Тем, кто решил освоить программный геотехнический комплекс PLAXIS, не важно в двухмерной или трехмерной постановке, следует прежде всего понимать, что это не простая вычислительная программа, а сложный инструмент для анализа. Чтобы пользоваться этим инструментом необходимо иметь достаточную базу знаний в области Механики грунтов. Отметим, что Механика грунтов, положенная в основу программы, выходит за рамки общепринятой Механики грунтов, изложенной в учебнике Н. А. Цытовича (и аналогичных) и изучаемой в большинстве технических вузов, особенно авто- и железнодорожной направленности. Геотехник, выполняющий расчеты, должен хорошо разбираться в методах лабораторных испытаний грунтов и интерпретации получаемых результатов. Это большой и сложный вопрос, теоретическую часть которого можно изучить по многочисленным зарубежным литературным источникам, на курсах повышения квалификации.
Встроенная в PLAXIS программа SoilTest является виртуальной лабораторией, которая помогает лучше понять основные закономерности поведения грунтов и то, как задаются и на что влияют характеристики моделей. Но основным преимуществом SoilTest является подготовка исходных данных, полученных в лаборатории, к вводу в модель грунта. В действительности, при полноценном использовании PLAXIS для анализа, данные от геологов не следует просто вставлять в модель — необходимо выполнить виртуальные испытания и изменить эти данные так, чтобы поведение математической модели совпадало с поведением лабораторного образца. Ввиду сложности и большого объема теоретической информации, приведенные в брошюре практические занятия отражают только основные закономерности.
Особая благодарность моей коллеге Татьяне Вавринюк, которая внесла существенный вклад в работу над материалами к этой брошюре. Благодаря ей, стало возможным разобраться со всеми сложностями зарубежной теории и особенностями программы.
Евгений Федоренко
Для общего понимания основных принципов работы математических моделей наиболее простым и наглядным способом будет проведение различных испытаний и анализ получаемых графиков. Для примера взята усовершенствованная модель грунта Hardening Soil (HS) с приведенными ниже параметрами.
Рис. 1. Параметры модели
Испытания произведены с нагружением до 400 кПа и последующей полной разгрузкой. Общий вид окна программы с произведенными испытаниями представлен на рис. 2.
Важным параметром компрессионных испытаний является давление предварительного уплотнения, которое, при наличии, задается в поле |vertical precons. stress| (в примере этот параметр не используется).
Рис. 2. Общие результаты компрессионных испытаний
Рассмотрим подробнее основные графические результаты.
Для удобства интерпретации вертикальная ось — давление $σ'_{yy}$, горизонтальная — деформация $ε_{yy}$. В этом случае можно графически определить модуль деформации как давление, приходящееся на единицу деформации. Этот график позволяет определять одометрический модуль деформации $E_{oed}$.
Рис. 3. График зависимости деформации от нормального давления (модель HS)
В правом нижнем углу показаны результаты определения секущего (secant) и касательного (tangent) модулей деформации в указанной точке. Для компрессионных испытаний используется касательный модуль (tangent), величина которого в точке, соответствующей опорному давлению (задана в модели по умолчанию) $p_{ref}$ = $σ'_{yy}$ = 100 кПа, равна $E_{oed}$ = 30 520 кПа, что близко к исходному.
Для определения одометрического модуля самостоятельно необходимо вычислить его по формуле: