Расчёт консолидации относится к одной из сложных задач механики грунтов, что связано с существенным преобразованием свойств грунта в процессе отжатия воды и уплотнения. Разберём на примерах некоторые особенности этого расчёта.

1. Осадка, вычисленная без учёта порового давления, меньше, чем определённая в результате расчёта консолидации

Сравним результаты двух расчётов осадки насыпи или дамбы. Стадии расчёта в SiO 2D для каждого варианта показаны ниже. В одном случае нагрузка от сооружения сразу передаётся на грунтовое основание и вызывает осадку, а в другом — нагрузка частично передаётся на поровую воду, вызывает избыточное поровое давление, которое после рассевания приводит к перераспределению напряжений от веса сооружения на грунтовое основание.

Стадии расчёта для двух вариантов: слева – дренированный расчёт НДС справа – частично недренированный расчёт «Консолидация – нагружение»

Теоретически можно ожидать близкие результаты по обоим вариантам, поскольку внешняя нагрузка (вес насыпи или дамбы) одинаковая, разница только во времени передачи нагрузки на скелет грунтов основания. В одном случае это происходит быстро, а в другом — требуется время на создание и рассеивание избыточного порового давления.

Можно ожидать меньшую осадку после консолидации (правый вариант) из-за неполного рассеивания избыточного порового давления, поскольку расчёт «Консолидация – рассеивание» был выполнен по критерию «до 1 кПа» (подробнее: см. Руководство пользователя).

Однако результаты оказались на первый взгляд нелогичными:

Результаты расчёта осадки: слева – в одну стадию: тип «НДС» справа – в несколько стадий: тип «Консолидация – нагружение» + «Консолидация – рассеивание»

Осадка для варианта с дренированным нагружением и быстрой передачей напряжений оказалась меньше, чем для варианта с длительным нагружением во времени. Разберёмся, с чем это связано.

Консолидация грунта — это процесс перехода из так называемого нестабилизированного состояния в стабилизированное. С точки зрения сопротивления грунта сдвигу, в начальный момент времени, когда производится нагружение слабого основания (отсыпка, возведение), в порах возникает избыточное поровое давление, которое не позволяет задействовать силы внутреннего трения. По мере рассеивания избыточного порового давления в процессе консолидации поровое давление снижается, и силы трения достигают своего максимума, грунт считается стабилизированным.

Таким образом, в начальный период строительства в грунтовом основании существуют два важных фактора:

• с одной стороны, это избыточное поровое давление, которое как надутый шар не даёт сжаться грунту
• с другой стороны, в это время грунт имеет низкую прочность и малые силы трения

На рисунке ниже показаны два рассматриваемых варианта на момент отсыпки только первой части сооружения. Слева — дренированное нагружение, а справа — расчёт в режиме «Консолидация – нагружение» (частично недренированное). Схематично показана область избыточного порового давления в виде эллипса-шарика.