CC BY
198
основания и фундаменты, подземные сооружения. механика грунтов
УДК 550.8.055 Б01: 10.22227/1997-0935.2018.6.697-708
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ВЕРИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ СЛАБОГО ГРУНТА С УЧЕТОМ ПОЛЗУЧЕСТИ
А.З. Тер-Мартиросян, В.В. Сидоров, Л.Ю. Ермошина
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Предмет исследования: приводится методика по оптимизации параметров модели слабого грунта с учетом ползучести с использованием программного геотехнического комплекса PLAXIS 3D. Проведено сравнение результатов лабораторных испытаний грунтов с результатами моделирования в программном комплексе, описан процесс оптимизации получаемых в лаборатории параметров для использования в программных комплексах, а также дано описание процесса тестирования полученных параметров на адекватность поведения (приближение к поведению в процессе испытаний). Полученная методика актуальна для применения в геотехнических расчетах.
Цели: описание методики по оптимизации параметров модели слабого грунта с учетом ползучести с использованием программного геотехнического комплекса PLAXIS 3D. Сравнительный анализ полученных результатов лабораторных испытаний грунтов с результатами моделирования в программном комплексе.
Материалы и методы: при описании методики оптимизации параметров модели слабого грунта с учетом ползучести были использованы численные методы решения. Лабораторные исследования грунтов были проведены на сертифицированном оборудовании в соответствии с действующими сводами правил, а расчет с помощью численных методов был выполнен на сертифицированном программном комплексе PLAXIS 3D.
Результаты: представленная методика оптимизации параметров модели слабого грунта с учетом ползучести позволяет оценить степень корректности симуляции поведения грунтового массива в программном комплексе по отношению к поведению реального грунта в лабораторных приборах. Это необходимо при применении в геотехнических расчетах, так как для проектировщиков и расчетчиков очень важно знать, насколько поведение грунта при моделировании в программном комплексе будет приближено к поведению грунта в процессе реальных испытаний. Выводы: приведенный сравнительный анализ и предложенная методика оптимизации параметров модели слабого грунта с учетом ползучести получены из практического опыта работ по определению параметров описываемой модели грунта и применению ее для геотехнических расчетов напряженно-деформированного состояния оснований проектируемых и строящихся зданий и сооружений.
КЛЮчЕВыЕ СЛОВА: оптимизация, моделирование, тестовые задачи, модель слабого грунта с учетом ползучести, компрессионные испытания, симуляционные испытания, оптимизированные параметры, результирующие кривые, поведение грунта, сравнительный анализ
ДЛЯ ЦИТИ РОВАНИЯ: Тер-Мартиросян А.З., Сидоров В.В., Ермошина Л.Ю. Определение и верификация параметров модели слабого грунта с учетом ползучести // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 6 (117). С. 697-708. Э01: 10.22227/1997-0935.2018.6.697-708
DETERMINATION AND VERIFICATION OF PARAMETERS e
OF THE SOFT SOIL MODEL WITH ACCOUNT FOR CREEP T __x
A.Z. Ter-Martirosyan, V.V. Sidorov, L.Yu. Ermoshina K
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), §
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation T
--O
y
Subject: a technique for optimizing parameters of the soft soil model with account for creep (soft Soil Creep model) using the H
PLAXIS 3D geotechnical software package is presented. The results of laboratory tests of soils are compared with the results O
of modeling in the software package, the process of optimizing the parameters obtained in the laboratory for use in software 2
systems is described, and description of the process of testing the obtained parameters for adequacy (approximation to the ^ behavior in the process of testing) is given. The obtained technique is relevant for application in geotechnical calculations.
Research objectives: description of the technique for optimizing parameters of the soft soil model with creep taken into QO
account using the PLAXIS 3D geotechnical software package; comparative analysis of the obtained results of laboratory £ tests of soils with simulation results in the software package.
Materials and methods: when describing the technique for optimizing parameters of the soft soil model, taking into account the creep, numerical methods of solution were used. Laboratory studies of soils were carried out on certified equipment in
accordance with the current set of regulations, and the numerical calculations were performed on a certified PLAXIS 3D 6 software package.
Results: the technique presented in the article on optimization of parameters of the soft soil model, taking into account the
creep, allows us to estimate the degree of correctness of the soil massif behavior simulation in the software package relative 7
to the behavior of the real soil in laboratory setup. This is necessary when this technique is used in geotechnical calculations, ^
< О
© А.З. Тер-Мартиросян, В.В. Сидоров, Л.Ю. Ермошина
697
since it is very important for designers and analysists to know how well the soil behavior modeled with the software system can approximate the behavior of the soil during actual testing.
Conclusions: the conducted comparative analysis and the proposed technique for optimizing parameters of the soft soil model with allowance for creep are obtained from the practical experience of works carried out for determining parameters of the described soil model and applying this model for geotechnical analysis of the stress-strain state of the bases of buildings and structures, being designed and under construction.
KEY WORDS: optimization, modeling, test problems, soft soil model taking creep into account, compression tests, simulation tests, optimized parameters, resulting curves, soil behavior, comparative analysis
FOR CITATION: Ter-Martirosyan A.Z., Sidorov V.V., Ermoshina L.Yu. Opredelenie i verifikatsiya parametrov modeli slabogo grunta s uchetom polzuchesti [Determination and verification of parameters of the soft soil model with account for creep]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 6 (117), pp. 697-708. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.6.697-708
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время численные методы расчетов прочно вошли в геотехническую практику и широко применяются при обосновании проектов как нового строительства, так и реконструированных объектов. С их помощью могут решаться сложнейшие вопросы оценки напряженно-деформированного состояния основания, подземных и надземных конструкций в любой стадии производства работ [1]. В связи с этим, расчет таких объектов ведется в специализированных программных комплексах. Существует большое количество различных программных комплексов, таких как Z-Soil, MIDAS, FLAC, ABAQUS и др. При описании данной методики по оптимизации параметров модели слабого грунта с учетом ползучести использовался программный геотехнический комплекс PLAXIS 3D.
Определение входных параметров грунта очень важно и необходимо для отражения реальной работы основания геотехнических сооружений [2]. Стоит отметить, что в последнее время уделяется Р серьезное внимание вопросам исследования реоло-т- гических свойств глинистых грунтов [3-9]. Глини-w стые грунты, которые служат основанием, средой <0 или материалом для возведения самых различных инженерных сооружений (гражданских, промыш-^ ленных, гидротехнических, транспортных и т.д.), 2 обладают ярко выраженными реологическими IQ свойствами: ползучестью (длительной деформи-РО руемостью), релаксацией напряжений (снижением напряжений во времени при постоянной деформа-q ции) и длительной прочностью (изменяемостью Н прочности под действием длительно действующих постоянных напряжений) [10-12]. Реологические свойства глинистых грунтов в природе проявляют-2 ся в виде длительно протекающих осадок, смеще-£ ний и кренов сооружений, пластических оползней, разрушений склонов и откосов сооружений из грун-jj товых материалов (плотин, дамб, дорожных насы-Ф пей, выемок и т.д.) [13, 14]. Неучет реологических ®® свойств глинистых грунтов при проектировании
фундаментов, ограждающих конструкций, возведенных на этих грунтах, в их среде или же из них, может стать причиной ошибок оценки развития осадок и смещений, изменения напряженно-деформированного состояния подземных (фундаментных) и надземных конструкций сооружений — нарушения их нормальных эксплуатационных условий и разрушения. Важным является тот факт, что неучет реологических свойств глинистых грунтов, как правило, приводит к значительному увеличению стоимости строительства в долгосрочной перспективе из-за необходимости реконструкции сооружений или ликвидации аварийных ситуаций.
Для того чтобы обеспечить прочность, надежность и долговечность инженерных сооружений, которые взаимодействуют с глинистыми грунтами или которые возведены из них, а также максимально снизить стоимость строительства при возведении ограждающих конструкций, необходимо учитывать ползучесть, релаксацию напряжений, длительную прочность при проектировании, возведении и эксплуатации. С этой целью должны быть исследованы реологические свойства глинистых грунтов в условиях, предельно близких к условиям их работы в основании или в теле сооружения с учетом влияющих на них многочисленных факторов, как для получения полных данных об их свойствах, так и для построения экспериментально обоснованных теорий ползучести и прочности.
В связи с этим могут возникать такие ситуации, когда результаты, полученные при проведении лабораторных испытаний грунтов, не принимаются программными комплексами, выдаются ошибки, предлагаются рекомендации по изменению параметров в сторону увеличения или уменьшения.
Проведение оптимизации параметров модели слабого грунта c учетом ползучести, полученных в результате лабораторных испытаний для сравнения и корректировки этих параметров, исходя из степени приближения модельных испытаний с лабораторными испытаниями, можно выполнить в подпрограмме Soil test, заложенной в программ-
ный геотехнический комплекс PLAXIS. Используя «Soil test», производится моделирование компрессионных испытаний на основе вводимых параметров грунта и исходных данных об испытании (точки графиков испытаний для построения лабораторных кривых, параметры нагружения).
обзор литературы
При строительстве на слабых основаниях либо при передаче значительных нагрузок на переуплотненные грунты осадки вследствие ползучести могут быть значительными и требуют прогноза. С этой целью была разработана модель слабого грунта, учитывающая ползучесть (Soft Soil Creep — SSC).
Анализ научной литературы в данной области показал, что оптимизация параметров моделей была описана в работе Г.Г. Болдырева, А.Ю. Муйземнека и Д.В. Арефьева [15]. Авторы работы разработали компьютерные модели и осуществили моделирование процессов испытаний грунтов в программе LS-DYNA, а идентификация параметров модели грунта FHWA была выполнена в программе LS-OPT. В работе показано содержание основных этапов идентификации параметров модели песка. Однако данная методика может быть использована не только для сыпучих грунтов, а также для других моделей материалов, в том числе связных и крупнообломочных. Применение программного обеспечения ИВК АСИС и рассмотренной методики идентификации параметров моделей грунта позволяет более достоверно назначать параметры, применяемые при расчете напряженно-деформированного состояния оснований зданий и сооружений [16].
