astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2025-2-50-63hrflzdast-195Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONРасчет вязкоупругого водонасыщенного глинистого основания при действии полосовой нагрузкиAnalysis of a viscoelastic water-saturated clay foundation subjected to a strip loadhttps://orcid.org/0009-0007-5433-2405КрижанивскаяТ. В.KrizhanivskayaTatiana V.

Крижанивская Татьяна Валерьевна, канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций, 

 ул. Володарского, 38, Тюмень, 625000.

Tatiana V. Krizhanivskaya, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor in the Department of Building Structures, 

 38, Volodarskogo St., Tyumen, 625000.

krizhanivskajatv@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0141-7452ВоронцовВ. В.VorontsovViacheslav V.

Воронцов Вячеслав Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций, 

ул. Володарского, 38, Тюмень, 625000.

Viacheslav V. Vorontsov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor in the Department of Building Structures, 

38, Volodarskogo St., Tyumen, 625000.

vorontsovvv@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2941-3402ТайехБ. А.TayehBassam A.

Тайех Бассам А., PhD, профессор, 

ул. Гамаля Абдель Насера, Газа.

Bassam A. Tayeh, PhD, Professor, 

 Gamal Abdel Nasser St., Gaza.

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationИсламский университет ГазыПалестинаIslamic University of GazaPalestinian Territory, Occupied202528062025525063Copyright © Крижанивская Т.В., Воронцов В.В., Тайех Б.А., 20252025Крижанивская Т.В., Воронцов В.В., Тайех Б.А.Krizhanivskaya T.V., Vorontsov V.V., Tayeh B.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/195

Проектирование зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых основаниях сопряжено с необходимостью расчета напряженно-деформированного состояния грунтов во времени в связи с процессами консолидации. Для таких грунтов характерно свойство ползучести, соответственно, одним из перспективных подходов к моделированию основания является представление его с позиций вязкоупругости. В результате численного анализа определен параметр для решения трансцендентного уравнения немонотонной функции, описывающей вязкоупругие механические свойства водонасыщенного суглинка. Проведено сопоставление экспериментальных данных поровых давлений с данными, полученными из решения функции времени (максимальное расхождение составляет 4.44 %). Получена механическая характеристика (универсальный параметр кинематической модели грунта), которую в дальнейшем можно использовать для полного расчета напряженно-деформированного состояния вязкоупругого водонасыщенного основания. Предложенный подход, несомненно, имеет практическое значение при проектировании и строительстве инженерных объектов.

Designing buildings and structures on weak, water-saturated clay foundations necessitates calculating the stress-strain state of soils over time, considering consolidation processes. These soils exhibit creep behavior, respectively, making a viscoelastic representation of the foundation a promising modeling approach. Numerical analysis identified a parameter for solving the transcendental equation of a nonmonotonic function that describes the viscoelastic mechanical properties of the water-saturated clay loam. Experimental pore pressure data were compared with data obtained from the solution of the time function, with a maximum discrepancy of 4.44 per cent. A mechanical characteristic (a universal parameter of the kinematic soil model) obtained in this study can be used in future to fully calculate the stress-strain state of viscoelastic, water-saturated foudations. The proposed approach undoubtedly holds practical value in the design and construction of engineering structures.

водонасыщенное глинистое основаниевязкоупругие свойства грунтафункции изображения и оригиналаметод ломаныхwater-saturated clay foundationviscoelastic soil propertiesoriginal function and its transformbroken line methodReferencesТер-Мартиросян З. Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов. Москва: Недра; 1986. 292 с.Ter-Martirosyan Z. G. Prediction of mechanical processes in multiphase soil masses. Moscow: Nedra; 1986. (In Russ.)Тер-Мартиросян З. Г., Тер-Мартиросян А. З., Лузин И. Н. Напряженно-деформированное состояние конечной прямоугольной области под действием равномерно распределенной полосовой нагрузки. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2018;(2):6–13. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35417650.Ter-Martirosyan Z. G., Ter-Martirosyan A. Z., Luzin I. N. The stress-strain state of a finite rectangular domain under a uniformly distributed strip load. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2018;55(2):68–75. https:// doi.org/10.1007/s11204-018-9505-5Тер-Мартиросян З. Г., Филиппов К. А. Решение задачи осадки сваи под действием вертикальной статической нагрузки с учетом пластических свойств грунтов основания. Вестник МГСУ. 2022;17(7):871–881. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.7.871-881Ter-Martirosyan Z. G., Filippov K. A. A solution to the problem of pile settlement caused by vertical static loading with consideration to plastic properties of the foundation soil. Vestnik MGSU. 2022;17(7):871–881. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.7.871-881Абелев М. Ю., Аверин И. В., Коптева О. В. Сравнение результатов полевых и лабораторных исследований характеристик деформируемости глинистых грунтов. Промышленное и гражданское строительство. 2019;(6):40–45. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.06.40-45Abelev M. Yu., Averin I. V., Kopteva O. V. Comparison of field and laboratory studies results of the clay soils deformability characteristics. Industrial and Civil Engineering. 2019;(6):40–45. (In Russ.) https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.06.40-45Абелев М. Ю., Аверин И. В., Абелев К. М., Чунюк Д. Ю., Алмазов А. А. Строительство на слабых водонасыщенных глинистых грунтах. Москва: Издательство АСВ; 2023. 170 с. ISBN 978-5-4323-0483-4. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=54107159.Abelev M. Yu., Averin I. V., Abelev K. M., Chunyuk D. Yu., Almazov A. A. Construction on weak, saturated clay soils. Moscow: Izdatel'stvo ASV; 2023. ISBN 978-5-4323-0483-4. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54107159.Жусупбеков А. Ж., Улицкий В. М., Дьяконов И. П., Николаева М. В. Получение физико-механических характеристик лимногляциальных отложений Санкт-Петербурга для математической модели грунта. Вестник гражданских инженеров. 2023;(2):44–55. https://doi.org/10.23968/1999-5571-2023-20-2-44-55Zhussupbekov A. Zh., Ulitsky V. M., Dyakonov I. P., Nikolaeva M. V. Obtaining the physical and mechanical characteristics of limnoglacial deposits in St. Petersburg for constructing a soil mathematical model. Bulletin of Civil Engineers. 2023;(2):44–55. (In Russ.) https://doi.org/10.23968/1999-5571-2023-20-2-44-55Шашкин А. Г., Шашкин К. Г., Васенин В. А. О предсказательной способности моделей механики грунтов. В сб.: Сергеевские чтения. Фундаментальные и прикладные вопросы современного грунтоведения: Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Санкт-Петербург, 31 марта – 01 апреля 2022 года. Москва: Геоинфо; 2022. С. 326–332. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48425502.Shashkin A. G., Shashkin K. G., Vasenin V. A. On the predictive capability of soil mechanics models. In: Sergeevskie chteniya. Fundamental'nye i prikladnye voprosy sovremennogo gruntovedeniya: Materialy godichnoy sessii Nauchnogo soveta RAN po problemam geoekologii, inzhenernoy geologii i gidrogeologii, Saint Petersburg, 31 March – 01 April, 2022. Moscow: Geoinfo; 2022. P. 326–332. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48425502.Востриков К. В., Смолин Ю. П., Клименок А. В. К методике разделения фильтрационной консолидации и ползучести скелета водонасыщенных грунтов. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2018;(3):70–76. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43112611.Vostrikov K. V., Smolin J. P., Klimenok A. V. The separation technique of filtration consolidation and creep of saturated soils skeleton. Siberian Transport University Bulletin. 2018;(3):70–76. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43112611.Воронцов В. В., Набоков А. В., Овчинников В. П., Твердохлеб С. А. Результаты компрессионного сжатия слабых водонасыщенных глинистых макрообразцов с применением «грунтового замка». Научно-технический вестник Поволжья. 2015;(1):60–65. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23136613.Vorontsov V. V., Nabokov A. V., Ovchinnikov V. P., Tverdokhleb S. A. Results of compression pressure weak watersaturated clay macro sample using the "ground lock". Scientific and Technical Volga Region Bulletin. 2015;(1):60– 65. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23136613.Твердохлеб С. А., Воронцов В. В. Результаты лабораторного исследования консолидации слабого водонасыщенного глинистого макрообразца удаленного от дневной поверхности. В сб.: Актуальные проблемы архитектуры, строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири: Сборник материалов международной научно-практической конференции: в 2 томах. Том 1. Тюмень, 23 апреля 2015 года. Тюмень: Тюменский государственный архитектурно-строительный университет; 2015. С. 64–72.Tverdokhleb S. A., Vorontsov V. V. Laboratory test results on the consolidation of a soft, water-saturated clay macro-sample from a significant depth. In: Aktual'nye problemy arkhitektury, stroitel'stva, ekologii i energosberezheniya v usloviyakh Zapadnoy Sibiri: Sbornik materialov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii: in 2 vol. Vol. 1. Tyumen, 23 April, 2015. Tyumen: Tyumen State University of Architecture and Civil Engineering; 2015. P. 64–72. (In Russ.)Maltseva T., Nabokov A., Vatin N. Consolidation of water-saturated viscoelastic subgrade. Magazine of Civil Engineering. 2024;(1):12502. https://doi.org/10.34910/MCE.125.2Maltseva T., Nabokov A., Vatin N. Consolidation of water-saturated viscoelastic subgrade. Magazine of Civil Engineering. 2024;(1):12502. https://doi.org/10.34910/MCE.125.2Демин В. А. Экспериментальное и теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния двухфазной вязкоупругой среды: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург; 2005. 30 с. URL: https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01002930116?page=1&rotate=0&theme=white.Demin V. A. Experimental and theoretical study of the stress-strain state of a two-phase viscoelastic medium: Dissertation abstract for the candidate of technical sciences degree. St. Petersburg; 2005. (In Russ.) URL: https:// viewer.rsl.ru/ru/rsl01002930116?page=1&rotate=0&theme=white.Мальцева Т. В., Краев А. Н., Жайсамбаев Е. А. Моделирование механических процессов в грунтовом основании с учетом вязкоупругих свойств грунта. В сб.: XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике: сборник тезисов докладов: в 4 т. Том 3. Министерство науки и высшего образования РФ; Российская академия наук; Российский национальный комитет по теоретической и прикладной механике; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург, 21–25 августа 2023 года. Санкт-Петербург: Политех-Пресс; 2023. С. 137–141.Maltseva T. V., Kraev A. N., Zhaisambayev E. A. Modeling of mechanical processes in a soil base taking into account the viscoelastic properties of soil. In: XIII Vserossiyskiy s"ezd po teoreticheskoy i prikladnoy mekhanike: sbornik tezisov dokladov: in 4 vol. Vol. 3. Ministerstvo nauki i vysshego obrazovaniya RF; Rossiyskaya akademiya nauk; Rossiyskiy natsional'nyy komitet po teoreticheskoy i prikladnoy mekhanike; Sankt-Peterburgskiy politekhnicheskiy universitet Petra Velikogo. Saint Petersburg, 21–25 August, 2023. St. Petersburg: Polytech Press; 2023. P. 137–141. (In Russ.)Крижанивская Т. В., Бай В. Ф., Мальцева Т. В., Коркишко А. Н. Расчет водонасыщенных грунтовых оснований. Тюмень: Тюменский индустриальный университет; 2020. 141 с. ISBN 978-5-9961-2344-5.Krizhanivskaya T. V., Bai V. F., Maltseva T. V., Korkishko A. N. Calculation of water-saturated soil foundations. Tyumen: Industrial University of Tyumen; 2020. ISBN 978-5-9961-2344-5. (In Russ.)Зарецкий Ю. К. Теория консолидации грунтов. Москва: Наука; 1967. 268 с.Zaretsky Yu. K. Theory of soil consolidation. Moscow: Nauka; 1967. (In Russ.)Парамонов В. Н. Метод конечных элементов при решении нелинейных задач геотехники. СанктПетербург: ГК «Геореконструкция»; 2012. 264 с. ISBN: 978-5-9902005-4-8. URL: http://georeconstruction.ru/books/paramonov.pdf.Paramonov V. N. Finite element method for solving nonlinear geotechnical problems. Saint Petersburg: GK "Georekonstruktsiya"; 2012. (In Russ.) URL: http://georeconstruction.ru/books/paramonov.pdf.Тер-Мартиросян З. Г., Тер-Мартиросян А. З., Ермошина Л. Ю. Осадка и длительная несущая способность сваи с учетом реологических свойств грунтов. Construction and Geotechnics. 2022;13(1):5–15. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2022.1.01Ter-Martirosyan Z. G., Ter-Martirosyan A. Z., Ermoshina L. Yu. Settlement and long-term bearing capacity of the pile taking into account the rheological properties of soils. Construction and Geotechnics. 2022;13(1):5–15. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2022.1.01Тер-Мартиросян З. Г., Тер-Мартиросян А. З., Дам Х. Х. Взаимодействие баретты c многослойным окружающим и подстилающими грунтами c учетом упругих и упруго-вязкопластических свойств. Вестник МГСУ. 2022;17(9):1135–1144. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.9.1135-1144Ter-Martirosyan Z. G., Ter-Martirosyan A. Z., Dam H. H. Interaction between a barrette and multilayered surrounding and underlying soils, taking into account their elastic and elastic-viscoplastic properties. Vestnik MGSU. 2022;17(9):1135–1144. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.9.1135-1144Тер-Мартиросян З. Г., Тер-Мартиросян А. З., Сидоров В. В., Алмакаева А. С. Определение упруговязкопластических параметров грунтов по результатам испытаний на крутильный срез. Промышленное и гражданское строительство. 2022;(10):45–55. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.10.45-55Ter-Martirosyan Z. G., Ter-Martirosyan A. Z., Sidorov V. V., Almakayeva A. S. Determination of elastic-visco-plastic parameters of soils based on the results of torsional shear tests. Industrial and civil engineering. 2022;(10):45– 55. (In Russ.) https://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.10.45-55Jia-Cai Liu, Guo-Hui Lei, Xu-Dong Wang. One-dimensional consolidation of visco-elastic marine clay under depth-varying and time-dependent load. Marine Georesources & Geotechnology. 2015;33(4):337–347. https://doi.org/10.1080/1064119X.2013.877109Jia-Cai Liu, Guo-Hui Lei, Xu-Dong Wang. One-dimensional consolidation of visco-elastic marine clay under depth-varying and time-dependent load. Marine Georesources & Geotechnology. 2015;33(4):337–347. https://doi.org/10.1080/1064119X.2013.877109Xiao-mi Li, Qian-qing Zhang, Shan-wei Liu. Semianalytical solution for long-term settlement of a single pile embedded in fractional derivative viscoelastic soils. International Journal of Geomechanics. 2021;21(2): 04020246. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001906Xiao-mi Li, Qian-qing Zhang, Shan-wei Liu. Semianalytical solution for long-term settlement of a single pile embedded in fractional derivative viscoelastic soils. International Journal of Geomechanics. 2021;21(2): 04020246. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001906Трефилина Е. Р., Трефилин И. А. Строительство зданий и сооружений на двухфазных упругих основаниях. Архитектура, строительство, транспорт. 2021;(1):20–29. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46409676Trefilina E. R., Trefilin I. A. Construction of buildings and structures on two-phase elastic bases. Architecture, Construction, Transport. 2021;(1):20–29. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46409676Гладков А. Е., Мальцева Т. В., Исакова Н. П. Методика определения механических характеристик вязкоупругих грунтов. Архитектура, строительство, транспорт. 2023;(4):26–33. https://doi.org/10.31660/2782232X-2023-4-26-33Gladkov A. E., Maltseva T. V., Isakova N. P. Method for determining the mechanical characteristics of viscoelastic soils. Architecture, Construction, Transport. 2023;(4):26–33. https://doi.org/10.31660/2782-232X-2023-4-26-33Мальцев Л. Е., Бай В. Ф., Мальцева Т. В. Кинематическая модель грунта и биоматериалов. СанктПетербург: Стройиздат; 2002. 336 с.Maltsev L. E., Bai V. F., Maltseva T. V. Kinematic model of soil and biomaterials. Saint Petersburg: Stroyizdat; 2002. (In Russ.)Мальцева Т. В. Математическая теория водонасыщенного грунта. Тюмень: Вектор Бук; 2012. 240 с.Maltseva T. V. Mathematical theory of saturated soil. Tyumen: Vector Book; 2012. (In Russ.)Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд. Москва: Наука; 1976. 279 c.Adler Yu. P., Markova E. V., Granovsky Yu. V. Planning an experiment in the search for optimal conditions. 2nd edition. Moscow: Nauka; 1976. (In Russ.)Воронцов В. В. Вертикальное армирование деятельного слоя в основании дорожной конструкции: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тюмень: Тюменский государственный архитектурно-строительный университет; 2006. 175 с.Vorontsov V. V. Vertical reinforcement of the active layer at the base of the road structure: Dissertation for the candidate of technical sciences degree. Tyumen: Tyumen State University of Architecture and Civil Engineering; 2006. (In Russ.)Мальцева Т. В., Парфенова Т. В. Влияние точек совпадений в методе ломаных на обусловленность матрицы. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2002;(3):101–106. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22897092.Maltseva T. V., Parfenova T. V. Influence of coincidence points in the method of lines on matrix conditioning. Oil and Gas Studies. 2002;(3):101–106. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22897092.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.