искать
Транспортная геотехника (геомеханика)

Так что же такое «Udrained A»? Давайте применять его правильно!

Федоренко Евгений Владимирович
27 августа 2018 года

Количество различных публикаций по вопросу применения типа поведения моделей Undrained A (в Plaxis и в Midas) свидетельствует об неподдельном интересе к этой процедуре. С другой стороны, большое количество случаев в практике связано с неправильным использованием этого типа поведения. Попробуем разобраться.

Прежде всего, определим область применения этого типа поведения:

1. Обычные (не специфические) грунты, подчиняющиеся закону нормального уплотнения (NC).

2. Не применимо к переуплотненным (OC) и недоуплотненным (UC) грунтам. К последним относятся специфические грунты в Ленинградской области, иольдиевые глины, илы и пр.

3. Обязательно наличие трехосных КД или КН испытаний, с интерпретацией результатов в эффективных напряжениях: С' и ф'!!! (Подробнее об этом читайте здесь).

4. Когда необходимо моделировать стадийное строительство (отсыпка, выдержка с упрочнением).

5. При расчете ленточных геодрен, песчаных и текстильно-песчаных свай (вертикальное дренирование).

6. При моделировании уширения, досыпки, увеличения геометрии сооружения.

Теория

Как известно, грунты с консистенцией более IL=0,5 (слабые грунты) должны быть описаны как минимум двумя состояниями: нестабилизированным, через недренированную прочность Cu и стабилизированным через эффективные характеристики с' и ф' (п. 6.4.9 СП 22.13330-2016; п.3.30 и п.3.31 Пособия по проектированию автомобильных дорог на слабых грунтах; п. 7.15 СП 23.13330.2011 Основания гидротехнических сооружений). Переход от одного состояния к другому происходит в процессе фильтрационной консолидации.

Тип поведения Undrained A является универсальным механизмом, позволяющим модели принимать как нестабилизированную, так и стабилизированную прочность. Однако пользователь вводит только один тип прочности, причем соответствующий стабилизированному состоянию (эффективную прочность). Как такое возможно?

Дело в том, что прочность нестабилизированного состояния определяется в полных напряжениях (недренированная прочность Cu), однако для перевода ее в эффективные напряжения достаточно (в соответствии с законом К. Терцаги) вычесть поровое давление. Таким образом, круг полных (тотальных) напряжений может быть смещен на величину порового давления и тогда он образует круг эффективных напряжений для данного напряженного состояния.

 

Следовательно, модель сможет оценить запас прочности в одной системе координат - эффективной. Т.е. и нестабилизированное состояние с недренированной прочностью (равной радиусу круга), и стабилизированное с с' и ф' могут быть оценены относительно предельной огибающей в эффективной системе, т.е. ф' (дренированная эффективная прочность).

Отсюда следует основная ошибка большинства пользователей, который задают прочностные характеристики из таблицы СП или по результатам испытаний в приборе одноплоскостного среза, которые соответствуют некоему промежуточному состоянию по влажности, т.е. в полных напряжениях, и обычно обозначаются с индексом Сw и Фw, что значит, что эти величины переменные и зависят от влажности. При наличии только этих данных корректным будет использование типа поведения Drained, что означает, постоянство прочности в ходе расчета (тип расчета Consolidation создает избыточное поровое давление и не зависит от наличия/отсутствия грунтовых вод).

 

Описание и особенности:

  • Прочность задается в эффективных характеристиках, в процессе расчета определяется избыточное поровое давление и соответствующая ему расчетная недренированная прочность Сu.
  • Требуется проверка расчетного значения недренированной прочности с экспериментальным значением и проверочный расчет Undrained B или С.
  • Осторожность при использовании модели Кулона-Мора, поскольку траектории напряжений существенно отличаются от поведения реального грунта и модели HS (рис. 1).

 

Рис. 1. Поведение моделей грунта Рис. 1. Поведение моделей грунта

 

  • Из моделей грунта лучше использовать нелинейные (шатровые): SS, SSC, HS.
  • В процессе расчета производится анализ устойчивости для недренированной (быстрое возведение) и эффективной (медленное возведение) прочности, а также определение времени реализации осадки (консолидация).

 

ПРИМЕР

Проиллюстрируем на конкретном примере механизм работы этого типа поведения.

Однородное полупространство, трапецеидальная нагрузка прикладывается двумя ступенями 10 и 50 кПа. Для сравнения расчет выполнен в режиме Drain и Undrained А с консолидацией. Данные прочности, введенные в модель HS: с'=0; ф'=35 град.

Ступень первая 10 кПа создает избыточное поровое давление около 9,75 кПа, расчетная недренированная прочность при этом получена Cu=1,5 кПа (рис. 2).

 

Рис. 2. Первая ступень нагружения Рис. 2. Первая ступень нагружения

 

Вторая ступень, на которой происходит повышение нагрузки до 50 кПа, приводит к пропорциональному увеличению избыточного порового давления до 49,85 кПа. При этом расчетное значение недренированной прочности практически не изменяется - Cu=2 кПа (рис. 3). Даже при повышении нагрузки еще на порядок, эта величина существенно не измениться.

 

Рис. 3. Вторая ступень нагружения Рис. 3. Вторая ступень нагружения

 

Далее выполним расчет консолидации с полным рассеиванием избыточного порового давления. Величина внешней нагрузки (полные напряжения) не изменилась и осталась равной 50 кПа, избыточное поровое давление упало до нуля, и все напряжения передались на скелет грунта (эффективные напряжения стали равны 50 кПа). При этом в процессе консолидации произошло упрочнение грунта и его расчетная прочность составила t=13,8 кПа (рис. 4). Эта прочность соответствует альтернативному расчету с поведением Drained.

 

Рис. 4. Расчет консолидации Рис. 4. Расчет консолидации

 

Рис. 5. Результаты расчетов Рис. 5. Результаты расчетов

 

В общем виде схему расчетов можно представить в таблице.

 

 

Как видно, тип поведения Undrained A обеспечивает расчет всех стадий строительства с возможностью проверки расчетных критериев (например, устойчивости) на любом этапе.

НО НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ТИП Undrained A С ДАННЫМИ ИЗ СРЕЗОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО СХЕМЕ БЫСТРОГО СДВИГА, ЭТО НЕПРАВИЛЬНО!

Правильное задание характеристик, подразумевает для текучей глины c' близкое к нулю, а ф'=14-30 градусов (подробнее об этом читайте здесь).

 

Федоренко Евгений ВладимировичИнженер технического отдела ООО «Миаком СПб», научный консультант компании НИП-Информатика, к.г.-м.н., г. Санкт-Петербург
Поделиться
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 101 , авторов - 319 ,
всего информационных продуктов - 2981 , из них
статей журнала - 619 , статей базы знаний - 85 , новостей - 2129 , конференций - 4 ,
блогов - 8 , постов и видео - 112 , технических решений - 4

Copyright © 2016-2019 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению