ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБІЛЬНОЇ ДОРОГИ В ПРОЦЕСІ СПОРУДЖЕННЯ НА СЛАБКИХ ҐРУНТАХ

Анотація

Постановка проблеми. Забезпечення несучої здатності основ є актуальною проблемою при будівництві автомобільних доріг та штучних споруд на слабких ґрунтах. Метод попереднього привантаження основи забезпечує зміцнення слабких ґрунтів. Однак методика розрахунку та проєктування земляного полотна з урахуванням особливостей взаємодії з ґрунтовою основою у процесі спорудження потребує удосконалення. Метою досліджень є удосконалення методики чисельного моделювання методом скінченних елементів (МСЕ) напружено-деформованого стану (НДС) земляного полотна автомобільних доріг у процесі спорудження на слабких ґрунтах з урахуванням їх попереднього обтиснення. Результати досліджень. Достовірність моделей ґрунтів оцінена тестовим чисельним моделюванням натурних випробувань основ дослідними фундаментами за ідеальною пружно-пластичною моделлю з критерієм міцності Мора-Кулона (Mohr-Coulomb model) та моделлю ізотропного зміцнення (Hardening Soil model) з використанням програми PLAXIS 3D. У роботі розглядались задачі моделювання НДС при навантаженні та частковому розвантаженні (ефект попереднього обтиснення) шару слабкого ґрунту у процесі спорудження земляного полотна автодороги; визначення часу стабілізації осідань; моделювання НДС при ущільненні слабкого ґрунту з вертикальними піщаними дренами і фільтраційним шаром; моделювання земляного полотна на піщаній подушці. За даними чисельного моделювання визначені розміри зон зміцнення і пластичних деформацій у основі та допустимий тиск для забезпечення зміцнення ґрунту. Час консолідації ґрунту та стабілізації осідань основи розраховувався за даними розсіювання надлишкового порового тиску у шарі слабкого водонасиченого ґрунту. Стійкість укосів земляного полотна перевірялась розрахунком «коефіцієнтів безпеки». Висновки. Для моделювання МСЕ НДС основ при навантаженні та частковому розвантаженні (ефект попереднього обтиснення) шару слабкого ґрунту у процесі спорудження земляного полотна автодороги є доцільним використання пружно-пластичної моделі ізотропного зміцнення. Застосування методу привантаження фільтруючим насипом з улаштуванням вертикальних дрен забезпечить зміцнення слабких ґрунтів та підвищення несучої здатності основи у короткі терміни, що дозволить експлуатувати автодорогу без значних додаткових деформацій, тим самим підвищити її надійність в експлуатації. Розглянута методика чисельного моделювання МСЕ НДС може бути використана при проєктуванні споруд на слабких ґрунтах, що передбачає  розрахунки осідань і напружень, надлишкового порового тиску, часу консолідації, аналіз зон пластичних деформацій, зміцнення ґрунту і стійкості.