Недренированное поведение грунтов. Undrained B или Undrained С

*Уважаемый читатель! В этом блоге содержится информация, которая излагается в свободной форме и является субъективным мнением автора, не имеет отношения к научно-техническим статьям и может рассматриваться как общая информация.

В нормативных документах разных отраслей строительства упоминается необходимость учета нестабилизированного состояния для слабых и обводненных глинистых грунтов.

СП 22.13330-2016 Основания зданий и сооружений:

п.5.3.10 Для расчета по несущей способности оснований из медленно уплотняющихся водонасыщенных глинистых, органоминеральных и органических грунтов, в которых возможно формирование избыточных поровых давлений, необходимо определять сопротивление грунта недренированному сдвигу Cu.

СП 23.13330.2011 Основания гидротехнических сооружений:

п. 5.14 …Определение прочности грунтов в нестабилизированном состоянии (сопротивление недренированному сдвигу Cu) следует выполнять методом трехосного сжатия по неконсолидированно-недренированной (в особых случаях – по консолидированно-недренированной схеме).

В программном геотехническом комплексе PLAXIS используется несколько типов поведения моделей грунта по условиям дренирования. Применительно к недренированному поведению есть три варианта (табл.1).

Таблица 1. Варианты поведения недренированного грунта в PLAXIS

Сопротивление грунта недренированному сдвигу обычно называют недренированной прочностью и обозначают как Cu или Su.

На первый взгляд, два типа поведения Undrained B и Undrained С кажутся очень похожими. Но отличия все же есть.

Прежде всего, необходимо разобраться с двумя состояниями грунта: нестабилизированным – до консолидации; и стабилизированным – после завершения фильтрационной консолидации. Основные расчетные параметры для каждого состояния приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные расчетные параметры

Сопоставляя таблицы 1 и 2, можно заметить, что тип поведения Undrained C является вполне логичным и пригодным для описания нестабилизированного состояния грунтов. В то время как тип Undrained B, на первый взгляд, не имеет логики. В этом типе поведения используется недренированная прочность Cu и дренированная жесткость E’. То есть, совмещено нестабилизированное состояние и стабилизированное, что и противоречит логике. Однако, это только на первый взгляд. Попробуем разобраться. Прежде всего, с получением исходных данных: недренированная прочность может быть определена из полевых испытаний (крыльчатка, CPTu) или лабораторных (трехосные КН или НН испытания). Недренированная жесткость (здесь может быть любой модуль деформации: трехосный, одометрический и т.п.) определяется по результатам трёхосных НН испытаний, и это очень непривычно для российских лабораторий, поэтому этот параметр весьма экзотический, хотя и совсем не сложный. А вот дренированная жесткость – это и есть те самые, привычные нам модули деформации E50 и E_oed.

Далее надо вспомнить основной закон, по которому работает PLAXIS. Это теория Терцаги, которая может быть представлена в простой, но очень важной формуле:

σ = σ’ + U

т.е. прочность в полных напряжениях = прочность в эффективных напряжениях + поровое давление.

Исходя из этого закона и работает тип Undrained B, условная математика которого может быть представлена рисунком 1.

Рис. 1

Входным параметром является дренированная жесткость E’_oed, далее программа рассчитывает избыточное поровое давление P_excess, которое не дает грунту сжиматься по закону дренированной прочности, поскольку внешнее давление передаётся на воду. Таким образом, получается более жесткое поведение грунта. Следовательно, его расчетная жесткость становится уже другой, отличной от введенной в модель.

Поскольку так называемая мгновенная или начальная осадка, как правило, никого не интересует (подразумевается деформация, возникшая сразу после приложения нагрузки), то и точность установления величины Eu не требуется. При этом поскольку тип поведения Undrained B все-таки обеспечивает логичные параметры (исходная недренированная прочность и расчетная недренированная жесткость), то его использование более предпочтительно, поскольку не требует дополнительных, к стандартным, вариантов интерпретации результатов лабораторных испытаний.

Именно поэтому при использовании типа поведения Undrained B расчет избыточного порового давления производится, а при Undrained С – нет, поскольку в нем нет никакой необходимости.

Заглавное фото: АО «МОСТДОРГЕОТРЕСТ»