ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ НАДЕЖНОСТИ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-140-2-66-77Ключевые слова:
основания и фундаменты, инженерно-геологические условия, деформации, несущий слой грунта, осадки зданий и сооружений, неравномерность осадок, вероятностные методы, надежность зданийАннотация
Вопросы обеспечения надежности и долговечности зданий и сооружений традиционно занимают центральное место в геотехнической практике, поскольку любые деформации оснований фундаментов способны привести к серьезным эксплуатационным проблемам и значительным материальным потерям. В соответствии с действующим ГОСТ 27751-2014 [1] оценку надежности грунтового основания предписывается выполнять с использованием вероятностно-статистических методов, предполагающих наличие полной информации о распределениях случайных величин, характеризующих физико-механические свойства грунтов и внешние нагрузки. Однако реальная ситуация в области инженерно-геологических изысканий часто сопряжена с дефицитом исходных данных, ограниченным объемом испытаний и существенной пространственной изменчивостью параметров массива грунта, что делает прямое применение классических статистических подходов затруднительным или некорректным [4, 6].
Особую сложность представляет оценка надежности по критерию осадки, поскольку основание фундамента функционирует не изолированно, а как неотъемлемое звено единой механической системы «основание – фундамент – надземная конструкция», где взаимодействие элементов носит сложный нелинейный характер [4]. При этом в нормативной и методической литературе отсутствуют четкие практические рекомендации по выполнению вероятностных расчетов надежности для грунтовых оснований в условиях ограниченной статистической информации о свойствах грунтов и параметрах нагрузок [4]. Это обстоятельство существенно сдерживает внедрение риск-ориентированного подхода при проектировании и эксплуатации объектов капитального строительства. Грунты относятся к наиболее изменчивым из всех инженерных материалов, что делает их весьма восприимчивыми к вероятностной обработке, однако при ограниченных данных классические вероятностные методы уступают место альтернативным подходам, основанным на теории нечетких множеств и теории возможностей [6, 10, 11].
В связи с изложенным, целью настоящей работы является аналитический обзор существующих методов оценки надежности основания и фундаментов, применимых на стадии эксплуатации при неполных исходных данных [6, 13, 15]. Особое внимание уделяется сравнительной характеристике подходов, их преимуществам и недостаткам, а также возможностям адаптации для решения практических задач геотехнического мониторинга. Результаты обзора призваны обосновать выбор наиболее рациональных расчетных схем и способов учета неопределенности, что позволит повысить достоверность прогноза осадок и безопасность принимаемых инженерных решений.
Библиографические ссылки
Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения : ГОСТ 27751-2014. – Введ. 01.07.2015. – М. : Стандартинформ, 2015. – 24 с.
Ермолаев, Н. Н. Надежность оснований сооружений / Н. Н. Ермолаев, В. В. Михеев. – Л. : Стройиздат, 1976. – 152 с.
Шейнин, В. И. Подход к оцениванию надежности в инженерных расчетах оснований / В. И. Шейнин, Ю. В. Лесовой, В. В. Михеев // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1990. – № 1. – С. 24–26.
Уткин, В. С. Расчет надежности основания фундамента, сложенного просадочными грунтами, по критерию деформации с учетом изменчивости толщ слоев грунта / В. С. Уткин, А. А. Каберова // Справочник. Инженерный журнал. – 2015. – № 11. – С. 17–22.
Гарагаш, Б. А. Надежность систем «Основание – сооружение» / Б. А. Гарагаш. – М. : Ассоциация строительных вузов, 2012. – Т. 1. – 413 с.
Уткин, В. С. Расчет надежности грунтовых оснований фундаментов зданий и сооружений по критерию деформации при ограниченной информации о нагрузках и грунтах / В. С. Уткин // Инженерно-строительный журнал. – 2016. – № 1 (61). – С. 4–13.
Гарагаш, Б. А. Надежность систем «Основание–сооружение» / Б. А. Гарагаш. – М. : Ассоциация строительных вузов, 2012. – Т. 2. – 471 с.
Уткин, В. С. Нечеткие множества и теория возможностей в расчетах надежности строительных конструкций / В. С. Уткин, Н. Л. Галаева. – Вологда : ВоГТУ, 2008. – 160 с.
