Расчет в PLAXIS показал снижение сопротивления погружению морских свай до 62%

Динамическое моделирование в PLAXIS 2D показало, что избыточное поровое давление, возникающее при ударах молота, может снижать сопротивление грунта погружению морской монопилы до 62%. Исследование представили на конференции ICSMGE 2026 специалисты Aramco и Venterra Group, передает geo engineer.

Авторы изучали механизм pile run — внезапного неконтролируемого погружения сваи при ее установке. Стандартные методы расчета Soil Resistance to Driving, основанные на анализе данных предыдущих погружений, не учитывают накопление порового давления и связанное с ним снижение эффективных напряжений в грунте.

В качестве исходной модели исследователи использовали метод Maynard et al. 2019 года, разработанный для монопиль большого диаметра. Затем была создана двухмерная осесимметричная связанная динамическая конечно-элементная модель в PLAXIS 2D Ultimate.

В расчете рассматривалась полая стальная монопиля диаметром 8 м, длиной 65 м и толщиной стенки 0,08 м. Ее собственная масса составляла около 10 МН. Погружение моделировалось гидравлическим молотом IHC S-2000 с дополнительной массой около 5,5 МН.

Для моделирования динамического поведения песчаного грунта применялась модель UBC3D-PLM, учитывающая изменение эффективных напряжений и возможность разжижения. Начальное напряженное состояние задавалось с помощью модели Hardening Soil small-strain.

Удары молота моделировались полусинусоидальной нагрузкой с энергией от 200 до 2000 кДж. Частота составляла от 5 до 35 ударов в минуту, общее число ударов — до 125. Расчеты выполнялись для двух значений проницаемости морского грунта, соответствующих крупному песку и смеси мелкого песка с пылеватыми частицами.

При высокой частоте и небольшом числе ударов сопротивление погружению снижалось максимум на 29%, в среднем — на 6,5%. При большом числе ударов снижение достигало 62%, а среднее значение составляло около 29%. Наибольший эффект зафиксирован при энергии удара 2000 кДж и был связан с разжижением глубокого песчаного слоя.

При энергии 200 кДж уменьшение сопротивления не превышало 21%, а при 2000 кДж находилось в диапазоне от 6 до 62%. Частота ударов оказывала значительно меньшее влияние: при одинаковой энергии разница между расчетными значениями составляла в среднем 0,3–1,2%.

Расчет также показал почти линейную зависимость между энергией удара и величиной избыточного порового давления. В грунтах с большей водопроницаемостью давление накапливалось слабее.

По данным моделирования, при высокой энергии удара и низкой проницаемости коэффициент порового давления после десяти ударов превышал значение 0,8, которое использовалось авторами как критерий разжижения. При меньшей энергии этот порог не достигался.

Авторы предлагают учитывать динамическое поровое давление при оценке риска неконтролируемого погружения монопиль и объединять расчетные методы на основе статического зондирования CPT с результатами связанного динамического конечно-элементного моделирования.