Современные методы оценки несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения

Abstract

Актуальность. Инженерно-геологическое строение участков изысканий, как правило, предполагает работу с неоднородными, многослойными, слабыми грунтами, в таком случае классические подходы к определению несущей способности основания могут давать значительную погрешность, приводя к завышенным или заниженным оценкам. Цель. Сопоставление традиционных методов расчёта несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения, основанных на теории предельного равновесия грунтов, с методами, базирующимися на численном анализе, а также демонстрация применения вероятностно-стохастического подхода в инженерной геологии. Методы. Приведены расчёты, выполненные на базе теории предельного равновесия грунтов (расчёт по СП 22.13330.2016, формула Терцаги) и на основе численного анализа (предельный анализ в ABC, предельный анализ в Optum G2, метод discontinuity layout optimization, random finite element method, увеличение нагрузки до достижения потери устойчивости в Plaxis). Результаты и выводы. Полученные результаты демонстрируют значительное влияние выбранного метода расчёта на оценку несущей способности грунтового основания. При упрощённом геологическом строении методы, основанные на теории предельного равновесия грунтов, показывают наибольшие значения несущей способности в сравнении с методами, базирующимися на численном анализе, изменясь от 1408 до 1477 кПа и от 940 до 1366 кПа, соответственно. Показано, что поверхность разрушения грунта в большинстве случаев лежит глубже, чем определяемая по действующему своду правил глубина сжимаемой толщи. Использование метода Random Finite Element иллюстрирует применение вероятностно-стохастического подхода, на основе которого определена вероятность потери устойчивости грунтового основания и дана количественная оценка надёжности рассматриваемой литотехнической системы

Relevance. The engineering and geological structure of survey sites, as a rule, involves working with heterogeneous, multi-layered, weak soils, in which case classical approaches to determining the bearing capacity of the foundation can give significant errors, leading to overestimated or underestimated estimates. Aim. Comparison of traditional methods for calculating the bearing capacity of shallow foundations based on the theory of marginal soil equilibrium, with methods based on numerical analysis, as well as a demonstration of the application of a probabilistic stochastic approach in engineering geology. Methods. The calculations performed on the basis of theory of marginal soil equilibrium (calculation according to SP 22.13330.2016, Terzaghi formula) and based on numerical analysis (limit analysis in ABC, limit analysis in Optum G2, discontinuity layout optimization, random finite element method, increasing load to achieve stability loss in Plaxis). Results and conclusions. The results obtained demonstrate the significant effect of the chosen calculation method on the assessment of the bearing capacity of the soil base. With a simplified geological structure, the methods based on the theory of marginal soil equilibrium show the highest values of bearing capacity, compared with methods based on numerical analysis, varying from 1408 to 1477 kPa and from 940 to 1366 kPa, respectively. The paper shows that the surface of soil destruction in most cases lies deeper than the depth of the compressible stratum determined by the current set of rules. The use of the random finite element method illustrates the application of a probabilistic stochastic approach, on the basis of which the probability of loss of stability of the soil base is determined and a quantitative assessment of the reliability of the lithotechnical system under consideration is given