Zadeh, L. A. Fuzzy sets as a basis for a theory of possibility / L. A. Zadeh // Fuzzy Sets and Systems. – 1978. – Vol. 1. – P. 3–28.
Уткин, В. С. Расчет надежности механических систем при ограниченной статистической информации / В. С. Уткин, Л. В. Уткин. – Вологда : ВоГТУ, 2008. – 188 с.
Альберт, И. У. Численная оценка вероятности отказа системы «сооружение – сейсмоизолирующий фундамент – основание» при сейсмических воздействиях / И. У. Альберт // Вестник гражданских инженеров. – 2008. – № 1 (14). – С. 17–24.
Уткин, В. С. Расчет надежности грунтового основания фундаментов по критерию несущей способности / В. С. Уткин // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2014. – № 4. – С. 23–27.
Уткин, В. С. Расчет надежности фундаментов машин по критериям прочности грунта основания и амплитудам колебаний при ограниченной статистической информации / В. С. Уткин // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2013. – Vol. 9, No. 4. – С. 226–237.
Уткин, В. С. Расчет надежности грунтовых оснований и фундаментов машин при ограниченной информации на стадии эксплуатации / В. С. Уткин, Л. В. Уткин. – Вологда : ВоГТУ, 2013. – 124 с.
Уткин, В. С. Расчет надежности оснований фундаментов, сложенных набухающими грунтами, по критерию деформации (общей осадки) / В. С. Уткин, А. А. Каберова // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2015. – Vol. 11, No. 3. – P. 116–125.
Уткин, В. С. Расчет надежности оснований и фундаментов при различной информации. – Германия : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. – 100 с.
Уткин, В. С. Сборник примеров расчета надежности несущих элементов зданий / В. С. Уткин, О. В. Ярыгина. – Вологда : ВоГТУ, 2015. – 83 с.
Baecher, G. B. Reliability and Statistics in Geotechnical Engineering / G. B. Baecher, J. T. Christian. – Hoboken, NJ : Wiley, 2003. – 605 p.
Phoon, K. K. Performance of reliability-based design code for mats for foundations in layered soils / K. K. Phoon, J. Ching, J. R. Chen // Computers and Structures. – 2013. – Vol. 126. – P. 100–106.
Phoon, K. K. Development of a reliability-based design framework for transmission line structure foundations / K. K. Phoon, F. H. Kulhawy, M. D. Grigoriu // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. – 2003a. – Vol. 129, No. 9. – P. 798–806.
Naghibi, M. Geotechnical resistance factors for ultimate limit state design of deep foundations in cohesive soils / M. Naghibi, G. A. Fenton // Canadian Geotechnical Journal. – 2011. – Vol. 48, No. 11. – P. 1729–1741.
Eryilmaz, S. Stress strength reliability in the presence of fuzziness / S. Eryilmaz, G. Y. Tütüncü // Journal of Computational and Applied Mathematics. – 2015. – Vol. 282. – P. 262–267.
Li, G. A fuzzy reliability approach for structures based on the probability perspective / G. Li, Z. Lu, J. Xu // Structural Safety. – 2015. – Vol. 54. – P. 10–18.
Gao, P. Fuzzy dynamic reliability model of dependent series mechanical systems / P. Gao, S. Yan // Advances in Mechanical Engineering. – 2013. – Vol. 5. – P. 685721.
Wang, X. Safety estimation of structural systems via interval analysis / X. Wang, L. Wang, Z. Qiu // Chinese Journal of Aeronautics. – 2013. – Vol. 26, No. 4. – P. 911–918.
Строительные правила. Общие положения по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений : СП 5.01.01-2023. – Введ. 27.02.2023. – Минск : Минстройархитектуры Республики Беларусь : Стройтехнорм, 2023. – 150 с.
Hansen, J. B. Code of Practice for Foundation Engineering / J. B. Hansen. – Copenhagen : Danish Geotechnical Institute, 1966. – 45 p.
Faber, M. Reliability Based Code Calibration / M. Faber, J. Sorensen. – Aalborg : Aalborg University, 2002. – 17 p.
Гуров, С. В. Надежность систем при неполной информации / С. В. Гуров, Л. В. Уткин. – СПб. : Любавич, 1999. – 166 с.
Shafer, G. A Mathematical Theory of Evidence / G. Shafer. – Princeton : Princeton University Press, 1976. – 297 p.
Smets, P. What is Dempster-Shafer's model? / P. Smets // Advances in the Dempster-Shafer Theory of Evidence. – 1994. – P. 5–34.
Dempster, A. P. Upper and lower probabilities induced by a multivalued mapping / A. P. Dempster // Annals of Mathematical Statistics. – 1967. – Vol. 38. – P. 325–339.
Jiang, C. An evidence-based reliability analysis method for uncertain structures / C. Jiang, Z. Zhang, X. Han // Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics. – 2013. – Vol. 45, No. 1. – P. 103–115.
A response surface approach for structural reliability analysis using evidence theory / Z. Zhang, C. Jiang, X. Han [et al.] // Advances in Engineering Software. – 2014. – Vol. 69. – P. 37–45.
Уткин, Л. В. Анализ риска и принятие решений при неполной информации / Л. В. Уткин. – СПб. : Наука, 2007. – 404 с.
Faber, M. H. Reliability Based Code Calibration / M. H. Faber, J. D. Sørensen. – Aalborg : Aalborg University, 2002. – 17 p.
NRCC. National Building Code of Canada. – Ottawa : National Research Council of Canada (NRCC), 2005. – 600 p.
CGS. Canadian Foundation Engineering Manual. – Montreal, Quebec : Canadian Geotechnical Society, 2006. – 520 p.
AASHTO. LRFD Bridge Design Specifications. – 9th ed. – Washington, D.C. : American Association of State Highway and Transportation Officials, 2020. – 1200 p.
CEN. EN 1990:2002 Eurocode – Basis of structural design. – Brussels : European Committee for Standardization, 2002. – 87 p.
CEN. EN 1997-1:2004 Eurocode 7 – Geotechnical design – Part 1: General rules. – Brussels : European Committee for Standardization, 2004. – 166 p.
CSA. Canadian Highway Bridge Design Code (CHBDC). – Toronto : Canadian Standards Association, 2019. – 1000 p.
Allen, T. M. Development of geotechnical resistance factors and LRFD calibration / T. M. Allen // Geotechnical Engineering for Transportation Projects. – ASCE, 2005. – P. 168–179.
Phoon, K. K. Multiple resistance factor design for shallow foundations / K. K. Phoon, F. H. Kulhawy, M. D. Grigoriu // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. – 2003. – Vol. 129, No. 9. – P. 807–818.
Fenton, G. A. Load and resistance factor design of shallow foundations against bearing failure / G. A. Fenton, D. V. Griffiths, X. Zhang // Canadian Geotechnical Journal. – 2008. – Vol. 45, No. 11. – P. 1556–1571.
Bathurst, R. J. LRFD calibration of soil strength parameters for geotechnical structures / R. J. Bathurst, S. Javankhoshdel // Georisk. – 2017. – Vol. 11, No. 1. – P. 119–133.
Foye, K. C. Assessment of resistance factors for LRFD of shallow foundations / K. C. Foye, R. Salgado, B. Scott // Transportation Research Record. – 2006. – No. 1975. – P. 21–30.
Bathurst, R. J. Calibration concepts for load and resistance factor design (LRFD) of reinforced soil walls / R. J. Bathurst, T. M. Allen, A. S. Nowak // Canadian Geotechnical Journal. – 2008. – Vol. 45, No. 10. – P. 1377–1392.
Основы проектирования строительных конструкций: строительные нормы Республики Беларусь : СН 2.01.01-2022. – Введ. 23.11.2022. – Минск : Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2022. – III, 46 с.
Designer's guide to EN 1997-1 Eurocode 7: Geotechnical design – General rules / R. Frank, C. Bauduin, R. Driscoll [et al.]. – London : Thomas Telford, 2004. – 216 с.
Prästings, A. Characteristic values of geotechnical parameters in Eurocode 7 / A. Prästings, J. Spross, S. Larsson // Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Geotechnical Engineering. – Vol. 172 (4). – 2011. – P. 301–314.
Дереченник, С. С. Численное решение задачи оценивания эмпирической функции распределения для малых выборок с заданной достоверностью / С. С. Дереченник, Н. Н. Мешечек // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2024. – № 1 (133). – С. 67–71. – DOI: 10.36773/1818-1112-2024-133-1-67-71.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
