Введение. Проведен анализ сходимости результатов, полученных в ходе сравнения аналитического и численного методов с помощью метода конечных элементов в ПК Midas GTS NX при расчете перекрестно-балочного фундамента и наклонного основания при внезапном образовании карстово-обвальных процессов. Аналитический метод расчета разработан на основании эмпирических данных, полученных в ходе выполнения лабораторных модельных исследований в специальной установке, позволяющей моделировать карстово-обвальные процессы, численная модель являлась идентичным прототипом, повторяющим качественные и количественные характеристики, используемые при физическом моделировании.

Материалы и методы. Приведена сравнительная оценка сходимости полученных результатов двумя независимыми методами при расчете перекрестно-балочного фундамента на наклонном основании в условиях карстово-обвальных процессов.

Результаты. Осуществлена оценка полученных расхождений основных количественных параметров, таких как нормальные контактные напряжения под подошвой продольной ленты перекрестно-балочного фундамента, деформаций основания после выхода карстовой полости на поверхность и образования провальных воронок.

Выводы. В результате исследований подтверждена достоверность предложенной численной модели. Она позволяет уменьшить трудоемкость лабораторных испытаний и расширить границы исследования при дальнейшем изучении работы перекрестно-балочного фундамента и наклонного основания в условиях закарстованных территорий.

Введение. Рассматривается программа экспериментальных исследований на основе численного моделирования работы свайного поля в однородном песчаном основании. Актуальность обусловлена необходимостью повышения надежности и безопасности свайных фундаментов, широко применяемых в современном строительстве. Исследование направлено на устранение существующих пробелов в предсказании взаимодействия свай с однородным грунтом. Разработана и апробирована программа экспериментов, включающая моделирование и натурные испытания. Полученные результаты позволили предложить новые подходы к расчету свайных полей, что имеет значительную научную и практическую ценность для строительной отрасли.

Материалы и методы. Использованы данные научных публикаций, нормативных документов, проектных материалов и результатов экспериментов. Применены методы системного анализа, моделирования, а также экспериментальные и статистические подходы. Эти методы дали возможность получить новые сведения и внести коррективы в расчетные методы свайных фундаментов.

Результаты. Разработана численная модель экспериментальных исследований, проанализированы различные методы расчета свайных фундаментов, разработана модель стенда для проведения опытов, создана поэтапная программа выполнения эксперимента.

Выводы. Результаты исследования работы свайного поля в однородном основании обладают высокой научной и практической ценностью. Разработанная математическая модель и экспериментальные данные позволили более точно описать распределение нагрузок и деформаций в свайном поле, что является значительным вкладом в теорию расчета свайных фундаментов. Полученные результаты подтверждают необходимость и важность пересмотра существующих методов расчета свайных фундаментов. Их внедрение в строительную практику и образовательные программы даст возможность повысить надежность и эффективность строительства, а также создать базу для дальнейших исследований в данной области.

Введение. Предложен метод определения бокового давления на ограждение котлована, который базируется на анализе напряженного состояния удерживаемой грунтовой массы. Он может быть использован как для несвязных, так и для связных грунтов, при однородном или неоднородном строении удерживаемого массива, как при наличии на его поверхности нагрузок, так и без них.

Материалы и методы. При выполнении сопоставительных расчетов использованы материалы, опубликованные российскими и иностранными учеными, в которых приведены результаты анализа проведенных экспериментов и теоретических исследований. Все вычисления осуществлены в оболочке компьютерной программы «Устойчивость», в которой определение полей напряжений проводится методом конечных элементов в линейной постановке.

Результаты. Установлено, что все полученные расчетом значения бокового давления с достаточной степенью точности (для экспериментальных исследований) совпадают с соответствующими значениями, приведенными в цитируемых работах. Полученные авторами представленной статьи значения бокового давления оказались на 25–40 % меньше аналогичных результатов, приведенных цитируемыми авторами. Формы эпюр бокового давления, построенные авторами каждой из цитируемых работ, конгруэнтны эпюрам бокового давления, построенным на основе сделанных в статье предложений. Отличие численных значений бокового давления, полученных авторами цитируемых работ, от значений, полученных нами, объясняется различием подходов к построению поверхности скольжения: в нашем случае не используется гипотеза о ее плоской форме, а ее построение проводится на основе анализа полей напряжений с учетом физико-механических свойств грунта.

