Предварительный геотехнический анализ исходных данных для моделей грунта в программе PLAXIS
Федоренко Евгений Владимировичнаучный консультант компании НИП-Информатика, к.г.-м.н., г. Санкт-Петербургeugeniy.fedorenko@nipinfor.ru
Вопросы получения параметров геомеханических моделей грунта весьма актуальны сегодня. Однако нет нормативного документа, который регламентирует этот процесс. Методика получения параметров моделей не является целью этой публикации – это прерогатива специалистов и ученых, занимающихся этой проблемой. Статья направлена, прежде всего, на общее описание основных принципов в качестве повышения уровня знаний при работе с моделями грунтов и их особенностями.
Благодаря порталу Геоинфо у нас есть возможность поделиться своими рассуждениями на тему анализа и интерпретации результатов лабораторных испытаний для получения параметров двух основных моделей грунта: основанной на логарифмическом законе уплотнения модели SoftSoil (SS) и модели с двойным механизмом упрочнения по объему и по сдвигу, основанной на степенной зависимости деформаций от девиатора – HardeningSoil (HS). Надеемся, этот материал будет полезен начинающим пользователям и тем лабораториям, который только пробуют выполнять и обрабатывать трехосные испытания, как известно, потребность в численных расчетах растет из года в год.
Статья написана без претензий на научный формат и отражает субъективное мнение авторов.
Полный текст статьи с формулами и рисунками доступен для скачивания в формате pdf.
Модель грунта – это математическое упрощение, которое должно отражать существенные особенности поведения грунтовых материалов и пренебрегать менее важными. Выбор важности того или иного аспекта поведения определяется, прежде всего, целями расчета и решаемой проблемой. К сожалению, существует разрыв между испытательной лабораторией и проектной организацией, выраженный в виде отсутствия взаимосвязи: выдача стандартных параметров-констант грунта и неосмысленного использования их в расчетах с одобрения экспертного мнения. Это приводит к различного рода сложностям.
Геотехнический анализ, непосредственно предшествующий расчету, предполагает сбор и обработку различной информации, полученной в ходе инженерно-геологических изысканий: разрезы, лабораторные и полевые испытания, история региона и пр. Рассмотреть все аспекты такого анализа в одной публикации весьма сложно – геологическая среда неоднородна и многогранна. В этой статье сделана попытка кратко обобщить основные моменты обработки и интерпретации результатов трехосных и компрессионных испытаний одного грунта. Чтобы не влиять на позиции отечественных грунтовых лабораторий на рынке, информация по испытаниям была взята из открытых иностранных источников в сети интернет. Обработка выполнена в «НИП-Информатике» неспециалистами в области испытаний грунтов и предлагается для ознакомления и последующего обсуждения.
СКАЧАТЬ ПОЛНЫЙ ТЕКСТ СТАТЬИ В ФОРМАТЕ PDF
Выводы
В результате выполненного анализа можно сделать следующие выводы. В целом модели довольно неплохо описывают дренированное и недренированное испытание при условии, что калибровка выполнялась не слишком детально. Однако цель данной работы заключалась в общем описании подходов к интерпретации, а не к получению параметров модели для конкретной задачи. При необходимости степень достоверности может быть повышена.
Кроме стандартных кривых трехосных испытаний, калибровку целесообразно производить по другим данным: графику осевая-объемная деформация и по графику траекторий напряжений. Также интерес представляет сопоставление моделей по результатам истинного трехосного сжатия (General test) с разгрузкой и повторным нагружением.
Простой расчет конструкции с шпунтовым ограждением показывает довольно близкие результаты, что позволяет говорить о возможности применять модель SS в расчетах котлованов (особенно для слабых грунтов) и о том, что модель HS до определенной степени может быть использована для моделирования слабых грунтов.
Следует отметить, что приведенные в статье способы интерпретации могут давать результаты не для всех видов грунтов.
Заключение
По итогу выполненной работы можно сделать следующие выводы:
1. Отсутствие предельного состояния в трехосном КД испытании можно обойти проведением КН испытания, однако это требует квалификации исполнителя и возможности измерять поровое давление.
2. Пластичное поведение грунта (отсутствие четкой полки) может быть описано моделями PLAXIS. Для этого требуется более тщательная калибровка.
3. В модели SoftSoil сходимость трехосного поведения была достигнута за счет изменения коэффициента пластических деформаций (λ*-к*) и параметра K0NC. В модели HS – за счет изменения параметра Rf и параметра K0NC.
4. Модель SoftSoil может описывать сдвиговое поведение грунтов и использоваться в расчетах котлованов для описания слабых грунтов, только при условии наличия трехосных испытаний и калибровки.
5. Модель HardeningSoil может быть применена для моделирования слабых грунтов в рамках своих ограничений, за пределами которых рекомендуется переходить на другие модели.
6. Автоматизированное определение параметров средствами SoilTest (версия программы v 21) не всегда позволяет получить должный результат.
7. Ручная калибровка лучше обеспечивает достижение требуемых результатов подгонки и дает возможность накопить опыт работы с геомеханическими моделями.
8. Предварительная проверка сходимости отдельных зависимостей моделей в программе Excel или Mathcad позволяет до работы в SoilTest уточнять полученные параметры моделей.
9. Идеальное совпадение измеренных и расчетных кривых необязательно является целью калибровки. Требования к идентичности между экспериментальными и численными результатами испытаний не имеют особого смысла. Более важны общие тенденции поведения, которые определяются решаемой задачей и особенностью выполняемого расчета.
Таким образом, в статье наглядно показано, что однозначной и простой процедуры анализа и интерпретации данных нет, а результаты, которые воспроизводит математическая (идеальная) модель, далеко не всегда могут быть сопоставимы со всеми аспектами поведения реального грунта. Требуется выполнять анализ, который обеспечит приведение результатов в таком виде, который пригоден для удовлетворения нужд последующих расчетов. Тем хуже на этом фоне смотрится типичная схема работы геолог-проектировщик, в которой сложное поведение грунта описывается 3-4 константами, а расчет производится в одну-две формулы.
Калибровка должна выполнятся специалистами как в области испытаний, так и в области математических (геомеханических) моделей грунта. Сегодня таких специалистов единицы, а потребность в выполнении расчетов численными методами достаточно высокая и ежегодно растет. По нашему мнению, грунтовая лаборатория должна не только иметь геологов, которые присутствуют на месте отбора и могут фиксировать происходящее с образцами и контролировать их транспортировку, но и специалиста-геотехника, который обеспечит анализ результатов лабораторных испытаний и их интерпретацию в нужном представлении и с учетом последующего геотехнического расчета и его особенностей.
В заключение следует отметить, что за рубежом сегодня существует самостоятельная новая дисциплина «Constitutive modelling of soils», в основе которой лежат требования к глубоким знаниям в области испытаний и поведения грунтов, высшей математики и умение найти компромисс в абстрагировании от реальности при выполнении калибровки моделей.
Журнал остается бесплатным и продолжает развиваться.
Нам очень нужна поддержка читателей.
Поддержите нас один раз за год
Поддерживайте нас каждый месяц
