Разработка новых методических подходов к оценке устойчивости геотехнических систем и управлению их свойствами

Для определения параметров деформационной неустойчивости в песчаных и глинистых грунтах в условиях простого сдвига была разработана методика определения точки неустойчивости в терминах соотношения напряжений. Она основана на анализе траекторий напряженного состояния и выделении участков (зон напряжений), связанных с изменением преобладающего механизма деформирования грунта. На полученной траектории можно выделить 3 участка: локальных сдвигов, активной перестройки порового пространства и сдвига по сформированным зонам. Эта методика также хорошо адаптируется для определения параметров деформационной неустойчивости по результатам трехосного сжатия по консолидировано-недренированной схеме. По результатам проведенных испытаний показано, что положение точек неустойчивости в плоскости эффективных напряжений при простом сдвиге – так же, как и при трехосном сжатии – описывается прямой и количественно характеризуется коэффициентом напряжений, зависящим от вида грунта, но не зависящим от сжимающих напряжений. И этот показатель не зависит от скорости сдвигового деформирования в диапазоне 0,01-3 мм/мин вплоть до достижения точки неустойчивости. Разработаны основы нового методического подхода к пространственному моделированию неоднородности свойств массивов грунтов как основы их принципиально нового геотехнического моделирования. Для научного понимания природы и закономерностей неоднородности грунтов в массиве необходимо сформировать и проанализировать поля параметров свойств грунтов. Представлена новая методология такого исследования, основанная на инженерно-геологическом 3D-моделировании и геостатистическом подходе, включающем вариограммный анализ и методы статистического моделирования. Показано, что важнейшее значение имеет правильное выделение в модели основных структурных зон - геолого-генетических комплексов, разделенных жесткими, фиксированными в пространстве геологическими границами и диффузными, постепенными граничными переходами между фациями. Затем геологическая модель массива трансформируется в его инженерно-геологическую модель путем наложения на основные структурные зоны полей изменчивости существенных признаков грунтов – показателей их инженерно-геологических свойств. Разработанный подход опробован на примере изменчивых и сложно построенных объемов четвертичных флювиогляциальных, озерно-ледниковых и полигенетических отложений в пределах единого массива. Проанализированы возможности применения технологии "масс-стабилизации" для решения задач преобразования свойств слабых грунтов (глина, торф, ил, просадочный лесс и др.) Этот способ глубинного перемешивания грунтов отличается от других методов (включая буросмесительную технологию с образованием стабилизированных колонн грунта). С помощью специального оборудования выполняется разрыхление грунта непосредственно в массиве без его извлечения. Одновременно в разрыхленный грунт нагнетается вяжущее. Универсальным метод делает тот факт, что закреплению подвергается весь объем слабого грунта, что невозможно при использовании других технологий.