Npdpk.ru

Стройжурнал НПДПК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Инженерный метод расчета устойчивости откосов

Инженерный метод расчета устойчивости откосов

Сообщение

Прочность и устойчивость грунтовых массивов. Давление грунтов на ограждения

Содержание материала

  • Прочность и устойчивость грунтовых массивов. Давление грунтов на ограждения
  • Критические нагрузки на грунты основания
  • Начальная критическая нагрузка
  • Нормативное сопротивление и расчетное давление
  • Предельная критическая нагрузка
  • Практические способы расчета несущей способности и устойчивости оснований
  • Понятие о коэффициенте запаса устойчивости откосов и склонов
  • Простейшие методы расчетов устойчивости
  • Учет влияния фильтрационных сил
  • Инженерные методы расчёта устойчивости откосов и склонов
  • Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов
  • Определение активного давления на вертикальную грань стенки для сыпучего грунта и связного грунта, учёт пригрузки на поверхности засыпки
  • Учёт сцепления грунта
  • Все страницы

При определенных условиях может происходить потеря устойчивости части грунтового массива, сопровождающаяся разрушением взаимодействующих с ней сооружений. Это связано с формированием в массиве некоторых областей, где соотношение между действующими напряжениями становится таким, что прочность грунта оказывается исчерпанной.

Оценка устойчивости массива грунтов основывается на анализе напряжений, возникающих в них от собственного веса и проектируемого сооружения, и сопоставлений с предельными их значениями.

Условие предельного равновесия в точке грунтового массива, характеризуются следующими выражениями теории предельного равновесия:

— для песка (4.1)

— для глинистого грунта (4.2)

Эти выражения позволяют дать оценку напряженного состояния грунта, т.е. установить, находится ли грунт в допредельном или предельном состоянии, а, следовательно, на сколько устойчив массив.

Предельное состояние грунта соответствует точке в рис. 4.1а, где осадка S уходит в бесконечность, т.о. теория предельного равновесия исследует только напряженное состояние массива грунтов и не дает возможности определить развивающиеся в нем деформации.

4.1. Критические нагрузки на грунты основания. Фазы напряженного состояния грунтовых оснований

Рассмотрим график зависимости на рис. 4.1, а.

Для связного грунта начальный участок графика Оа будет почти горизонтальным, протяженность этого участка определится величиной структурной прочности грунт, а деформация имеет упругий характер.

При увеличении давления (участок аб) осадка возрастает, развивается процесс уплотнения за счёт уменьшения пористости грунта. Зависимость близка к линейной, осадки стремятся к постоянной величине (4.1, б). Ни в одной точке основания не формируется предельное состояние. Наибольшее напряжение, ограничивающее этот участок, называется начальной критической нагрузкой pнач кр., а изменение нагрузки от 0 до pнач кр. характеризует фазу уплотнения грунта.

При изменении давления под подошвой фундамента от 0 до pнач кр. ни в одной точке основания не возникает предельное состояние, т.е. происходит только уплотнение грунта, что абсолютно безопасно для основания.

При дальнейшем увеличении нагрузки (участок бв рис.4.1, а) в точках, расположенных под краями фундамента, касательные напряжения по некоторым площадкам становятся равными их предельным значениям. По мере возрастания нагрузки эти точки объединяются в зоны, размеры которых увеличиваются. Возникают сдвиговые деформации, имеющие пластический характер. График зависимости всё больше отклоняется от линейного. Участок бв называют фазой сдвигов. Концу этой фазы соответствует ри, называемая предельной критической нагрузкой, при которой в основании образуются замкнутые области предельного равновесия, и происходит потеря устойчивости грунтов, т.е. полное исчерпание несущей способности.

В зависимости от глубины заложения подошвы фундамента d/b очертания областей предельного равновесия имеют различный характер (рис. 4.2).

Нагрузки, соответствующие pнач кр. и ри называют критическими нагрузками, их определяют методами теории предельного равновесия.

4.1.1. Начальная критическая нагрузка

Начальная критическая нагрузка соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента в единственной точке под гранью фундамента возникает предельное состояние.

Выберем в основании точку М (рис. 4.3) и определим такое контактное напряжение р, при котором в этой точке возникнет предельное напряженное состояние.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ СКЛОНОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ И МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Перевощикова Н. А. 1 , Идиятуллин М. М. 2

1 ORCID: 0000-0002-0372-8481, Кандидат геолого-минералогических наук, 2 ORCID: 0000-0003-1273-3722, Магистрант, Санкт-Петербургский государственный университет

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ СКЛОНОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ И МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Аннотация

В статье приводится сравнение результатов расчётов устойчивости двух потенциально оползнеопасных склонов, расположенных в Волгоградской области. Оценка устойчивости склонов выполнена численными и аналитическими методами, в том числе с использованием современного программного комплекса GEO5. Аналитические расчёты производились в соответствии с положениями теории предельного равновесия, тогда как для расчета по численной модели был использован метод снижения прочности. Применение двух принципиально различных расчетных схем позволяет с большей достоверностью оценить устойчивость склонов и перспективы их использования в качестве основания сооружений.

Ключевые слова: расчёт устойчивости, устойчивость склона, методы расчета устойчивости, метод конечных элементов, метод снижения прочности, GEO5.

Perevoshchikova N. A. 1 , Idiyatullin M. M. 2

1 ORCID: 0000-0002-0372-8481, PhD in Geology and Mineralogy, 2 ORCID: 0000-0003-1273-3722, Master student, Saint-Petersburg State University

COMPARATIVE ANALYSIS OF SLOPES’ STABILITY WITH HIGH POTENTIAL RISK OF LANDSLIDE BY THE RESULT OF CALCULATION USING ANALYTICAL METHODS AND FINAL ELEMENT METHOD

Abstract

The article compares results of stability calculations of two slopes in Volgograd region with high potential risk of landslide. Evaluation is accomplished using analytical and numerical methods also using modern GEO5 software. Analytical calculations were made by provisions of Coulomb’s wedge theory, in contrast of numerical model, where was used shear reduction method. Usage of two different calculation schemes renders possible to make a high-precision conclusion about slopes’ stability and about using them as a structure base.

Keywords: stability calculation, slope stability, calculation of stability methods, finite elements method, shear reduction method, GEO5.

При проектировании и строительстве линейных сооружений значительное влияние на их эксплуатационную надёжность оказывает распространение опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Развитие в районе работ особого типа опасных склоновых процессов – оползней – требует углублённого изучения инженерно-геологических особенностей строения оползнеопасных (или потенциально оползнеопасных) участков.

Для проектирования сооружения и мероприятий по инженерной защите склона требуется выполнение оценки устойчивости склона. Количественной мерой устойчивости при этом является величина коэффициента устойчивости (Ку). Расчёт производится при известном положении поверхности скольжения для оползнеопасных склонов или при предполагаемом положении наиболее опасной поверхности скольжения – для потенциально оползнеопасных склонов.

При выполнении инженерно-геологических изысканий для строительства линейного объекта в Волгоградской области было отмечено развитие консеквентных оползней и оползней-оплывин на склонах нескольких крупных балок и оврагов.

В пределах трассы проектируемого сооружения были выявлены два участка, где существует возможность развития оползневых процессов. Их уклон в пределах участка работ достигает 30-35°. Склоны задернованы, на наиболее крутых участках присутствуют проявления осыпей. По совокупности этих признаков, а так же исходя из наличия в районе работ оползневых процессов на аналогичных склонах, склоны были отнесены к потенциально оползнеопасным.

Геологическое строение участка работ характеризуется наличием в разрезе четвертичных отложений аллювиального генезиса, представленных преимущественно песчаными, в меньшей степени глинистыми грунтами. Песчаная фракция представлена мелко- и среднезернистыми песками, средней плотности и плотными, маловлажными. Среди глинистых грунтов выделены супеси пылеватые, суглинки легкие пылеватые и песчанистые, глины легкие пылеватые. Консистенция глинистых отложений от тугопластичной до твёрдой. Залегание преимущественно в виде линз и прослоев мощностью до 2 метров. Помимо аллювиальных отложений, в отдельный инженерно-геологический элемент был выделен почвенно-растительный слой, мощностью 0,8-0,9 м.

Читать еще:  Покраска снежкой откосов по старой краске

Гидрогеологические условия характеризуются наличием водоносного горизонта на отметке менее 110 абс. м (по данным разведочного бурения), что позволяет не учитывать действие подземных вод при расчёте устойчивости склонов.

В качестве механизмов, которые могут привести к интенсификации оползневых процессов, были обозначены изменения гидрогеологических условий (повышение уровня грунтовых вод при изменении условий питания и разгрузки водоносного горизонта), а также антропогенное изменение профиля склона и почвенного покрова в результате инженерной или мелиоративной деятельности человека.

Методы расчёта устойчивости.

Большинство методов расчета устойчивости склона основываются на положениях теории предельного равновесия. При этом грунтовый массив рассматривается с точки зрения критерия прочности Кулона-Мора, согласно которому разрушение грунта происходит в виде сдвига по поверхности с наименьшей несущей способностью. Прочность грунтового массива определяется его прочностными характеристиками: сцеплением и углом внутреннего трения, при этом деформационные характеристики в расчётах по первому предельному состоянию не учитываются. Решение такого рода задач обеспечивается связью между нормальными и касательными напряжениями.

Данный подход применялся при решении поставленной задачи по оценке устойчивости склона аналитическими методами. Несколько другой алгоритм расчёта был использован при выполнении расчётов численным методом конечных элементов (МКЭ). Если первая расчётная схема подразумевает предварительное нахождение потенциальных поверхностей скольжения, а затем выполнение по ним расчёта устойчивости, с определением наименее устойчивой конфигурации склона, то для второй схемы применялся метод снижения прочности (SRM – shear reduction method). Суть данного метода заключается в одновременном снижении показателей прочностных характеристик. При этом возникающие в массиве деформации оцениваются для каждой итерации, вплоть до наступления момента разрушения грунта. Положение поверхности скольжения формируется автоматически, исходя из величины возникающих в массиве деформаций. Таким образом, программой единовременно выполняется расчёт коэффициента устойчивость склона и нахождение наиболее опасной поверхности скольжения [1].

Оценка устойчивости склонов.

В ходе данного исследования были выполнен расчёт устойчивости двух потенциально оползнеопасных склонов по методам Маслова, Шахунянца, Феллениуса-Петтерсона, Спенсера, Бишопа, а также методом конечных элементов.

В качестве исходных данных были приняты материалы инженерно-геологических исследований склона, которые включали: рекогносцировочные маршрутные наблюдения, проходку инженерно-геологических выработок с отбором проб грунтов, определение физико-механических характеристик грунтов в лаборатории и полевые испытания грунтов “in situ” методами статического и динамического зондирования.

Нормативные значения прочностных характеристик грунтов принимались по результатам лабораторного определения сопротивления грунта неконсолидированному срезу, а также по данным статического и динамического зондирования и таблицам СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*». При оценке устойчивости склонов использовались расчетные значения характеристик прочности грунтов (Таблица 1), принятые по первому предельному состоянию.

Расчёт методом Маслова выполнялся вручную. Определение положения наиболее опасной кривой скольжения при этом производилось методом подбора. Графические построения выполнялись в программной среде AutoCAD. Расчеты устойчивости склонов прочими методиками выполнялся в программной среде GEO5.

Таблица 1 – Значения физико-механических характеристик грунтов, используемых при расчёте устойчивости склонов

Выполнение аналитических расчётов в программе GEO5 осуществлялось по двум алгоритмам. В первом случае нахождение наиболее опасной поверхности скольжения производилось программой автоматически (методом подбора). Во втором случае поверхности скольжения задавались вручную. Это позволило сравнить значения коэффициента устойчивости, полученного программой, с результатами ручного расчета. По найденным программой наиболее опасным поверхностям скольжения также был выполнен расчёт вручную.

Решение задачи методом конечных элементов выполнялось программой автоматически, без возможности задания геометрии поверхностей скольжения.

Сравнение результатов расчётов.

Положение предполагаемых кривых скольжения при расчёте методом Маслова показано на инженерно-геологических разрезах потенциально оползнеопасных склонов (рис. 1, 2). Поверхности скольжения №10 и №7 являются наиболее опасными поверхностями скольжения, найденными программой для склонов №1 и №2 соответственно. Примечательно, что их положение оказалось идентичным для каждого аналитического метода, по которому выполнялся расчёт в программе GEO5.

Сравнение результатов расчётов, выполненных аналитическими методами (Таблицы 2, 3) позволяет сделать вывод, что для склона № 1 найдена результирующая для всех методов наиболее опасная поверхность скольжения. Для склона № 2 положения таких поверхностей значительно различаются.

Графические схемы распределения горизонтальных деформаций в расчётных грунтовых моделях на момент потери устойчивости склонов, полученные расчётом по методу конечных элементов (рис. 3, 4) позволяют визуализировать положение поверхности скольжения при более сложной геометрической форме.

Рис. 1 – Инженерно-геологический разрез склона № 1

Рис. 2 – Инженерно-геологический разрез склона № 2

Рис. 3 – Графическая схема распределения горизонтальных деформаций массиве грунта в момент потери устойчивости (склон № 1)

Рис. 4 – Графическая схема распределения горизонтальных деформаций массиве грунта в момент потери устойчивости (склон № 2)

Таблица 2 – Значения коэффициента устойчивости склона № 1, полученные аналитическими методами

Таблица 3 – Значения коэффициента устойчивости склона № 2, полученные аналитическими методами

Сравнение наименьших значений коэффициента устойчивости склонов, рассчитанных различными методами (Таблица 4) позволяет предположить устойчивость склонов в естественном состоянии.

Наименьшие значения получены при расчёте методом Феллениуса-Петтерсона. Данный метод применим только к круглоцилиндрическим поверхностям скольжения и удовлетворяет только уравнению равновесия моментов сил. Это самый простой метод, не отличающийся высокой точностью. Его применение в условиях неоднородного геологического разреза не вполне корректно, т.к. в этом случае не учитывается более сложная механика оползневых смещений [4].

Расчёт методом Маслова показал наибольшие значения коэффициента устойчивости. Этот метод удовлетворяет уравнению равновесия сил, при расчётах рассматриваются их горизонтальные составляющие. Он позволяет производить расчёт как по круглоцилиндрической, так и по многоугольной поверхностям скольжения. При этом значения коэффициента устойчивости, рассчитанные по методу конечных элементов, из всех методов оказались наиболее близкими к значениям, полученным при расчете вручную по методу Маслова.

Таблица 4 – Сравнение результатов расчётов, выполненных различными методами

Выводы.

Исходя из полученных значений, оба склона в естественном состоянии являются устойчивыми. Анализ результатов расчётов показывает, что значения коэффициента устойчивости, полученные расчётом вручную, оказались выше, чем значения, полученные расчётом в программе GEO5. Говорить о завышении или занижении результатов расчётов не представляется возможным, ввиду отсутствия истинных эталонных значений коэффициента устойчивости. Тем не менее, рассмотрение склонов с точки зрения строительства подразумевает принятие наименьших значений коэффициента устойчивости. Возможное занижение результатов оценки устойчивости склонов в таком случае будет работать в запас устойчивости склона.

При проведении строительных работ, возможное изменение инженерно-геологических условий в результате нарушения почвенного слоя, подрезки склона, повышения уровня грунтовых вод и других воздействий может привести к снижению их устойчивости и интенсификации оползневых процессов. Поэтому при использовании склонов в качестве основания рекомендуется выполнение дополнительных геотехнических расчётов, исходя из особенностей принимаемых конструктивных решений и приложенных нагрузок.

