Повышение качества строительства фундаментов на многолетних мерзлых грунтах. Сравнение результатов численного анализа цифровых моделей с результатами натурных испытаний буроопускных свай на ММГ

Представлены результаты численного моделирования буроопускной стальной сваи диаметром 219 мм из стали марки 09Г2С, выполненного в программном комплексе ANSYS Workbench с учётом как вертикальных, так и комбинированных (вертикальных, горизонтальных и моментных) нагрузок. Моделирование проведено для условий многолетнемерзлых грунтов (ММГ) опытного полигона в г. Якутске и включает двухслойную геологическую модель: сезонно-талый пылеватый песок (0–2 м) и многолетнемерзлый суглинок (2–15 м). Для повышения физической достоверности расчётов использованы упругопластические модели грунтов MO Granular для талого слоя и Cam-Clay для мерзлого, а также учтено наличие цементно-песчаной смеси (ЦПС), заполняющей полость сваи и образующей внешнюю оболочку. Проведено сравнение результатов с данными натурных испытаний 18 свай и с предыдущей моделью, разработанной в MIDAS GTS NX. Показано, что при вертикальной нагрузке 98,1 кН осадка составляет 4,67 мм, а максимальные напряжения 22,24 МПа; при комбинированной нагрузке осадка возрастает до 16,5 мм, а напряжения до 23,5 МПа, локализуясь в зоне контакта «свая–ЦПС–воздух». Все значения значительно ниже предела текучести стали 09Г2С (345 МПа), что подтверждает работоспособность конструкции. Установлено, что применение физически обоснованных моделей грунта в ANSYS обеспечивает более точное описание напряжённо-деформированного состояния по сравнению с упрощённой моделью Мора–Кулона, однако требует калибровки по натурным данным для учёта реальных неоднородностей и дефектов. Результаты работы способствуют повышению качества и надёжности проектирования свайных фундаментов на ММГ, особенно в условиях реализации стратегических инфраструктурных проектов в Арктической зоне РФ.