Транспортное строительство
на экспериментальных площадках заключается в стимулировании развития методов анализа и корректировки численных моделей.
Рис. 2. Принципы взаимосвязи результатов лабораторных испытаний и геотехнических
Самой представительной базой в мире по наблюдению за осадками зданий организована ведущими российскими геотехниками из Санкт-Петербурга( ГК « Геореконструкция »). По результатам наблюдений установлено, что метод послойного суммирования имеет погрешность около 30 % [ 5 ]. А последние данные для Исаакиевского собора, обобщающие большой накопленный опыт, свидетельствуют о его незатухающей во времени осадке( так называемой вековой), скорость которой составляет 0,7 мм / год [ 1 ]. В этом отношении показательным является пример аэропорта Кансай( Япония), территория которого( размером 4 км на 1,2 км) представляет собой намывное сооружение. Учитывая то, что будущий остров будет проседать, первоначально его насыпали на 30 метров над уровнем моря. За первые 5 лет искусственный остров просел на 8 метров, что намного превысило расчетные величины инженеров, планировавших это суперсооружение. Расчет был выполнен только на фильтрационную осадку, а ползучесть грунта учтена не была. В настоящее время осадка продолжается с меньшей интенсивностью( менее 7 см в год) [ 6 ].
Это реологические свойства грунтов, называемые ползучестью и описываемые вторичной консолидацией. Учет этой особенности в расчетах возможен в программах численного моделирования, но для этого необходимы соответствующие консолидационные испытания. В практике бывает так, что при имеющихся консолидационных испытаниях нет возможности использовать их в расчетах. Причина заключается в том, что испытания производятся при нагрузке, значительно отличающейся от расчетной( от веса насыпи).
Независимое развитие оборудования для испытаний грунтов способствовало тому, что их результаты интерпретируются различными методами – аналитическими, численными, по эмпирическим зависимостям( например, испытания
сдвигомером-крыльчаткой базируются на теории предельного равновесия, а штамповые тесты – на теории пластичности). Это приводит к получению отличающихся друг от друга результатов. Например, сравнение значений коэффициента недренированной прочности( s = cu / σ’ v) по данным испытаний девятью лабораторными методами [ 4 ] показало, что минимальное значение( 0,14 кПа) было получено при тестировании на одноосное сжатие, а максимальное( 0,34 кПа) – при испытании на сжатие в условиях плоской деформации. Таким образом, был получен большой разброс важной величины, позволяющей определять устойчивость насыпей при быстрой отсыпке. Если же данные лабораторных испытаний сравнить с полевыми, расхождение результатов будет еще больше( до 6 раз) [ 4 ]( рис. 3).
Стоит отметить, что понятие недренированной прочности включено в ГОСТ 12248-2010 как сопротивление недренированному сдвигу, однако использование этого показателя в практике расчетов затруднено в связи с недостаточным объемом информации о применимости. В действительности значение недренированной прочности, которое получают по результатам трехосных испытаний или при использовании крыльчатки, представляет собой прочность грунта при полном водонасыщении. Этот показатель применяется для проверки быстрого возведения насыпи, а трудности его восприятия связаны с устоявшейся в нашей стране теорией « плотности-влажности ».
Все это свидетельствует о насущной необходимости дальнейшего развития и совершенствования методов определения характеристик грунтов. И если в новейшей мировой геотехнической практике, вооруженной современными приборами и компьютерными программами и развиваемой ведущими мировыми специалистами, существуют такие недостатки, то что можно сказать о состоянии этого вопроса в нашей стране? Для нас стало нормой принимать табличные значения. В лучшем случае проводятся компрессионные испытания, реже – тестирование в приборе одноплоскостного среза. Но даже в тех случаях, когда имеются результаты трехосных и консолидационных испытаний, при расчетах становится ясно, что сотрудники лабораторий при их проведении не имели представления о том, для чего они выполнялись, т. е. основная проблема заключается в отсутствии прямой связи между геологами и геотехниками( проектировщиками-расчетчиками).
Немаловажным является определение исходного природного состояния грунтового основания, которое может быть описано такими параметрами, как начальные коэффициент пористости е0, эффективное напряжение σv0, гидростатическое давление поровой воды U0 и коэффициент бокового давления К0. Для этих целей рекомендуется использование таких малоприменимых мето-
Территория геотехники № 1 / 2016 9