Литература

  1. Федоренко Е.В. Метод расчета устойчивости путем снижения прочностных характеристик // Транспорт Российской Федерации. – 2013. – №6 (49). – С. 24-26.
  2. Хуан Я.Х. Устойчивость земляных откосов. Пер. с англ. В.С. Забавина. Под ред. В.Г. Мельника. – М.: Стройиздат, 1988. – 240 с.
  3. Методические рекомендации по предотвращению оползней на автомобильных дорогах Таджикской ССР. Под ред. Э.М. Доброва. – М.: СОЮЗДОРНИИ, 1977. – 53 с.
  4. Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. Тихвинский И.О. – М.:ПНИИИС, Стройиздат, 1984. – 80 с.
  5. ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. – М.: Стандартинформ, 2013.
  6. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация. – М.: Стандартинформ, 2013.
  7. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. – М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004.
  8. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. – М.: Минрегион России, 2011.
Читать еще:  Определение динамического угла естественного откоса

Переподготовка. Геотехника: земляные сооружения, основания и фундаменты

« Геотехника: земляные сооружения, основания и фундаменты»

Программа профессиональной переподготовки «Геотехника: земляные сооружения, основания и фундаменты» разработана с учетом профессионального стандарта «Специалист в области инженерно-технического проектирования для градостроительной деятельности», утвержденного Министерством труда и социальной защиты РФ 28 декабря 2015 г. № 1167н.

Цель программы: формирование системных знаний для выполнения нового вида профессиональной деятельности в сфере геотехники, проектирования и устройства фундаментов и подземных частей здания.

Категория слушателей: руководители и специалисты различных отраслей народного хозяйства, имеющие высшее или среднее профессиональное образование.

Трудоемкость программы: 8 зачетных единиц, 288 часов.

Срок обучения: 2 месяца по согласованию с заказчиком.

Форма обучения: заочная, с использованием дистанционных образовательных технологий (ДОТ) и электронного обучения в полном объеме.

Режим занятий: по согласованию с заказчиком.

По окончании обучения слушатели получают Диплом о профессиональной переподготовке, дающий право на новый вид деятельности » Геотехника: земляные сооружения, основания и фундаменты«

Занятия и защита проходят полностью в дистанционном формате.

Доступ ко всем материалам сохраняется в течение года с момента зачисления

Курсы открываются ежемесячно

Программа курса профессиональной переподготовки «Геотехника: земляные сооружения, основания и фундаменты»

1. Нормативно-правовое и нормативно — технического регулирование строительной отрасли
Исходно-разрешительная документация для проектирования
Осуществление строительства
Саморегулирование в области инженерных изысканий, проектирования и строительства
Состав проектной и рабочей документации для строительства
Содержание разделов проектной документации
Основные требования к рабочей документации на объекты капитального строительство

2. Основные положения проектирования оснований и фундаментов по предельным состояниям. Общие принципы выбора типа оснований и фундаментов
Общие положения. Основные типы оснований, фундаментов и область их применения
Взаимодействие сооружений и оснований. Принципы проектирования по предельным состояниям
Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчетах оснований и фундаментов. Выбор вариантных решений при проектировании оснований и фундаментов
Новые методы снижения динамических и вибрационных воздействий на существующие сооружения. Виброизоляторы. Опыт борьбы с вибрацией при устройстве фундаментов. ГОСТ Р 56353-2015

3. Конструирование и расчет фундаментов на естественном основании
Общие положения. Определение геометрических размеров фундаментов
Расчет оснований по деформациям. Расчет железобетонных фундаментов на прочность. Пример расчета
Методы защиты подземных частей зданий и сооружений от воздействия подземных вод
Технологии устройства заглубленных подземных сооружений методом «сверху — вниз». Новые технологии. Подвалы на глубину 20-25 м.

