы вручную и уже затем выполняют аналитическое или численное решение. Эта процедура занимает во времени от нескольких недель (оптимальный случай) до нескольких месяцев (обычная практика). Однако уже сейчас современные цифровые технологии и коммуникации позволяют выполнять эти два этапа одновременно. Принятие решения о варианте фундамента проектируемого здания может быть выполнено непосредственно в полевых условиях в процессе инженерно-геологических исследований путем совмещения первого и второго этапов.

Однако в этом случае мы используем «старые» методы решения, ускоряя лишь процесс принятия решения за счет цифровых технологий и приближая будущее. Кардинально проблема не решается, так как мы идем по пути совершенствования известных методов расчета и исследований.

Надо отказаться от инженерно-геологических исследований в том виде как они проводятся сегодня. Надо отказаться от отбора монолитов, лабораторных и полевых испытаний грунтов в том виде как они проводятся сегодня.

 

Выводы для дискуссии

Общим в природе являются волновые процессы и в частности электромагнитные волны. Измерив скорость электромагнитных волн в основании будущего здания, которая зависит от свойств грунтов, и используя решение задачи о консолидации грунта от веса здания с изменяемой во времени скоростью поперечных волн, находится осадка здания. Этот подход связан с зависимостью скорости поперечных волн от плотности материала и влажности. Плотность же зависит от давления консолидации, т.е. веса здания или сооружения. Влажность также является величиной переменной. Скорость поперечных волн можно измерить уже сегодня, например, георадаром. Далее, измеряя скорость волн в процессе эксплуатации зданий, можно автоматически контролировать их поведение во времени.

К сожалению задача консолидации в подобной постановке пока еще не решена. Дело за будущим.