Подобными исследованиями занимались Р.В. Мельников и Р.Х. Сагитова [17]. Ими был рассмотрен процесс поэтапной калибровки параметров данной модели в подпрограмме SoilTest программы Plaxis на основании результатов лабораторных испытаний. Авторами работы было установлено, что для достоверного описания реального поведения грунта необходимо проводить калибровку параметров модели, а также была предложена последовательность проведения работ по калибровке параметров модели на основании значимости параметров при имитации лабораторного испытания. Проведенное авторами исследование показало, что достоверное определение параметров зависит от начального напряженного состояния. Первоначально необходимо проводить имитацию трехосных испытаний, а после имитацию компрессионных испытаний. Было установлено, что эффективный угол дилатансии не является значимым при имитации ни трехосных, ни компрессионных испытаний. Однако параметры модели, прошедшие калибровку, позволяют с высокой степенью достоверности описывать трехосные и компрессионные испытания, обеспечивая достоверность при решении реальных геотехнических задач [17].
При использовании модели слабого грунта с учетом ползучести используется следующий набор исходных параметров грунта для задания в программном комплексе: c — сцепление; ф — угол трения; ¥ — угол дилатансии; k — модифицированный коэффициент разбухания; X* — модифицированный коэффициент сжимаемости; д* — модифицированный коэффициент ползучести; vr — коэффициент Пуассона для разгрузки/повторного нагружения; K0"c — ст^/ коэффициент бокового давления грунта в условиях нормального уплотнения; M — параметр наклона линии критического состояния, зависящий от K"0c [18-21].
Для определения параметров модели SSC необходимо дополнительное проведение длительных испытаний на консолидацию. Данная модель может применяться для оснований, сложенных грунтами с выраженной ползучестью скелета (слабые водона-сыщенные глинистые грунты) [22-25].
материалы и методы
Предлагаемая методика основана на решении тестовых задач для модели слабого грунта.
В целом оптимизация состоит из последовательного выполнения следующих этапов:
1. Обработка протоколов прямых лабораторных испытаний, построение предварительных графиков для оценки сходимости кривых, чтобы в последующих расчетах использовать только те кривые, которые не имеют кардинальных различий в поведении, а также приведение информации в удобный для ввода в подпрограмму вид. Компрессионные испытания записываются в виде двух столбцов, в первом из которых вертикальное напряжение с , во втором — осевая (вертикальная) деформация — е
Наборы данных для симуляции компрессионных испытаний должны быть представлены в фор- ^ мате текстового документа (.txt). ф
2. Задание в программе PLAXIS во вкладке т Materials набора исходных данных, которые были получены в результате обработки прямых лабора- К торных испытаний грунтов. 2
3. Задание параметров симуляционного испы- ^ тания (компрессионного) в подпрограмме Soil test. Ч
Для компрессионного испытания требуется задание вертикального напряжения Stress inc, кН/м2. ^ После задания этого параметра, программа строит 1 ряд кривых, описывающих поведение грунта при W заданных характеристиках.
4. Задание границ возможного (ожидаемого) ^ изменения оптимизируемых параметров во вкладке Select parameters (могут быть оптимизированы все Ч параметры или только некоторые из них).
5. На вкладке Select curves загружаются подго- 1 товленные текстовые документы с набором данных 7 для симуляции компрессионных испытаний.
6. На вкладке Settings в строке Intensity of search (интенсивность поиска) выбирается степень точности проведения расчета.
7. После проведения всех указанных операций программа подбирает корректные параметры из указанного диапазона значений.
8. Во вкладке Resulting parameters программа показывает значения оптимизированных параметров и степень влияния каждого оптимизируемого параметра на результаты.
9. Во вкладке Resulting charts можно посмотреть результирующие кривые: симуляционная кривая (строится подпрограммой по заданным параметрам, полученным по результатам моделирования с помощью алгоритмов подпрограммы), лабораторная кривая (строится по данным реальных испытаний образца в лаборатории) и оптимизационная кривая. Целью подпрограммы является на основании лабораторной и симуляционной кривых построить оптимизационную кривую, которая имела бы большую степень сходимости с целевой (лабораторной) кривой, чем с симуляционной. Если оптимизация удается, то программа выдает корректированный набор параметров грунта.
После проведения процесса оптимизации параметров грунта нужно переходить к моделированию процесса компрессионных испытаний в программном комплексе PLAXIS 3D.
Моделирование процесса компрессионного испытания. Для описания компрессионного испытания выбирается кривая зависимости вертикаль-
ных напряжений от вертикальной деформации £уу. С помощью этой кривой определяют одометри-ческий модуль деформации Е™^.
Испытываемый образец был представлен в модели в виде цилиндрического сплошного массива (объема) диаметром 87 мм и высотой 25 мм. На верхней грани цилиндра прилагалась вертикальная нагрузка на образец. На боковой поверхности задавались граничные условия, при которых невозможно боковое расширение образца, однако вертикальные деформации реализуются в полной мере.
результаты исследования
Для верификации методики определения параметров модели слабого грунта с учетом ползучести были выбраны результаты испытаний, выполненные для двух различных инженерно-геологических элементов (ИГЭ). Были обработаны их исходные протоколы для более удобного представления в виде кривых «вертикальные напряжения — вертикальные деформации». Для каждого ИГЭ были обработаны несколько компрессионных испытаний для определения наличия результатов, сильно выбивающихся из общего тренда значений. После этого происходило сравнение результатов численного моделирования компрессионных испытаний и реальных лабораторных испытаний грунтов.
Параметры модели, полученные по результатам прямых лабораторных испытаний и оптимизированные параметры грунта, представлены в табл. 1.
(О X
о >
с
10
<0
2 о
н >
О
X S I h
О ф
Рис. 1. Результирующие кривые во вкладке Resulting charts Figure 1. Resulting curves under the Resulting charts tab
[*10-3m]
Minimum value = -1,013*10"3 m (Element 21152 at Node 3335)
Рис. 2. Расчетная конечно-элементная модель образца грунта в компрессионных условиях, загруженного сверху, и изо-поля вертикальных перемещений в образце модельного грунта после симуляции компрессионного испытания Figure 2. Finite element model of the soil sample under conditions of compression, loaded from the top, and isofields of vertical displacements in the modeled soil sample after simulation of the compression test
Рис. 3. Кривая зависимости вертикальных напряжений от вертикальных деформаций при моделировании компрессионных испытаний у
Figure 3. The curve of dependence of vertical stresses on vertical deformations in the modeling of compression tests К
л
6
Табл. 1. Нормативные значения параметров модели для рассматриваемых ИГЭ, полученных по результатам прямых лабораторных испытаний, и оптимизированные параметры ИГЭ
Table 1. The normative values of the model parameters for the considered EGEs, obtained from the results of direct laboratory tests, and the optimized parameters of the EGE
E
О
ИГ of e
В ft
s ^ н н
Й
e o
^ * ь
о К ft H £ ffoO »о О
JESL ад <u
о
Й
e o
<S
я » о *
ft w
H
o^o
s as
й
e o
s к ти cr
u тз ¥ 2
1° g s
> §
n йй
^ s
Sc3
о
a 'a а un
| <8
£ 1 с 3
ей
к ад S о
■©! О
гл
m .й
Л ° W ем
л
авл
д
о в о к о б нт ен
m
о
«
a
унта ру
U i—I
a
ен g« ft
ад
ft^ Яо Со м
5
О
ад
Е У s о
ё -2
р
е п нт ен
at d
S
m ад о > « О
ад ад
в
" Я о ^
и й > <
а
=
к
ИГЭ-546 Лаб. / EGE-546 Lab
0,0174
0,00189
0,000687
0,383
0,587
2,04
36
ИГЭ-546 Опт. / EGE-546 Opt.
0,0150
0,00189
0,000843
0,352
0,732
1,795
36
ИГЭ-533 Лаб. / EGE-533 Lab.
0,0251
0,0016
0,00029
0,230
0,361
2,82
23
28
ИГЭ-533 Опт. / EGE-533 Opt.
0,0375
0,0016
0,000082
0,409
0,969
3,83
23
28
1
5
0
1
5
0
1
0
0
1
В процессе проведения численных расчетов были использованы эти данные, а также параметры, полученные в результате проведенной оптимизации с помощью встроенного модуля PLAXIS Soil test.
Анализ полученных результатов. На рис. 4-7 представлено сравнение результатов си-муляционных испытаний, проведенных с помощью ПК PLAXIS 3D с набором исходных и оптимизированных параметров и результатов лабораторных испытаний нескольких образцов для двух ИГЭ, ото-Р бранных с близких глубин. По положению графиков т- можно отметить хорошую сходимость результатов. w Однако можно заметить существенное различие <0 в поведении компрессионных кривых по образцам, ¡^ находящихся на близких глубинах. ^ Модельная кривая Plaxis (лабораторные пара-2 метры) имеет низкую сходимость с результатами IQ прямых лабораторных испытаний (компрессионные РО испытания ИГЭ-546, ИГЭ-533; испытания на консолидацию ИГЭ-533). На рис. 4 видно, что модель-q ная кривая проходит ниже всех лабораторных криН вых, а на рис. 6, 7 модельная кривая расположилась выше всех лабораторных кривых.
Однако результаты симуляции испытаний на 2 консолидацию для ИГЭ-546 с использованием ис-X ходных данных модели (Plaxis (лабораторные параметры)) показали хорошую сходимость с лаборатор-jj ными кривыми.
Ф Кривые, полученные по оптимизационным параметрам (Plaxis (оптимизированные параметры)),
полученным из подпрограммы Soil test, имеют наилучшую сходимость со всей «пачкой» лабораторных кривых для всех ИГЭ, поэтому можно предположить, что они описывают среднее поведение материала под нагрузкой.
Проведенное сравнение позволяет говорить о положительных результатах верификации полученных в лаборатории результатов, найденных в соответствии с методикой определения параметров модели, и о пригодности их для использования в программных комплексах, реализующих эту модель.
На основании проведенного исследования можно дать следующие рекомендации:
1. Степень корректности оптимизации определяется самим расчетчиком, который анализирует полученные кривые, им же принимается решение о том, стоит ли применять для расчетов исходные параметры или оптимизированный их набор. Это связано с тем, что оптимизация с помощью подпрограммы Soil test не всегда способна решить поставленную задачу в целом или решить ее корректно. Возникают случаи, когда набор вводимых параметров вызывает ошибки в решении и не приводит к результатам. Или же возможны случаи, когда оптимизационная кривая имеет худшую сходимость с целевой кривой, чем с симуляционной, что говорит о неудачном ходе решения подпрограммы.
2. Использование процесса оптимизации также позволяет выявить и отсеять неудачные и выбива-
ИГЭ-546 (компрессионные испытания) / EGE-546 (compression tests)
17,1-17,25-1
17,1-17,25-2
17,1-17,25-3
18,0-18,2-1
18,0-18,2-2
18,0-18,2-3
Осредненная кривая/ Average curve
Plaxis
(лабораторные параметры) / Plaxis (laboratory parameters)
Plaxis (оптимизированные параметры) / Plaxis (optimized
Вертикальное напряжение, кПа / Vertical stress, kPa parameters)
Рис. 4. Сравнение кривых, полученных по результатам лабораторных испытаний (указаны глубины отбора образцов), численного моделирования с использованием исходных параметров грунта (Plaxis (лабораторные параметры)) и оптимизированных параметров (Plaxis (оптимизированные параметры))
Figure 4. Comparison of the curves obtained from the results of laboratory tests (the depth of sampling is indicated), numerical modeling using the initial soil parameters (Plaxis (laboratory parameters)) and the optimized parameters (Plaxis (optimized parameters))
ИГЭ-546 (консолидация) / EGE-546 (consolidation)
0,02
1,2
-0,2
ft о
u
ft u
m
Время, сутки / Time, days
17,1-17,25-1
17,1-17,25-2
17,1-17,25-3
18,0-18,2-1
18,0-18,2-2
18,0-18,2-3
Осредненная по трем кривым (1, 4, 6) / Average of three curves (1, 4, 6)
Plaxis (лабораторные параметры) / Plaxis (laboratory parameters)
Plaxis (оптимизированные параметры) / Plaxis (optimized parameters)
Рис. 5. Сравнение кривых, полученных по результатам лабораторных испытаний (указаны глубины отбора образцов), численного моделирования с использованием исходных параметров грунта (Plaxis (лабораторные параметры)) и оптимизированных параметров (Plaxis (оптимизированные параметры)) в режиме консолидации
Figure 5. Comparison of the curves obtained from the results of laboratory tests (the depth of sampling is indicated), numerical modeling using the initial soil parameters (Plaxis (laboratory parameters)) and the optimized parameters (Plaxis (optimized parameters)) during consolidation
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
0 2
1
(д)
В
г
3
у
о *
ИГЭ-533 (компрессионные испытания) / EGE-533 (compression tests)
0,02
Вертикальное напряжение, кПа / Vertical stress, kPa
9,7-9,85-1
9,7-9,85-2
9,7-9,85-3
11,0-11,25-1
11,0-11,25-2
11,0-11,25-3
Осредненная кривая / Average curve
Plaxis (лабораторные параметры) / Plaxis (laboratory parameters)
Plaxis (оптимизированные параметры) / Plaxis (optimized parameters)
Рис. 6. Сравнение кривых, полученных по результатам лабораторных испытаний (указаны глубины отбора образцов), численного моделирования с использованием исходных параметров грунта (Plaxis (лабораторные параметры)) и оптимизированных параметров (Plaxis (оптимизированные параметры))
Figure 6. Comparison of the curves obtained from the results of laboratory tests (the depth of sampling is indicated), numerical modeling using the initial soil parameters (Plaxis (laboratory parameters)) and the optimized parameters (Plaxis (optimized parameters))
(O X
о >
с во
M ^
S о
H >
О
X
s
I h О Ф tû
ющиеся из общей «пачки» кривые, которые могли быть получены ошибочно или из-за большой неоднородности свойств грунтов в пределах одного ИГЭ. Это выполняется путем загрузки в подпрограмму Soil test всего набора выполненных испытаний. Подпрограмма выполнит оптимизацию и построит кривые для каждой лабораторной кривой. Если для большинства кривых оптимизационная кривая вышла на высокую сходимость по сравнению с симуляционной кривой, а по одному или двум испытаниям такого не произошло, то стоит поставить вопрос о выявлении причин больших различий в испытаниях и, возможно, об отбраковке таких результатов.
3. Если все-таки произошла отбраковка плохих результатов, которые имеют плохую сходимость по сравнению с симуляционными кривыми, то по остальным кривым, которые имеют высокую сходимость, стоит повторно произвести оптимизацию параметров без учета отбракованных кривых или выполнить их осреднение до одной общей кривой.
4. При оптимизации всех кривых, которые имеют хорошую сходимость и при оптимизации ос-редненной кривой может быть небольшая разница при получении оптимизационных параметров, ина-
че может получиться один и тот же результат, если кривые были близко расположены друг к другу.
5. Для получения более корректного результата стоит производить осреднение всех кривых, которые имели высокую сходимость до одной общей кривой.
ВЫВОДЫ
Обобщая результаты настоящего исследования, можно сделать следующие основные выводы:
1. Для верификации был применен метод прямого моделирования выполненных в лаборатории испытаний для модели слабого грунта с учетом ползучести. Для моделирования был применен программный геотехнический комплекс PLAXIS 3D.
2. Было проведено сравнение полученных результатов лабораторных испытаний по различным схемам с результатами моделирования в программном комплексе с различными наборами данных. Исходный набор параметров для грунта, полученный при обработке лабораторных испытаний, не всегда позволял получить кривые, имеющие хорошую сходимость с лабораторными кривыми, которые отражают поведение естественного грунта (целевые
ИГЭ-533 (консолидация) / EGE-533 (consolidation)
0,02
Время, сут. / Time, days
0,5 g
d
"сЗ
-к
e
>
р
о
е
р
е В
0,16
9,7-9,85-1
9,7-9,85-2
9,7-9,85-3
11,0-11,25-1
11,0-11,25-2
■ 11,0-11,25-3
Осредненная кривая/ Average curve
Plaxis
(лабораторные параметры) / Plaxis (laboratory parameters)
Plaxis (оптимизированные параметры) / Plaxis (optimized parameters)
Рис. 7. Сравнение кривых, полученных по результатам лабораторных испытаний (указаны глубины отбора образцов), численного моделирования с использованием исходных параметров грунта (Plaxis (лабораторные параметры)) и оптимизированных параметров (Plaxis (оптимизированные параметры)) в режиме консолидации
Figure 7. Comparison of the curves obtained from the results of laboratory tests (the depth of sampling is indicated), numerical modeling using the initial soil parameters (Plaxis (laboratory parameters)) and the optimized parameters (Plaxis (optimized parameters)) during consolidation
кривые). К тому же не всегда исходный набор параметров мог быть использован непосредственно для введения в программу из-за технических ограничений на соотношение последних, накладываемых самой программой.
3. Для улучшения качества сходимости симу-ляционных кривых с целевыми кривыми применялся метод оптимизации параметров модели с помощью подпрограммы Soil test, входящей в комплекс PLAXIS. В большинстве случаев это позволило добиться хорошей и отличной сходимости с целевыми кривыми.
4. Для повышения степени сходимости характера поведения модельных грунтов в симуляциях, проводимых с помощью специализированных программных комплексов, а также для исключения технических ошибок при приеме исходных данных из лаборатории расчетными программами рекомендуется применять методику оптимизации параметров, описанную в работе, или переходить к прямой верификации испытаний при использовании параметров грунтов для проектирования и расчета оснований зданий и сооружений повышенной степени ответственности и уникальных.
ЛИТЕРАТУРА
1. Численные методы расчетов в практической геотехнике : сб. ст. междунар. науч.-техн. конф., СПбГАСУ. СПб. : СПбГАСУ, 2012. 396 с.
2. Тер-Мартиросян А.З., Мирный А.Ю., Сидоров В.В. Лабораторные испытания в МГСУ // Инженерные изыскания. 2013. № 8. С. 60-65.
3. Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Кальберге-нов Р.Г. др. Реологические свойства глинистых грунтов // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. № 6. С. 41-51.
00
Ф
0 т
1
S
*
о
У
Т
о 2
(л)
В
г
3 У
о *
№
(О
X
О >
с
10
<0
2 о
н >
О
X S I h
О ф
4. Безволев С.Г. Первичная и вторичная консолидация грунтов. Реологические модели и практика расчетов // Геотехника. 2011. № 1. С. 21-47.
5. Vermeer P.A., Neher H. A soft soil model that accounts for creep // Beyond 2000 in Computational Geotechnics / R.B.J. Brinkgreve. Balkema, Rotterdam. 1999. Pp. 249-261.
6. Kempfert H.-G., Gebreselassie B. Excavations and foundations in Soft Soils // Excavations in Soft Soils. 2006. Pp. 1-576.
7. Yin Z.-Y., Chang C.S., Hicher P.-Y., Kars-tunen M. An anisotropic elastic-viscoplastic model for soft clay // International Journal of Solids and Structures. 2010. Vol. 47. No. 5. Pp. 665-667.
8. Lei H.-Y., Lu H.-B., Ren Q., Wang X.-C. Research on microscopic mechanism of accelerated creep of soft clay under vibration loads // Yantu Lixue. 2017. Vol. 38. No. 2. Pp. 309-316 and 324.
9. Yin Z.-Y., HuangH.-W., Jin Y.-F., Shen S.-L. An efficient optimization method for identifying parameters of soft structured clay by an enhanced genetic algorithm and elastic-viscoplastic model // Acta Geotechnica. 2017. Vol. 12. No. 4. Pp. 849-867.
10. Sekiguchi H. Rheological characteristics of clays // Proceedings of the 9th ICSMFE. Tokyo. 1977. Vol. 1. Pp. 289-292.
11. Murayama S., Shibata T. Flow and stress relaxation of clays // I.U.T.A.M. Symposium on Rheology and Soil Mechanics. Grenoble. 1966. Pp. 99-129.
12. BhatD.R., Bhandary N.P., Yatabe R. Residualstate creep behavior of typical clayey soils // Natural Hazards. 2013. Vol. 69. No. 3. Pp. 2161-2178.
13. Васенин В.А., Астафьева Е.Д. Учет реологических свойств грунтов при расчете осадок зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2012. № 1. С. 1-21.
14. BurlandJ.B. Deformation of soft clay: dissertation. Cambridge University, 1967.
15. Болдырев Г.Г., Арефьев Д.В., Муйзем-никА.Ю. Идентификация параметров моделей грунтов. Режим доступа: http://docplayer.ru/68796939-Identifikaciya-parametrov-modeley-gruntov-boldyrev-
Поступила в редакцию 22 мая 2017 г. Принята в доработанном виде 13 июня 2017 г. Одобрена для публикации 29 мая 2018 г.
