В ходе эволюции математического описания поведения грунтов произошел качественный переход от простых моделей (линейно-упругая и Мор-Кулон) к так называемым усовершенствованным (англ. Constitutivity model). Эти модели представляют собой различные усовершенствования исходной модели CamClay – шатровой с нелинейным поведением при сжатии и увеличением жесткости в условиях компрессионного сжатия – SoftSoil, SoftSoilCreep, HardeningSoil, HardeningSoilSmall, GeneralHardeningSoil (и аналогичные модели с другими названиями в других программах). В основном эти виды моделей используют гиперболическую зависимость при сдвиге и степенную при сжатии.
В геотехнической литературе советского периода авторы периодически обращались к перспективным на то время возможностям численного моделирования, особенно к методу конечных элементов (МКЭ). Использование этого метода на практике требовало серьезных знаний и доступа к сложным ЭВМ. Об этом, например, говорит в «ГеоИнфо» А.Ф. Ким в статье «Ключевые вопросы в отрасли должны решать геотехники». Основным намерением ученых всегда оставалось стремление к совершенствованию математических моделей, описывающих поведение грунта, что прослеживается в работах Ю.К. Зарецкого, С.С. Вялова, А.Б. Фадеева, А.Г. Шашкина и др.
Однако исторически сложившиеся обстоятельства привели к более активному развитию теорий, принятых за рубежом. Особенно этому способствовало более активное развитие компьютерных технологий и появление различных программ (например, Plaxis в 70-х годах прошлого века). Основоположниками этого направления считаются К. Роскоу, А. Скемптон, К. Терцаги и др.
Формирование и развитие усовершенствованных моделей грунта происходило на протяжении длительного периода времени, а основой для этих моделей стала Механика критических состояний грунта (CSSM) о которой в отечественной литературе очень мало упоминаний (А.Б. Фадеев, В.Г. Федоровский, Н.Я. Денисов, перевод на русский язык статьи П. Мэйна). Наверное, можно выделить в механике грунтов отдельное направление, которое включает в себя и нелинейную механику, механику критических состояний и концепцию нормализованных параметров, а назвать это направление, на мой взгляд, можно «геомеханика». Понятие инженерная геомеханикаопределяет наличие нескольких зависимостей между поведением грунта при различных механических воздействиях, которые объединены в модель грунта, а исходными данными служат не отельные значения абстрактных показателей, а паспорта испытаний грунта в нескольких разных приборах.
Зарождением этого направления можно считать появление в 50-х годах прошлого века математической модели грунта CamClay (модель кембриджской глины) и модели для песков, которые позволили описывать поведение грунтов на более высоком уровне, по сравнению с линейно-упругими и упруго-пластическими моделями типа Linear Elastic и Morh-Columb.
В тоже время усовершенствованные модели грунтов, включенные в коммерческие версии различных геотехнических программ, представляют собой универсальное описание достаточно большого количества вариантов поведения грунтов, но, безусловно, не позволяют точно описывать реальное поведение всего многообразия грунтовых условий. Тем не менее, использование моделей грунта и численного моделирования обеспечивает решение как простых, так и сложных геотехнических задач с более полным анализом (в сравнении с ручным счетом).
Таким образом, с одной стороны, усовершенствованные модели значительно более полно и корректно описывают поведение грунтов по сравнению с ручным счетом, но с другой стороны, являются далеко несовершенными по сравнению с реальным поведением грунтов и для решения разных задач требуют соответствующего выбора той или иной модели. Например, для расчета грунтовых насыпей подходящим вариантом является SoftSoil или SoftSoilCreep; модель для котлованов – HardeningSoil, HardeningSoilSmall, GeneralHardeningSoil; для динамических расчетов есть специальные модели: PM4Sand, UBC3D-PLM, UBCSend и т.д.
Полный тест с подробным разбором использования моделей грунта - на сайте "ГеоИнфо".