Выводы. Имея в виду удовлетворительную сходимость сопоставляемых результатов, сделан вывод о возможности использования анонсированного метода при выполнении инженерно-технических расчетов.

Введение. В связи с возрастающим использованием подземного пространства в городах все чаще прибегают к более глубоким котлованам. В данных котлованах становится больше элементов и повышается шанс выхода одного из элементов из строя. При обрушении котлованов наносится экономический ущерб и возможны человеческие потери. Рассмотрен текущий уровень исследований в части защиты котлованов от прогрессирующего обрушения и произошедшие аварии. Целью исследования является оценка влияния моделирования швов бетонирования между захватками траншейной стены на перераспределение усилий при аварийном воздействии в виде выхода из строя одной распорки.

Материалы и методы. Проведено численное моделирование методом конечных элементов котлована глубиной 16 м, сооруженного под защитой стены в грунте с распорной системой. Швы моделировались интерфейсными элементами с учетом их деформируемости и прочности.

Результаты. При моделировании швов бетонирования идет перераспределение усилий в распорках в пределах одной захватки стены. При нормальном сочетании нагрузок усилия в распорках в среднем не изменяются в зависимости от моделирования шва, однако при аварийном воздействии усилия в расчетном случае со швами бетонирования увеличиваются. В случае прогрессирующего обрушения внутри стены меняется направление действия изгибающих моментов. Перемещения поверхности грунта при моделировании швов меньше, чем при традиционном способе моделирования.

Выводы. Полученные результаты позволят более точно моделировать ограждение котлована, что сделает их использование более прогнозируемым и безопасным. В качестве дальнейших исследований предполагается применение более совершенных моделей поведения бетонного контакта. Также в качестве конструктивных мероприятий для предотвращения прогрессирующего обрушения рекомендуется использование одинаковых арматурных сеток на противоположных гранях стены в грунте.

Введение. Практически четверть суши земного шара и две трети территории Российской Федерации, включая значительные площади с высокой концентрацией природных ресурсов и полезных ископаемых, находятся в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов. Эти грунты обладают структурной неустойчивостью: температурные колебания приводят к радикальному снижению их прочностных характеристик и развитию значительных деформаций, что может критически влиять на безопасность и надежность зданий и сооружений. Географические особенности РФ обуславливают необходимость разработки и уточнения расчетных методов для определения температурных полей в основаниях грунтов криолитозоны. Рассматривается реализация задачи промерзания и оттаивания грунтового массива с использованием численных методов.

Материалы и методы. Представлены основные положения нелинейной математической модели, описывающей температурные превращения в грунтовом массиве с учетом фазового перехода поровой жидкости в лед и соответствующими теплофизическими процессами. Модель реализована в разрабатываемом авторами специализированном программном комплексе, реализующем метод конечных элементов.

Результаты. Проведены численные расчеты температурных воздействий от возводимых зданий и сооружений на грунтовый массив в плоской подстановке. Рассматривались численные модели с учетом воздействия граничных условий различного типа на расчетную область. Результаты численных расчетов подробно сравнивались с результатами аналогичных расчетов, выполненных в апробированных программных комплексах.

Выводы. Сформулированы ключевые механизмы численной модели, описывающей температурные превращения в грунтовом массиве, и предложена их реализация с использованием метода конечных элементов. Дополнительно представлены рекомендации о дальнейшем развитии численной модели, включая решение деформационной задачи об определении осадки оттаивания грунтового массива.

Введение. Исследование посвящено вопросам моделирования и расчета процесса разработки котлованов в условиях г. Санкт-Петербурга, где распространены слабые глинистые грунты различного генезиса. Актуальность рассматриваемой темы обусловлена необходимостью повышения точности и надежности расчетов грунтовых оснований в условиях плотной городской застройки. Особенно важно учитывать специфические свойства слабых глинистых грунтов, такие как их недренированное поведение и преимущественно сдвиговое деформирование. Акцентируется внимание на механизме сдвигового упрочнения — критически важном для предсказания пластических деформаций глинистых грунтов в допредельной стадии нагружения.

