Regulatory provisions for determining parameters of nonlinear mechanical behavior in hardening soil models
- Authors: Sharafutdinov R.F.1,2
- Affiliations:
- Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures
- National Research Moscow State University of Civil Engineering
- Issue: Vol 14, No 1 (2023)
- Pages: 29-42
- Section: ARTICLES
- URL: https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/3910
- DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2023.1.03
- Cite item
Abstract
Presently, nonlinear mechanical soil models are widely used in the geotechnical practice. They are implemented in geotechnical finite-element software PLAXIS, MIDAS GTS NX, Z-Soil, Optum, etc. Notwithstanding the fact that International regulatory documents mainly recommend nonlinear models for calculating foundations, they do not specify methods for defining their parameters because nonlinear models are actually commercial products of various software manufactures and cannot be normalized in any country. For this very reason, specialists of Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (department of JSC "Research center of Construction") developed Standard of Organization STO 36554501-067-2021. The Standard is based on the world experience in assessing nonlinear model parameters defined with using advanced laboratory equipment. The article describes the most significant provisions of this Standard. Thus, depending on the problem to be solved, four groups of models are introduced: I - a model includes volumetric isotropic hardening (Soft Soil); II - a model includes volumetric isotropic hardening and rheological properties of the soil (Soft Soil Creep); III - a model includes double isotropic hardening (Hardening Soil) and IV - a model includes double isotropic hardening and stiffness at small strain (Hardening soil with small strain). Requirements to the necessary and sufficient types and scope of tests, which define model parameters, are reported. Taking into account that only laboratory tests define model parameters, Standard provides requirements for specimens' quality evaluation performed basing on measurements of the volumetric strain under effective natural stress. Specimens of poor and very poor quality cannot be considered. It is shown that power-law coefficient m , which indicates the relationship between soil stiffness and stress-strain-state in the models of III and IV groups can be received from triaxial compression and oedometer tests and shall be prescribed depending on prevailing deformation (shear or compression). Stiffness parameters at small strains can be defined wit in-situ tests (seismoacoustic profiling) or with laboratory tests (resonant column test, seismoacoustic profiling of specimens in triaxial cell equipped with bender element and strain gauges on the local base). The developed Standard specifies requirements for laboratory definition of stiffness at small strains.
Full Text
На сегодняшний день в практике геотехнического проектирования широко используются геотехнические модели нелинейного механического поведения грунтов с упрочнением (далее – модели) [1–5]. Подобные модели реализованы в современных конечноэлементарных программных комплексах (ПК) PLAXIS, MIDAS GTS NX, Z-Soil, Optum и др. Нормативные документы, хотя и предписывают выполнение расчетов оснований преимущественно с применением нелинейных моделей [6], однако государственные стандарты не могут в полном объеме регламентировать определение их параметров. Основная причина заключается в том, что современные модели, по сути, являются коммерческими продуктами разработчиков программного обеспечения [7]. В связи с этим методики определения параметров моделей описываются в стандартах организаций, одним из которых является СТО 36554501-067-2021 (далее – Стандарт). Стандарт организации устанавливает требования к определению параметров моделей, применяемых для геотехнических расчетов дисперсных грунтов с использованием геотехнических программных комплексов. Стандарт позволил систематизировать определение параметров моделей, а его применение повышает надежность геотехнических исследований и расчетов. Документ фактически является «мостиком» от инженера-изыскателя к инженеру-геотехнику. В настоящей статье приводятся особенности указанного Стандарта.About the authors
R. F. Sharafutdinov
Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures; National Research Moscow State University of Civil Engineering
References
- Зарецкий Ю.К. Лекции по современной механике грунтов. - Ростов: Изд-во Ростов. ун-та, 1989. - 608 с.
- Федоровский В.Г. Современные методы описания механических свойств грунтов. Обзор. - М.: ВНИИС, 1985. - 72 с.
- Wood D.M. Soil behavior and critical state soil mechanics. - Cambridge university press, 1990.
- Roscoe K.H., Schofield, A.N., Wroth C.P. On the yielding of soils // Geotechnique. - 1958. - Vol. 8, № 1.
- Schofield A., Wroth P. Critical State Soil Mechanics. 1968.
- Алехин А.Н., Алехин А.А. Эффективный метод определения параметров нелинейной модели грунта из полевых испытаний // Construction and Geotechnics. - 2017. - Т. 8, № 4. - C. 54-63. doi: 10.15593/2224-9826/2017.4.06
- Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Геотехническое сопровождение развития городов (практическое пособие по проектированию зданий и подземных сооружений в условиях плотной застройки). - СПб.: Стройиздат Северо-Запад, Группа компаний "Геореконструкция", 2010. - 551 с.
- Brinkgreve R.B.J., Engin E., Swolfs W.M. Plaxis 3D. Руководство пользователя. - СПб.: НИП-Информатика, 2011.
- Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. - М.: Недра, 1987. - 221 с.
- Effects of sample disturbance and consolidation procedures on measured shear strength of soft marine Norwegian clays / T. Lunne, T. Berre, K.H. Andersen, S. Strandvik, M. Sjursen // Canadian Geotechnical Journal. - 2007. - № 43 (7). - P. 726-750. doi: 10.1139/t06-040
- Schanz T., Vermeer P. and Bonnier P. The hardening soil model: Formulation and verification // Proceedings of the Plaxis Symposium. Beyond 2000 in Computational Geotechnics. Rotterdam: Balkema, 1999. - P. 281-290.
- Rowe P.W. The stress-diiatancy relation for static equilibrium of an assembly of particles in contact // Proceeding of the Royal Society of Londan. Series A. - 1962. - Vol. 269. - P. 500-527.
- Sсhanz T., Vermeer P.A. Angles of friction and dilatancy of sand // Geotechnique. - 1996. - Vol. 46, No. 1. - P. 145-151.
- Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса. - Пенза: Пенз. гос. ун-т строительства и архитектуры, 2008.
- Bolton M.D. The strength and dilatancy of sands // Geotechnique. - 1986. - Vol. 36, № 1. - P. 65-78.
- Шарафутдинов Р.Ф., Исаев О.Н., Морозов В.С. Экспериментальные исследования дилатансии несвязных грунтов в условиях трехосного сжатия // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2020. - № 6. - С. 19-24.
- Atkinson J.H., Sallfors G. Experimental determination of soil properties // Proceedings of the 10th ECSMFE, Florence. - 1991. - Vol. 3. - P. 915-956.
- Mair R.J. Unwin memorial lecture 1992. Developments in geotechnical engineering research: application to tunnels and deep excavation // Proceedings of the ICE - Civil Engineering. - 1993. - № 97 (1). - P. 27-41. doi: 10.1680/icien.1993.22378
- Gordon T.C. Kung. Equipment and testing procedures for small strain triaxial tests // Journal of the Chinese Institute of Engineers. - 2007. - № 30: 4. - P. 579-591. doi: 10.1080/02533839.2007.9671287
- Santagata M.C. Factors affecting the initial stiffness and stiffness degradation of cohesive soils: Ph.D. Dissertation. - Cambridge, MA, USA: MIT Department of Civil and Environment Engineering, 1998.
Statistics
Views
Abstract - 105
PDF (Russian) - 228
Refbacks
- There are currently no refbacks.