На заре становления отечественной геотехники, а это происходило в прошлом веке, темпы индустриализации предъявляли требование к быстрому решению задач по строительству зданий и сооружений. Экспресс-методы получения характеристик грунтов с использованием полевой лаборатории Литвинова непосредственно на объекте; камеральные аналоги этих приборов в лаборатории в виде компрессионного и срезового приборов позволяли быстро получать минимальный набор исходных данных для решения основных задач — расчёта осадки и оценки устойчивости. Несмотря на появившиеся в СССР ещё в 30-х годах приборы трёхосного сжатия, они не находили себе применение, поскольку не выдерживали конкуренции с более простыми приборами. Отсутствие доступных для инженеров решений сложных геотехнических задач приводило к использованию упрощённых расчётных методик и взаимному подстраиванию их с методами испытаний. Так, например, сложное напряжённое состояние под штампом (фундаментом) проще было определять эквивалентной характеристикой — штамповым модулем деформаций. Из курса механики грунтов известно, что под штампом формируется уплотнённое ядро, которое по мере нагружения формирует зоны сдвигов. В то же время под краями штампа всегда большие контактные напряжения приводят к формированию областей пластических деформаций. Описать такое многообразие процессов, происходящих во время нагружения, одной-двумя константами достоверно не получится. Но если использовать эквивалентный показатель типа коэффициента постели (отклик среды на конкретное воздействие) в виде штампового модуля, то в общем более или менее приемлемый результат получить можно. Проблема только в том, что эквивалентная характеристика требует коэффициента перехода при решении задачи с другим размером штампа.
Аналогичная ситуация формировалась в области расчётов. Принцип послойного суммирования на основании постоянного модуля деформации, как достаточно простой вариант расчёта, был предложен несколько десятилетий назад и до сих пор повсеместно применяется на практике.
С недавнего времени начали приобретать популярность среди расчётчиков модели Hardening Soil (HS) и Soft Soil (SS). Прежде всего, это связано с активной застройкой в черте города и необходимостью правильно и экономически целесообразно рассчитать котлован и оценить влияние на соседние здания, для чего требуется модель HS. Другая модель — SS — чаще требуется в расчётах насыпей и дамб на слабом основании и позволяет достоверно определить осадку. Однако сложившаяся парадигма эквивалентной характеристики грунта в виде постоянного значения модуля деформации затрудняет восприятие преимуществ новых моделей.
Более простая модель SS позволяет учесть нелинейную зависимость между напряжениями и деформацией, что очень важно для слабых грунтов (IL > 0,5) при расчётах осадки. Удобство модели в том, что компрессионную кривую не вводят по точкам, а задают с помощью одного значения — логарифмического коэффициента λ*, который позволяет модели восстановить компрессионную кривую благодаря математическим свойствам логарифма. Этот подход описан еще в 1963 году в учебнике по механике грунтов Н. А. Цитовича. Кроме того, модель оперирует модулем упругости, который в виде кривой ветви разгрузки по аналогии с первичной ветвью компрессионной кривой задаётся одним значением κ*. Таким образом, модель SS может корректно оценивать задачи с разгрузкой и повторным загружением.
Появившаяся позднее модель HS оказалась очень популярной во всём мире. Несмотря на некоторые недостатки (совершенных моделей нет), она очень хорошо описывает поведение грунта как в расчётах осадки, так и в расчётах котлованов. Модель HS оперирует не понятием «модуль деформации», а, скорее, понятием «жёсткость грунта», в которое вкладывается иной смысл. Например, входной параметр Eoedref можно интерпретировать не как модуль деформации, а как цифровое значение для восстановления моделью компрессионной кривой. Это означает, что введённые пользователем значения опорной жёсткости Eoedref, опорного давления Pref и параметра m позволяют модели восстановить компрессионную кривую. Наличие компрессионной кривой означает учёт переменного модуля деформации. И здесь надо заметить, что расчёт с постоянным модулем деформации вполне возможен, но является весьма трудоёмким. Всякий раз необходимо для каждого слоя определять действующие напряжения (бытовые и от нагрузки) и по компрессионной кривой выбирать правильное значение модуля деформации. На практике этого практически никто не делает, довольствуясь выданным в отчёте по изысканиям модулем деформации (часто в диапазоне 100–300 кПа), который далеко не всегда соответствует решаемой задаче. Поэтому принцип опорного давления в модели HS является достижением 21-го века, когда процесс выбора модуля деформации автоматизирован. Уже не требуется при выполнении лабораторных испытаний геологу запрашивать, а проектировщику выдавать, нагрузки от проектируемого здания. Достаточно провести испытание грунта в компрессионном приборе при больших нагрузках и оцифровать график через указанные параметры. Таким образом достигается универсальность работы программы — учитывается не конкретное напряжённое состояние и его деформационный параметр (модуль деформации), а поведение грунта в большом диапазоне напряжений.
Аналогичный способ восстановления графиков трёхосных испытаний заключается в заданном значении опорной жёсткости E50ref, которая с параметром Rf и прочностными параметрами c и φ позволяет на основе гиперболического закона модели получить стандартный трёхосный график зависимости q-ε. А с учётом параметра m ещё и перестроить его для любого другого давления обжатия. Также модель HS оперирует опорной жёсткостью при разгрузке Eurref по аналогичному принципу восстановления ветви разгрузки-повторного нагружения.
Таким образом, параметры жесткости модели HS Eoedref, E50ref, Eurref и дополнительные параметры Rf, m, c и φ не следует воспринимать как константы в общепринятом представлении. Это не эквивалентный штамповый модуль, или модуль деформации, выдаваемый в отчёте. Это цифровые значения математических уравнений, позволяющих восстанавливать графики соответствующих зависимостей, что обеспечивает современному геотехническому комплексу PLAXIS автоматизацию вычислительного процесса и тем самым универсальность программы при решении сложных геотехнических задач.
Следует отметить, что описанные возможности моделей этим не заканчиваются. У каждой из них есть свои возможности применительно к учёту нестабилизированного (недренированное поведение) и стабилизированного (дренированное поведение) состояния, а также учёт природного и наведённого напряжённого состояния (переуплотнение). Последнее весьма важно при выполнении сравнительных расчётов осадки для плитного и свайного фундамента. Учёт природного напряжённого состояния (переуплотнения) грунтов обеспечивает более реалистичную оценку без излишних перезапасов, что в практике обеспечивает проектировщика возможностью проектировать здания без свайного фундамента, особенно в тех случаях, когда есть уже построенные на плитном фундаменте здания. Традиционный метод послойного суммирования и неучёт природного состояния грунтов приводит к завышению осадки и по критерию допустимого значения требует назначения свайного фундамента.