Материалы и методы. Представлены ключевые положения ранее предложенной авторами нелинейной математической модели, описывающей поведение слабых глинистых отложений на основании механизма сдвигового упрочнения. Недренированное поведение описывается на базе модифицированной теории мгновенной прочности Ю.К. Соловьева с учетом образования избыточных поровых давлений при девиаторном нагружении в условиях плоского напряженно-деформированного состояния. Модель была численно реализована в разрабатываемом авторами специализированном программном комплексе, реализующем метод конечных элементов на основе метода перемещений.

Результаты. Проведен численный расчет разработки котлована под защитой консольного шпунтового ограждения в условиях плотной городской застройки в Центральном районе Санкт-Петербурга. Приведено подробное сравнение результатов численных расчетов с данными геотехнического мониторинга, включающего измерения деформаций шпунтового ограждения котлована и фундаментов окружающей застройки.

Выводы. Сделаны выводы о прогностических возможностях моделей с механизмом сдвигового упрочнения для расчетов котлованов в условиях слабых глинистых грунтов. Даны рекомендации о дальнейшем развитии предложенной модели, включая улучшения в учете эффекта разгрузки основания и изменения параметров жесткости при деформировании.

Введение. В условиях, когда мощность разрабатываемого пласта не позволяет сформировать выработку требуемого сечения без присечки вмещающих пород, целесообразно применять технологические схемы с повторным использованием подготовительных выработок. Исследования в области разработки эффективных способов оценки устойчивости повторно используемых подготовительных выработок в таких условиях залегания пластов в настоящее время остаются актуальными, в том числе и для шахт Печорского угольного бассейна. Задача описываемых исследований — получить картину изменений напряженно-деформированного состояния рассматриваемой геотехнической системы и оценить величины смещений приконтурных областей подготовительной горной выработки при различных положениях очистного забоя.

Материалы и методы. Для условий одной из действующих шахт Печорского угольного бассейна проведены численные эксперименты методом конечных элементов в программном комплексе Midas GTS NX. Для описания изменений геомеханического состояния описываемой геотехнической системы использован критерий Кулона – Мора. С целью оценки достоверности результатов моделирования выполнено сравнение с результатами инструментальных замеров изменений геометрических параметров сечения, проведенных по длине выработки.

Результаты. В ходе моделирования получены пространственные распределения результирующих деформаций рассматриваемой геотехнической системы. Произведена оценка величины смещений приконтурных областей подготовительной горной выработки по мере подвигания очистного забоя. Расчетные значения вертикальных и горизонтальных деформаций позволяют оценить соответствие применяемых способов крепления и охраны выработки требованиям обеспечения расчетного сечения горной выработки расчетным показателям и могут быть использованы для оценки эффективности принимаемых решений. Результаты модельных расчетов подтверждены данными шахтных инструментальных наблюдений.

Выводы. Результаты исследования демонстрируют, что предложенная геомеханическая модель массива горных пород в полной мере отражает основные особенности его строения и изменения контура подготовительной горной выработки в процессе ее эксплуатации и может быть применена для оценки эффективности различных способов ее поддержания при повторном использовании.

Введение. При компрессионных испытаниях торфа и заторфованных грунтов, продолжительность которых может достигать нескольких месяцев, на контакте между боковой поверхностью образца и металлическим кольцом возникают силы трения, оказывающие существенное влияние на результаты измерений. Разработан одометр, позволяющий повысить достоверность результатов лабораторных испытаний за счет определения характеристик сжимаемости с учетом указанного фактора.

Материалы и методы. Прибор выполнен с применением аддитивной технологии на 3D-принтере, из металла изготовлено только кольцо для образца. Диаметр образца 8,6 см, исходная высота 3 или 5 см. После стабилизации деформаций в основании прибора освобождается полость и на поршень прикладывается монотонно возрастающая нагрузка до момента «срыва» по контакту боковой поверхности с кольцом. При этом с помощью болтов предварительно предотвращается разуплотнение образца. Исследованный торф имел следующие свойства: плотность 0,98–1,02 г/см3, влажность 861–930 %, коэффициент пористости 11,8–14,2, степень разложения 40–45 %. Испытания проводились при нагрузке на образец 50 и 100 кПа.

Результаты. Испытания показали, что на преодоление сил трения уходило до 15–20 % от приложенной к образцу нагрузки. Этот фактор следует учитывать при расчете характеристик сжимаемости, корректируя значение напряжений в образце.

Выводы. Преимуществом представленного одометра является определение характеристик сжимаемости, включая коэффициент консолидации, с учетом погрешности измерений, возникающей из-за сил трения на контакте образца с кольцом. Изготовление геотехнических приборов на 3D-принтере дает возможность существенно сократить затраты времени и средств, облегчает доработку конструкции в ходе испытаний, а также упрощает изготовление запасных деталей.

Введение. Проведение статических испытаний грунтов сваями является обязательным условием для проектирования свайных фундаментов. Существующие стенды имеют ряд недостатков, главные из которых заключаются в использовании массивных крупногабаритных элементов для создания грузовой платформы и выполнении монтажных операций с привлечением тяжелой грузоподъемной техники, что приводит к значительному увеличению стоимости и продолжительности испытаний. Для исключения данных недостатков предлагается разработать новый тип стенда для испытаний в виде геокупола. Его отличительная особенность — сборно-разборная на болтовых соединениях конструкция, работающая в основном на растягивающие усилия.

Материалы и методы. Осуществлен сравнительный анализ отечественных и зарубежных стендов, в том числе по результатам патентного поиска. Геометрический расчет выполнен по результатам икосаэдрической аппроксимации полусферы с использованием Autodesk Inventor. Статический расчет произведен с помощью метода конечных элементов в STARK ES 2023.

Результаты. Разработана новая конструкция стенда в виде геокупола для статических испытаний грунтов сваями нагружением до 1500 кН. По результатам опытно-промышленных испытаний доказана работоспособность геокупола для испытания грунтов сваями с нагружением до 1500 кН. Определены его главные преимущества: легкость — при собственном весе геокупола не более 15 кН можно выполнять испытания с нагружением до 1500 кН; скорость — для сокращения сроков проведения работ можно выходить на объект по испытаниям с несколькими конструкциями геокуполов одновременно. С целью установления несущей способности анкеров произведены их испытания на выдергивающие нагрузки.

Выводы. Использование геокупола позволит выполнить испытания с максимальной эффективностью путем сокращения до 75 % дополнительных финансовых затрат, в том числе за счет значительного снижения транспортных расходов и исключения монтажных операций по созданию грузовой платформы, а также сокращения общего времени испытаний на объекте благодаря их параллельной организации.

Введение. При проектировании оснований фундаментов возникают вопросы о деформационных характеристиках грунта в условиях сложного напряженного состояния. В этом случае вопрос качественного моделирования в лабораторных условиях расчетного напряженно-деформированного состояния массива остается наиболее актуальным. Одним из путей решения может быть изучение механических свойств грунтов в условиях блочного трехосного нагружения с независимо регулируемыми вертикальными σ1 и горизонтальными σ2 = σ3 напряжениями.

Материалы и методы. Проведены лабораторные трехосные блочные режимные испытания глинистых грунтов нарушенной структуры. Использованы режимы с чередующимися повышающимся и понижающимся блоками девиаторного нагружения, при этом максимальная величина девиатора первого повышающегося блока нагружения и амплитуда разгрузки для всех режимов принята одинаковой. Исследования проведены на образцах кубической формы. Применен прибор с жесткими гранями.

Результаты. Основными результатами выполненных исследований являются новые данные об изменении деформаций и прочности образцов в условиях блочного трехосного режимного нагружения в зависимости от величины всестороннего обжатия. Выполнен анализ полученных результатов. Установлены некоторые закономерности поведения глинистых грунтов. Дано обоснование механизму происходящих в образце процессов.

