Модель упрочняющегося грунта Hardening Soil

Что такое модель Hardening Soil

Модель воспроизводит нелинейную зависимость деформаций от напряжений при объемном и сдвиговом деформировании, а также содержит две нефиксированных поверхности текучести - то есть воспроизводит упрочнение при сдвиге и объемном сжатии (отсюда название - модель упрочняющегося грунта). Кроме того, модель воспроизводит процессы дилатансии и контракции, характерные для дискретных сред.

Все это позволяет уточнить результат геотехнического расчета и, в конечном итоге, повысить надежность сооружения и снизить стоимость проектных решений.

Риски для клиентов, если подрядчик выполняет расчеты "недобросовестно"

Не следует доверять “слишком хорошим” результатам. В случае фальсификации результатов, представленные в отчете результаты обычно идеально соответствуют теоретическим зависимостям, отклонения минимальны, статистическая достоверность на высоте. 

Основной риск для Заказчика - потеря вложенных средств: результат расчета не будет отличаться от “нормативного”, а стоимость изыскательских работ увеличится (от 150 до 300 тыс. руб на один ИГЭ, для среднестатистического площадного объекта).

В каких случаях используется модель упрочняющегося грунта Hardening Soil

Наиболее эффективно применение модели в задачах с глубокими котлованами и большим количеством этапов расчета, где напряженное состояние постоянно меняется. Модель позволяет учитывать изменение жесткости при изменении уровня напряжений, что особенно важно при расчете влияния нового строительства на существующую застройку.

Модель успешно применяется при расчетах свайных фундаментов, ограждающих конструкций котлованов, анкерных креплений и прочих конструкций, в которых преобладают деформации сдвига и образуются пластические зоны. Возможность учета упрочнения позволяет более корректно оценить несущую способность подобных элементов.

Подготовка к началу работ в СТРОЙТЕХ

Выбор расчетной модели для каждого ИГЭ осуществляется проектировщиком после ознакомления с результатами первого этапа инженерно-геологических изысканий и выбора предварительных проектных решений. Определение параметров нелинейных моделей (в частности Hardening Soil) наиболее эффективно проводить на втором этапе инженерных изысканий.

В Техническом задании на второй этап изысканий указывается дополнительное выполнение лабораторных испытаний для отдельных ИГЭ для определения параметров модели Hardening Soil, а также список параметров с указанием методов определения:

• параметры прочности - угол внутреннего трения  и удельное сцепление с - определяются по результатам испытаний трехосного сжатия, но могут приниматься и по ранее выполненным работам. Необходимо указывать схему испытания (консолидированно-дренированное, консолидированно-недренированное, неконсолидированно-недренированное) в зависимости от предполагаемого режима работы основания под сооружением;
• параметр сдвиговой жесткости E50ref, параметры разгрузки Eurref и νur, и угол дилатансии ψ, определяемые в ходе испытаний трехосного сжатия в консолидированно-дренированном режиме;
• параметр объемной жесткости Eoedref, определяемый в ходе испытаний компрессионного сжатия;
• степенные показатели зависимости жесткости от уровня напряжений m, определяемые по результатам трехосных и компрессионных испытаний. Предпочтительно указывать определение этого параметра двумя способами (по различным видам испытаний), а в дальнейшем расчете использовать тот, который больше соответствует условиям работы основания (преобладание сдвиговых либо объемных деформаций);
• опорное давление pref, определяемое как минимальное горизонтальное давление для ИГЭ (то есть горизонтальное давление в верхней точке кровли). Эту величину можно определить предварительным численным расчетом, либо на основании вертикального давления по СП 22.13330.2016 с использованием предварительных значений коэффициента бокового давления K0, принимаемых по литературным данным. В любом случае, эта величина должна быть указана в Техническом задании, так как расчет напряженного состояния основания вне компетенции изыскательской организации;
• коэффициент переуплотнения OCR либо давление предуплотнения POP, определяемые в ходе испытаний компрессионного сжатия;
• коэффициент бокового давления K0nc, определяемый непосредственным испытаниям (в камерах трехосного сжатия типа Б), либо по эмпирическим методикам.
• дополнительно могут определяться прочность на растяжение σtension, приращение сцепления с глубиной cinc и критический коэффициент пористости ecrit, однако данные параметры не оказывают существенного влияния на результат расчета.

Количество частных определений каждого параметра должно соответствовать требованиям ГОСТ 20522 и СП 22.13330.2016, то есть не менее 6 частных значений для каждого параметра. Необходимо отметить, что нормативных документов, позволяющих определять данные параметры, в РФ не разработано, в связи с чем Заказчик должен либо предоставить Исполнителю методику интерпретации результатов, либо заказать разработку такой методики Исполнителю, что является отдельным сметным пунктом. Методика обычно включается в программу работ, которая утверждается Заказчиком.

Как проводится этап лабораторных исследований для определения параметров Hardening Soil Model

Фактически, сами лабораторные испытания выполняются в полном соответствии с требованиями соответствующих ГОСТ и не имеют каких-либо особенностей. Отличия возникают только на этапе интерпретации результатов. Порядок выбора начальных условий опыта, проведения испытания и предварительной обработки не отличается от стандартных испытаний, но полученные экспериментальные зависимости интерпретируются иначе. 

Параметры модели могут определяться в грунтовой лаборатории (хотя это, строго говоря, некорректно, так как подобная интерпретация результатов выполняется для ИГЭ в целом, а не для единичных образцов и, таким образом, относится к камеральным работам). Тогда в протоколе испытания должны быть дополнительно отражены все определенные по конкретному опыту значения параметров. Более корректным является определение параметров камеральным отделом изыскательской организации на основании стандартных протоколов.

В каких программах производятся геотехнические расчеты

Сейчас модель Hardening Soil реализована в программных комплексах:

• PLAXIS;
• MIDAS GTS NX;
• Z-Soil.

В СТРОЙТЕХ для расчетов мы также используем эти три основные программы.

Однако, учитывая, что само название “Hardening Soil” является скорее товарным знаком, в прочих программных комплексах могут присутствовать под другими названиями аналогичные модели, полностью или частично воспроизводящие функциональные возможности Hardening Soil и использующие тот же набор параметров. Что касается определения параметров модели, то она может выполняться средствами MS Office.

Модуль для интерпретации результатов испытаний реализован в программном комплексе EngGEO, широко применяемом изыскательскими организациями. В расчетном комплексе PLAXIS также имеется модуль оптимизации, позволяющий производить подбор оптимальных значений параметров для набора загруженных экспериментальных кривых.

Результаты работ в СТРОЙТЕХ

Результат работ - сводная таблица, содержащая набор параметров модели для каждого из назначенных ИГЭ.
Результаты работ передаются Заказчику в составе отчета по результатам второго этапа ИГИ.

Обычно параметры моделей приводятся в виде отдельной сводной таблицы, а текст отчета содержит дополнительную главу с пояснениями по интерпретации результатов и частными значениями параметров. В качестве приложения к отчету приводится программа работ, содержащая методику интерпретации результатов.

Этапы нашей работы

Наименование работ	Единица измерения	Стоимость, руб.	Примечание
Модель Hardening Soil
Модель Hardening Soil	геологический элемент	от 140 000	Стоимость рассчитывается по СБЦ на лабораторные испытания и на основе результатов испытаний производятся дополнительные расчеты модели упрочняющегося грунта. В зависимости от объемов возможны скидки