Об авторах: Тер-Мартиросян Армен Завенович — доктор технических наук, профессор кафедры механики грунтов и геотехники, руководитель научно-образовательного центра «Геотехника», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Сидоров Виталий Валентинович — кандидат технических наук, доцент кафедры механики грунтов и геотехники, научный сотрудник научно-образовательного центра «Геотехника», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; [email protected];
Ермошина любовь Юрьевна — инженер научно-образовательного центра «Геотехника», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шосе, д. 26; [email protected].
g-g-arefev-d-v-muyzemnik-a-yu-ooo-npp-geotek-annotaciya.html#show_full_text.
16. Муйземнек А.Ю., Болдырев Г.Г., Арефьев Д.В. Идентификация параметров моделей грунтов // Инженерная геология. 2010. № 3. C. 38-43.
17. Мельников Р.В., Сагитова Р.Х. Калибровка параметров модели Hardening Soil по результатам лабораторных испытаний в программе SoilTest // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2016. № 3. C. 79-83.
18. Мирный А.Ю., Тер-Мартиросян А.З. Области применения современных механических моделей грунтов // Геотехника. 2017. № 1. C. 20-26.
19. Офрихтер В.Г., Офрихтер Я.В. Прогноз напряженно-деформированного состояния твердых бытовых отходов с использованием модели слабого грунта // Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 82-92. DOI: 10.22227/1997-0935.2014.9.82-92
20. Коршунов А.А. Определение параметров модели Soft Soil Creep в PLAXIS по результатам исследования песчано-глинистых отходов обогащения кимберлитовых руд месторождения алмазов // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2013. № 1. С. 136-143.
21. Brinkgreve R.B.J., Engin E, Swolfs W.M. Plax-is 3D. Руководство пользователя. СПб. : ООО «НИП-Информатика», 2011.
22. Konovalov P.A., Bezvolev S.G. Analysis of results of consolidation tests of saturated clayey soils // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2005. Vol. 42. No. 3. Pp. 81-85.
23. Yin C., Wang M. Stability control and consolidation sedimentation analysis on soft soil foundation subjected to surcharge preloading treatment // Acta Technica CSAV (Ceskoslovensk Akademie Ved). 2016. Vol. 61. No. 4. Pp. 95-108.
24. Ohta H., Hata S. Immediate and consolidation deformations of clay // Proc. of the 8th International Conference on the Soil Mechanics & Foundations Engineering. Moscow, 1973. Vol. 1. Pp. 193-196.
25. Janbu N. Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial tests. Wiesbaden, 1963. Pp. 19-25.
REFERENCES
1. Chislennye metody raschetov v prakticheskoy geotekhnike: sb. st. mezhdunar. nauch.-tekhn. konf., SPbGASU [Numerical methods of calculations in practical geotechnics: proc. of the Intern. scientific and technical conf., SPbGASU]. Saint Petersburg, SPbGASU, 2012. 396 p.
2. Ter-Martirosyan A.Z., Mirnyy A.Yu., Sidorov V.V. Laboratornye ispytaniya v MGSU [Laboratory tests at the Moscow State University of Civil Engineering]. Inzhenernye izyskaniya [Engineering Survey]. 2013, no. 8, pp. 60-65. (In Russian)
3. Osipov V.I., Karpenko F.S., Kal'bergenov R.G. et al. Reologicheskie svoystva glinistykh gruntov [Rhe-ological properties of clay soils]. Geoehkologiya, inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologi-ya [Geoecology, engineering geology, hydrogeology, geocryology]. 2017, no. 6, pp. 41-51. (In Russian)
4. Bezvolev S.G. Pervichnaya i vtorichnaya kon-solidatsiya gruntov. Reologicheskie modeli i praktika raschetov [Primary and secondary consolidation of soils. Rheological models and calculation practice]. Geotekh-nika [Primary and secondary consolidation of soils. Rheological models and calculation practice]. 2011, no. 1, pp. 21-47. (In Russian)
5. Vermeer P.A., Neher H. A soft soil model that accounts for creep. Beyond 2000 in Computational Geotechnics. Balkema, Rotterdam. 1999. Pp. 249-261.
6. Kempfert H.-G., Gebreselassie B. Excavations and foundations in Soft Soils. Excavations in Soft Soils. 2006. Pp. 1-576.
7. Yin Z.-Y., Chang C.S., Hicher P.-Y., Kars-tunen M. An anisotropic elastic-viscoplastic model for soft clay. International Journal of Solids and Structures. 2010, vol. 47, no. 5, pp. 665-667.
8. Lei H.-Y., Lu H.-B., Ren Q., Wang X.-C. Research on microscopic mechanism of accelerated creep of soft clay under vibration loads. Yantu Lixue. 2017, vol. 38, no. 2, pp. 309-316 and 324.
9. Yin Z.-Y., Huang H.-W., Jin Y.-F., Shen S.-L. An efficient optimization method for identifying parameters of soft structured clay by an enhanced genetic algorithm and elastic-viscoplastic model. Acta Geotechnica. 2017, vol. 12, no. 4, pp. 849-867.