Выводы. Установлено влияние величины бокового давления на развитие линейных и объемных деформаций образца, предельных значений разрушающей нагрузки с учетом наличия блоков повторного девиаторного нагружения.

Введение. Уплотнение городской застройки вызывает необходимость в строительстве зданий с развитым подземным объемом. При этом на бровке глубокого котлована находятся фундаменты существующих зданий. Задача по оценке влияния строительства глубоких фундаментов на окружающую застройку является актуальной. Выполнен анализ данных по осадкам фундаментов вблизи бортов глубоких котлованов по результатам численного моделирования и геотехнического мониторинга в исследованиях российских и зарубежных авторов.

Материалы и методы. Для оценки дополнительных осадок фундаментов зданий вблизи глубоких котлованов проведено исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) основания вблизи глубокого котлована на модели, созданной в лабораторных условиях в плоском лотке с прозрачными стенками. Значения перемещений отмечались с помощью видеофиксации и электронных датчиков, затем обрабатывались.

Результаты. Результаты эксперимента согласовываются с результатами других авторов. Определена закономерность распределения горизонтальных напряжений и перемещений в массиве грунта за пределами модели глубокого котлована. На базе выявленных закономерностей предложен метод расчета осадок оснований фундаментов вблизи глубоких котлованов с учетом изменения НДС в окружающем грунтовом массиве.

Выводы. Установлена закономерность неравномерного изменения НДС грунтов в основании фундаментов зданий на бровке котлованов. Деформирование грунтового массива в основании фундаментов зданий, расположенных в призме обрушения, происходит нелинейно и неравномерно. Устройство глубоких котлованов приводит к изменению НДС грунтового массива основания фундаментов, расположенных на бровке котлована. Это ведет к изменению соотношения вертикальных и горизонтальных напряжений, что вызывает изменение деформационных характеристик грунта, вследствие чего происходит увеличение осадки.

Введение. Это первое исследование сборных железобетонных свай в сложных грунтовых условиях строительной площадки в Казахстане.

Материалы и методы. Применены следующие методы: оценка несущей способности методом статического сжатия с использованием методов интерпретации данных полевых испытаний и метод динамического нагружения при забивании готовых железобетонных свай.

Результаты. Результаты метода динамического нагружения отличаются от результатов метода статического сжатия всего на 7 %. Это означает, что по сравнению с другими существующими методами альтернативный метод динамического нагружения является высокоточным и эффективным. Динамические испытания проводились с использованием анализатора забивки свай, статические — в соответствии с требованиями Американского общества испытания материалов.

Выводы. По итогам испытаний были внесены конструктивные изменения в свайный фундамент. Статические испытания выполнялись на 16-метровых сваях и составных железобетонных сваях общей длиной 25,5 и 27,5 м сечением 40 × 40 см. Метод статического сжатия — это высокоточная надежная система, которая позволяет контролировать статические испытания свай, обеспечивая при этом безопасность персонала на стройплощадке. Благодаря наличию кабеля пользователи могут осуществлять безопасный и точный мониторинг на расстоянии без необходимости входить в потенциально опасные зоны испытаний. В данном исследовании рассмотрены составные сваи с сечением 400 × 400 мм и шарнирным соединением, также проанализирована их применимость на грунтах Западного Казахстана.

Введение. Изучается влияние плит оснований малоэтажных зданий на разжижаемость грунтов.

Материалы и методы. С помощью ПО Midas проведен одномерный анализ реакции слоистой песчаной модели. Использовались модель UBCS и модель грунта.

Результаты. Исследованы избыточное давление поровой воды, временные зависимости напряжений и деформаций, а также деформации грунта в условиях численной модели.

Выводы. При сравнении решений в свободном пространстве в случае разжижения наличие плиты основания может привести к большему оседанию грунтов основания и боковому смещению, что приведет к раскачиванию основания. Более глубокое заглубление основания иногда помогает минимизировать это явление.

Введение. Проектирование и строительство автомобильных дорог в сложных грунтовых условиях — важная инженерная задача, требующая комплексного подхода. Традиционные методы проектирования и строительства могут оказаться неэффективными в условиях нестабильности или неоднородности грунтов, например при просадочных грунтах. Рассматриваются ключевые аспекты проектирования автомобильных дорог в сложных грунтовых условиях, включая методы геотехнического анализа, выбор и применение материалов, а также методы укрепления грунта.

Материалы и методы. Штамповые и статические свайные испытания грунтов позволили подробно оценить их механические характеристики и несущую способность в условиях стройплощадки. Такие испытания дают возможность получить точные данные о коэффициенте сопротивления и деформационных свойствах, что облегчает корректировку проектных решений и выбор оптимальных методов укрепления и стабилизации.

Результаты. Результаты испытаний показали, что несущая способность достаточна для восприятия максимальной расчетной нагрузки при вдавливании. Авторы также обсуждают такой современный метод стабилизации, как использование геосинтетических материалов, который применен в исследовании. Данный метод также повышает несущую способность и долговечность дорожного покрытия.

Выводы. Анализ успешных примеров реализации проектов в сложных грунтовых условиях позволяет выделить эффективные стратегии и методы, которые могут адаптироваться к различным геологическим условиям. Результаты исследования подчеркивают важность междисциплинарного подхода и применения современных технологий для обеспечения устойчивости и надежности автомобильных дорог в сложных грунтовых условиях.

Введение. Легкорельсовый транспорт (ЛРТ) — система общественного транспорта, строительство которого ведется в г. Астане в настоящее время. Рассматривается проект ЛРТ на сложных грунтах Астаны. Из-за проблемных грунтов в обоих крупных проектах использовались свайные фундаменты.

Материалы и методы. Фундамент моста был построен с использованием буронабивных свай длиной от 8 до 55 м и диаметром сечения от 1,0 до 1,5 м. Каждая буронабивная свая имеет расчетную несущую способность от 4500 до 9500 кН.

Результаты. Представлены результаты испытаний буронабивных свай на сплошность (стандарт Американского общества испытания материалов D6760–08) и статическую нагрузку (ГОСТ 5686–94). В этих условиях обеспечение сплошности бетонной части каждой буронабивной сваи имеет решающее значение. Для проверки сплошности следует использовать метод межскважинного акустического каротажа. Сегодня наиболее надежным методом оценки сплошности глубокого свайного фундамента на строительной площадке является метод межскважинного акустического каротажа, представляющий собой метод неразрушающего контроля. После установки обследование сплошности часто служит лучшим практическим способом оценки состояния ствола.

Выводы. Проанализированные результаты получены на реальном объекте. Приведены предложения по проведению испытаний в условиях сложных грунтов Казахстана.

Введение. Возрастающий спрос на экологичную и «умную» гражданскую инфраструктуру требует высокоточных систем мониторинга Интернета вещей (IoT). Учитывая важность вопросов деформаций грунта для инженерной геологии, необходимо разработать методы измерения, способные точно фиксировать деформации грунта, начиная от микродеформаций и заканчивая существенными деформациями. В последние годы достижения в сфере волоконно-оптических технологий зондирования позволили проводить точные измерения в области инженерной геологии. Однако по-прежнему имеется необходимость усовершенствовать подходы к измерениям с использованием технологий волоконно-оптического зондирования различных деформаций. Рассматриваются несколько технологий волоконно-оптического зондирования, в том числе точечно-распределенные, массивные и распределенные волоконно-оптические датчики.

Материалы и методы. Приведен полный обзор последних достижений в области волоконно-оптических датчиков для целей инженерной геологии. Подробно описаны инновационные методы и устройства высокоточного измерения малых деформаций с помощью волоконно-оптических датчиков.

Результаты. Показан новый интегрированный волоконно-оптический датчик, способный измерять давление воды и общее давление грунта с помощью преобразователя сигнала. Проанализировано использование технологии 3D-печати для изготовления таких преобразователей.

Выводы. Представлен метод волоконно-оптического мониторинга трещин, включающий физическое изготовление, калибровочные испытания и верификацию в полевых инженерных условиях. Предложенные методы волоконно-оптического мониторинга основаны на эффективных способах точных измерений в области инженерной геологии для различных экологических и аварийных условий.