искать
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 105 , авторов - 332 ,
всего информационных продуктов - 3141 , из них
статей журнала - 654 , статей базы знаний - 85 , новостей - 2234 , конференций - 4 ,
блогов - 8 , постов и видео - 129 , технических решений - 4

© 2016-2019 ГеоИнфо

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Дискуссия профессионалов 

Будущая механика грунтов, какая она?

Болдырев Геннадий Григорьевич
6 августа 2018 года

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.

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению