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
2 октября 2018 года

Основные закономерности трехосных испытаний. Схема «КН» и влияние переуплотнения (OCR)

Рассмотрим основные результаты виртуальных трехосных испытаний по консолидированно-недренированной (КН) схеме в приборе трехосного сжатия типа А (изотропная консолидация) в программе SoilTest комплекса Plaxis (рис. 1).

Условия опыта: предварительное обжатие всесторонним давлением 50 кПа с дренированием (консолидация) и последующее разрушение образца нормальноуплотненной глины (NC) девиаторным нагруженем (увеличение только вертикальной нагрузки) при закрытом кране, т.е. без дренирования с увеличением избыточного порового давления.

 

Рис. 1. Результаты теста Рис. 1. Результаты теста

 

График 1. Избыточное поровое давление

Поскольку вторая стадия опыта недренированная, основным параметром, влияющим на результаты, будет избыточное поровое давление. В основу программы положена теория К. Терцаги (говорили об этом здесь), а все вычисления (за исключением недренированного поведения типа В и С), осуществляются в эффективных напряжениях. Максимальная величина избыточного порового давления, образованного в процессе сдвига, составляет 26 кПа (рис. 2).

 

Рис. 2. Избыточное поровое давление в процессе девиаторного нагружения Рис. 2. Избыточное поровое давление в процессе девиаторного нагружения

 

График 2. Круги Мора

При закрытом кране прикладываемое вертикальное давление создает полные напряжения, а если вычесть из них поровое давление (обычно обозначается буквой U, а в Plaxis Pactive или Pexcess), то получатся эффективные напряжения. Программа SoilTest выдает результаты в эффективных напряжениях (рис. 4). Таким образом, круг Мора в полных напряжениях смещается влево на величину избыточного порового давления, равную U=26 кПа (рис. 3).

 

Рис. 3. Принцип получения эффективного круга Мора Рис. 3. Принцип получения эффективного круга Мора

 

График на рисунке 3 иллюстрирует принцип работы типа поведения Undrained A (который был подробно разобран в предыдущем посте), когда критерий прочности введен в эффективных напряжениях (с’ и ф’) и момент разрушения так же определен в эффективной системе координат, т.е. по достижению эффективного круга Мора предельной огибающей в эффективных значениях прочности (рис. 4).

 

Рис. 4. Диаграмма кругов Мора Рис. 4. Диаграмма кругов Мора

 

График 3. Зависимость между главными напряжениями

Точка 1 (рис. 5) определяется условием первой стадии опыта – всесторонним обжатием с давлением 50 кПа. Далее, как следует из диаграммы Мора, разрушение образца происходит при приложении вертикального давления, равного 101,43 кПа (в полных напряжениях), что соответствует предельному значению эффективного напряжения 101,43–26=75,43 кПа. Таким образом, определена точка 2 этого графика.

 

Рис. 5. Взаимная зависимость главных напряжений Рис. 5. Взаимная зависимость главных напряжений

 

График 4. «p-q» координаты

Основное отличие от графика для КД испытаний (говорили об этом здесь) заключается в изгибе траектории нагружения в левую сторону, что ближе к реалистичному поведению грунтов, характерно только для усовершенствованных моделей и не может быть реализовано в модели Кулона-Мора (рис. 6).

 

 

Если сравнить дренированное поведение этой модели с недренированным по схеме КН, то можно увидеть основной принцип построения траекторий (рис. 7).

 

Рис. 7. Сопоставление дернированной и недренированной траектории Рис. 7. Сопоставление дернированной и недренированной траектории

 

По результатам КН испытаний может быть получена недренированная прочность, а не только прочность в эффективных и полных напряжениях (рис. 8).

 

Рис. 8. Получение Cu по результатам КН испытаний Рис. 8. Получение Cu по результатам КН испытаний

 

Здесь следует отметить, что поведение при КН испытаниях, показанное на рисунке 9, характеризует грунт как нормально уплотненный, к которому может быть применена теория нормализации прочности. Что означает, что при любых всесторонних давлениях на первой стадии, разрушение образца будет происходить по определенной закономерности, связанной с нормализованной прочностью:

Здесь S коэффициент недренированной нормализованной прочности, который для большинства глинистых грунтов изменяется в узком диапазоне и часто близок к S=0,3 и растет с переуплотнением.

 

Это по сути соответствует поведению NC грунтов, у которых прочность увеличивается с глубиной. Однако отсюда следует и тот факт, что использование закона нормализации прочности неприменимо к недоуплотненным грунтам, например, к особым разновидностям глин в Ленинградской области и Санкт-Петербурге, илам и подобным специфическим грунтам.

 

Рис. 9. Траектории эффективного напряжения при недренированном трехосном сжатии на примере нормальноуплотненных грунтов Рис. 9. Траектории эффективного напряжения при недренированном трехосном сжатии на примере нормальноуплотненных грунтов

 

За рубежом концепция нормализованных параметров грунта (NSP) является основополагающей в механике грунтов, следовательно, пользователь современных геотехнических программных комплексов должен ее очень хорошо знать! А иначе как он может пользоваться программой?!

А лабораторные испытания выполняются в соответствии с этой концепцией по методу SHANSEP (история нагружения и нормализованные параметры грунтов).

 

И еще несколько слов о влиянии переуплотнения. Усовершенствованная модель грунта предполагает универсальность (в определенной степени конечно) описания поведения грунта. В частности, при задании коэффициента переуплотнения OCR или давления РОР модель, при заданном в качестве исходных данных поведении, соответствующем NC (т.е. не переуплотненном), позволяет получить прочность для переуплотненного состояния.

Не углубляясь в теорию, рассмотрим поведение модели при задании переуплотнения (в SoilTest переуплотнение вводится не как OCR, а как давление предуплотнения). В рассмотренном примере давление предуплотнения составляет 100 кПа. Тогда траектория напряжений изменится и будет проходить вертикально (рис. 10).

 

Рис. 10. Сопоставление недренированных траекторий для нормально- и переуплотненого грунта Рис. 10. Сопоставление недренированных траекторий для нормально- и переуплотненого грунта

 

Вот мы и подобрались к основам теории Механики критических состояний (CSSM), на основе которой работают современные геотехнические иностранные программы. Одно из положений этой теории определяет четыре сочетания, или четыре основные траектории нагружения:

  • недренированное поведение для NC грунта;
  • дренированное поведение для NC грунта;
  • недренированное поведение для ОC грунта;
  • дренированное поведение для ОC грунта.

Два из них были рассмотрены в приведенном выше примере. Опять же, любой пользователь программ численного моделирования должен практически в совершенстве владеть этой теорией…

В заключении приведем совмещенный график в «p-q» координатах для NC и ОС состояния грунта, полученный по результатам серии виртуальных КН трехосных испытаний в программе SoilTest (в этом примере модель SoftSoil). Как видно по рисунку, модель до давления предуплотнения 200 кПа ведет себя как переуплотненный грунт (ОС), т.е. показывает бОльшую прочность, а после превышения этого давления – как нормальноуплотненный (NC). Т.е. модель с одним набором исходных параметров описывает как пиковую, так и остаточную прочность.

 

Рис. 11. Универсальное поведение модели грунта Рис. 11. Универсальное поведение модели грунта

 

Это одно из преимуществ применения численных методов, по сравнению с ручным счетом и аналитическими методами – универсальность моделей грунта.

Федоренко Евгений ВладимировичГлавный инженер научно-исследовательского геотехнического подразделения «Миаком Инжиниринг» группы компаний «Миаком» (ООО «ГК Миаком»), к.г.-м.н., член Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению (РОМГГиФ), г. Санкт-Петербург