10. Sekiguchi H. Rheological characteristics of clays. Proceedings of the 9th ICSMFE. Tokyo. 1977, vol. 1, pp. 289-292.
11. Murayama S., Shibata T. Flow and stress relaxation of clays. I.U.T.A.M. Symposium on Rheology and Soil Mechanics. Grenoble. 1966. Pp. 99-129.
12. Bhat D.R., Bhandary N.P., Yatabe R. Residual-state creep behavior of typical clayey soils. Natural Hazards. 2013, vol. 69, no. 3, pp. 2161-2178.
13. Vasenin V.A., Astaf'eva E.D. Uchet reo-logicheskikh svoystv gruntov pri raschete osadok zdaniy [Taking into account the rheological properties
of soils when calculating the sediments of buildings]. Stroitel'stvo unikal'nykh zdaniy i sooruzheniy [Construction of Unique Buildings and Structures]. 2012, no. 1, pp. 1-21. (In Russian)
14. Burland J.B. Deformation of soft clay: dissertation. Cambridge University, 1967.
15. Boldyrev G.G., Aref'ev D.V., Muyzem-nik A.Yu. Identifikatsiya parametrov modeley gruntov [Identification of parameters of soil model«]. Available at: http://docplayer.ru/68796939-Identifikaci-ya-parametrov-modeley-gruntov-boldyrev-g-g-arefev-d-v-muyzemnik-a-yu-ooo-npp-geotek-annotaciya. html#show_full_text. (In Russian)
16. Muyzemnek A.Yu., Boldyrev G.G., Arefev D.V. Identifikatsiya parametrov modeley gruntov [Identification of parameters of soil models]. Inzhenernaya geologiya [Engineering Geology.]. 2010, no. 3, pp. 38-43. (In Russian)
17. Mel'nikov R.V., Sagitova R.Kh. Kalibrovka parametrov modeli Hardening Soil po rezul'tatam laboratornykh ispytaniy v programme SoilTest [Calibration of the parameters of the Hardening Soil model according to the results of laboratory tests in the program SoilTest]. Akademicheskiy vestnik UralNIIproekt RAASN [Academic Bulletin UralNIIproekt RAASN]. 2016, no. 3, pp. 79-83. (In Russian)
18. Mirnyy A.Yu., Ter-Martirosyan A.Z. Oblasti primeneniya sovremennykh mekhanicheskikh modeley gruntov [Areas of application of modern mechanical soil models]. Geotekhnika [Geotechnics.]. 2017, no. 1. pp. 20-26. (In Russian)
19. Ofrikhter V.G., Ofrikhter Ya.V. Prognoz napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya tverdykh bytovykh otkhodov s ispol'zovaniem modeli slabo-go grunta [Forecast of the stress-strain state of solid household waste using the model of weak soil]. Vestnik B MGSU [Proceedings of the Moscow State University of C Civil Engineering]. 2014, no. 9, pp. 82-92. (In Russian) H DOI: 10.22227/1997-0935.2014.9.82-92
20. Korshunov A.A. Opredelenie parametrov mod- * eli Soft Soil Creep v PLAXIS po rezul'tatam issledo- p vaniya peschano-glinistykh otkhodov obogashcheniya q kimberlitovykh rud mestorozhdeniya almazov [De- X termination of the parameters of the Soft Soil Creep 0 model in PLAXIS based on the results of a study of sand 2 and clay wastes of kimberlite ore dressing of the dia- 1 mond deposit]. VestnikPNIPU. Stroitel'stvo i arkhitek- X tura [PNRPU Construction and Architecture Bulletin]. ^ 2013, no. 1, pp. 136-143. (In Russian)
21. Brinkgreve R.B.J., Engin E., Swolfs W.M. C Plaxis 3D. Rukovodstvo pol'zovatelya [User's manu- X al]. Saint-Petersburg, OOO «NIP-Informatika», 2011. ® (In Russian)
22. Konovalov P.A., Bezvolev S.G. Analysis of re- 7 sults of consolidation tests of saturated clayey soils. Soil w
Mechanics and Foundation Engineering. 2005, vol. 42, no 3, pp. 81-85.
23. Yin C., Wang M. Stability control and consolidation sedimentation analysis on soft soil foundation subjected to surcharge preloading treatment. Acta Technica CSAV (Ceskoslovensk Akademie Ved). 2016, vol. 61, no. 4, pp. 95-108.
24. Ohta H., Hata S. Immediate and consolidation deformations of clay. 8th Int. Conf. on the Soil Mechanics & Foundations Engineering. vol. 1, pp. 193-196. Moscow, 1973.
25. Janbu N. Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial tests. Wiesbaden, 1963. Pp. 19-25.
Received May 22, 2017.
Adopted in final form on June 13, 2017.
Approved for publication on May 29, 2018.
About the authors: Ter-Martirosyan Armen Zavenovich — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Soil Mechanics and Geotechnics, Head of Research and Education Center «Geotechnics», Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Sidorov Vitaliy Valentinovich — Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Department of Soil Mechanics and Geotechnics, Researcher at the Research and Education Center «Geotechnics», Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Ermoshina Lyubov' Yur'evna — Engineer of Research and Education Center «Geotechnics», Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
(O X
o >
E
to
«
s o
H >
o
X
s
I h o a 10
