Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Транспортная геотехника (геомеханика)

Условия прочности грунтов

Федоренко Евгений Владимирович
13 ноября 2018 года

Сегодня рассмотрим такой вопрос, как прочность грунтов, и почему представления о ней отечественного геотехника отличаются от тех, что используются в зарубежных программах.

 

Немного истории

В прошлом веке, когда перед инженерами были поставлены задачи обосновать расчетом строительство различных, часто сложных объектов, одной из проблем было использование на практике общепринятой теории К. Терцаги. Согласно этой теории, в грунте могут возникать полные напряжения (называемые тотальными), эффективные напряжения в скелете и избыточное поровое давление (называемое нейтральным). Зависимость между этими показателями простая – полные напряжения складываются из эффективных и нейтральных:

σ=σ′+U

В то время в условиях массового строительства не было возможности использовать лабораторные приборы с измерением порового давления и, конечно, не было доступных программ на подобие Plaxis, Midas, Z-soil, FEM-Models, RS и пр. Однако в этих условиях была разработана гениальная теория, которую мы теперь знаем как теорию «плотности-влажности Н.Н. Маслова», в которой влажность является эквивалентом порового давления. Вполне вероятно, что Н.Н. Маслов не является единственным автором, поскольку основные принципы и подходы в механике грунтов разрабатывались многими людьми, но, по всей видимости, именно Маслов внедрил этот метод в практику. Причем внедрение было на столько эффективным, что до сих пор во многих документах прописана эта теория, особенно в области дорожного строительства. Но вот странно, об этом знают не все те, кто пользуется этими документами…

 

Суть теории плотности-влажности

Одним из нормативных документов, реализующих эту теорию, является ГОСТ Р 54476-2011 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве».

Суть опытов заключается в проведении серии испытаний с образцами, которые были выдержаны под разными нагрузками разное время и, соответственно, имеют различную плотность и влажность. Путем несложных построений и преобразований получают кривые зависимости трения и сцепления от влажности.

По сути, известные всем характеристики грунтов в приложении СП 22.133330-2016 и есть результат табличного представления этой теории (е – определяет пористость, а IL – влажность или консистенцию).

Сам Н.Н. Маслов работал не только в дорожной отрасли, но и принимал участие в гидротехническом и других видах строительства, в том числе за рубежом. За многолетний опыт им были накоплены статистические наблюдения огромного числа испытаний, на основе которых была составлена таблица прочностных характеристик глинистых грунтов, опыт использования которой самим Масловым и его коллегами превышает 30 лет.

Собственно, ничего нового в изложенном нет, однако эта информация наглядно показывает, что российский инженер-геотехник хорошо знает, что текучая глина имеет низкие трение и сцепление, а твердая – очень высокие. А зависит это все от влажности. Однако, ни в одной зарубежной программе этой самой влажности в привычном нам понимании нет. Начинающий пользователь программ, например, Plaxis или Midas, задаст закономерный вопрос: а как же программа будет понижать или повышать характеристики, если влажность не является исходным параметром?!

И здесь стоит вернуться к теории К. Терцаги, которая разработана за рубежом и используется повсеместно на сегодняшний день. А, как было указано ранее, эта теория целиком и полностью основана на поровом давлении.

 

Сравним теории

К сожалению, в моей личной практике ни одна лаборатория никогда не выдавала графики плотности-влажности Маслова, да и, наверное, в современных реалиях этого не сделает, поскольку проектирование зачастую идет параллельно с изысканиями и времени на длительные серии испытаний попросту нет. Но тем не менее, сейчас многие лаборатории оснащены приборами с измерением порового давления, а практически у каждого геотехника на столе есть мощный персональный компьютер с программами, которые могут работать с теорией Терцаги.

Не вдаваясь в подробности, подведем итог. Любая теория – всего лишь попытка интерпретировать те или иные явления…

Теории К. Терцаги и Н.Н. Маслова – это тоже интерпретации одного сложного явления – прочности грунтов, поэтому существенной разницы в результатах этих подходов нет. Как писал сам Маслов, его теория дает такие же результаты, как и теория Терцаги (график на рисунке внизу в правом верхнем углу). Мы проверили это на практике в программе Plaxis и получили подтверждение этим словам.

 

Что же это все значит

Из вышесказанного следует, что при описании поведения слабых водонасыщенных глинистых грунтов необходимо учитывать их переменную во времени прочность (при нагружении, консолидации и после ее завершения). Сделать это вручную невозможно (хотя стоит отметить различные варианты аналитических методик, в т.ч. в Пособии по проектированию автодорог на слабых грунтах), только путем численного моделирования с типом поведения Undrained A. Тогда все многообразие состояний грунта от текучего до твердого можно описать всего двумя цифрами прочности, эффективной: c’ ф‘ при использовании численных методов и определении избыточного порового давления (подробнее об этом читайте в следующем посте).

Например, глину с конкретными характерными влажностями можно моделировать этими значениями эффективной прочности:

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 - 71 , авторов - 318 ,
всего информационных продуктов - 2896 , из них
статей журнала - 601 , статей базы знаний - 85 , новостей - 2069 , конференций - 4 ,
блогов - 8 , постов и видео - 105 , технических решений - 4

Copyright © 2016-2019 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru