Огляд теорії і методів моделювання пружнопластичних основ з врахуванням їх реологічних властивостей

Анотація

Проведено систематичний огляд сучасних теоретичних підходів і чисельних методів моделювання взаємодії споруд з пружнопластичними ґрунтовими основами з урахуванням їх реологічних властивостей. Відстежено еволюцію наукових уявлень від класичних спрощених моделей (модель постелі Вінклера, лінійно-пружний півпростір) до сучасних узагальнених в'язкопружнопластичних формулювань. Проаналізовано основні класи реологічних моделей ґрунту (консолідація, лінійна та нелінійна повзучість, об'єднані в'язкопластичні теорії) та сфери їх застосування, а також здійснено систематизацію методів чисельного моделювання основ із особливою увагою до методу скінченних елементів та його модифікацій. Наведено порівняльний аналіз десяти найпоширеніших реологічних моделей, що використовуються в сучасній геомеханіці, з оцінкою їхніх можливостей і обмежень. Огляд виявив, що точний прогноз напруженодеформованого стану «споруда–основа» неможливий без врахування реологічних явищ (повзучості, консолідації), особливо для навантажених або слабких ґрунтів. Показано, що поступове ускладнення моделей – від пружних до в'язкопластичних – підвищує відповідність розрахунків реальній поведінці основ, проте супроводжується зростанням кількості параметрів і складністю їх експериментального визначення. Встановлено, що існуючі «уніфіковані» моделі потребують трудомісткої калібровки, яка обмежує їх практичне застосування. Серед актуальних проблем – недостатня адаптованість моделей для нестандартних ґрунтів (органічних, насипних, мерзлих), необхідність врахування анізотропії та циклічних впливів, підвищення точності довготривалих прогнозів. Перспективними напрямами вдосконалення є розробка мультимасштабних підходів, що поєднують мікро- і макромеханіку ґрунту, та інтеграція методів машинного навчання для автоматизації підбору параметрів моделей. Впровадження таких рішень підвищить надійність розрахунків і економічну ефективність проєктування у складних геотехнічних умовах.