4. Конструирование и проектирование свайных фундаментов
Основные конструктивные решения свайных фундаментов. Общие положения по проектированию
Расчет одиночной сваи по 1 предельному состоянию, одиночной сваи на горизонтальную нагрузку и изгибающий момент
Проектирование односвайных фундаментов под колонны каркасных зданий и сооружений. Проектирование ленточных свайных фундаментов, в том числе многорядных
Проектирование кустовых свайных фундаментов. Проектирование свайно-плитных фундаментов. Проектирование опор трубопроводов из свай-колонн
Новое в проектировании фундаментов и конструкций нулевого цикла в сложных грунтовых условиях. Анализ аварий и деформаций сооружений. Методы восстановления эксплуатационной пригодности сооружения

5. Проектирование и устройство оснований, армированных геосинтетическими материалами
Общие положения. Армирующие геосинтетические материалы
Требования, предъявляемые к материалу засыпки. Общие положения по расчету и проектированию
Основные рекомендации по конструированию оснований. Расчеты армированных оснований
Особенности проектирования армированных оснований с засыпкой из глинистых грунтов. Технология производства работ при устройстве армированных оснований

6. Расчет устойчивости откосов и склонов
Общие положения. Построение контура равноустойчивого склона
Устойчивость однородных откосов прямолинейного очертания. Расчет устойчивости неоднородных откосов и склонов произвольного очертания

7. Влияние нового строительства и реконструкции на существующие здания и сооружения
Основные положения. Проектирование фундаментов вблизи существующих зданий
Факторы риска и компоненты деформаций застройки. Меры по уменьшению влияния строящегося здания на соседние

8. Усиление оснований и фундаментов зданий и сооружений
Классификация способов усиления оснований и фундаментов. Особенности инженерно-геологических изысканий при реконструкции и восстановлении зданий
Учет изменения свойств грунтов, уплотненных давлением фундаментов длительно эксплуатируемых зданий. Обследование оснований, фундаментов и оценка их состояния
Расчеты, выполняемые при усилении оснований и фундаментов. Методы усиления оснований и фундаментов
Особенности расчета и проектирования фундаментов при понижении грунтовых вод. Учет влияния неравномерного понижения грунтовых вод на близрасположенные здания

9. Информационное моделирование при проектировании фундаментов
Plaxis
Scad office
Sofistic
Лира софт

10. Устройство оснований и строительство фундаментов. Информационное моделирование при устройстве фундаментов
Производство земляных работ
Методы устройства свай фундаментов
Защита и усиление сооружений

11. Проведение геотехнического мониторинга при новом строительстве и реконструкции
Цели и задачи геотехнического мониторинга. Основные инструментальные методы проведения геомониторинга
Критерии оценки результатов мониторинга осадок сооружений. Примеры проведения геотехнического мониторинга. Научно-техническое сопровождение строительства

12. Современные технические средства и программные продукты для осуществления наблюдений в процессе строительства и на стадии эксплуатации
Контроль подземных сооружений. способы и средства контроля качества грунтов и строительных материалов
Контроль качества и точности устройства свайных фундаментов
Методы и средства неразрушающего контроля прочности и однородности бетона

Инженерный метод расчета устойчивости откосов

Инженерный анализ — завершающий этап любого строительного проекта, определяющий надежность и качество возводимого объекта. Рынок программ для инженерных расчетов предлагает достаточно много как российских, так и зарубежных разработок, позволяющих с высокой степенью достоверности выполнять расчеты несущих конструкций в их надземной части.

К сожалению, куда меньше освоена область связанных с геотехнической инженерией расчетов, в основу которых положены процессы моделирования грунтов, взаимодействия между конструкциями и грунтами. Качественных, понятных и удобных программ для профессионалов здесь пока немного.

Эта статья представляет собой краткий обзор комплекса программ компании PLAXIS BV, предназначенных для выполнения конечно-элементного анализа деформаций и устойчивости конструкций в проектах, связанных с геотехнической инженерией.

История создания

«Биография» PLAXIS достаточно интересна и при этом сильно отличается от традиционной истории развития коммерческого ПО. В разработке, продвижении и внедрении программы участвовали специалисты крупных университетов, деятели государственных учреждений и коммерческих компаний. В результате получился многофунциональный и удобный для расчетов продукт, динамически развивающийся и сейчас.

В 70-е годы написанная на Фортране и работавшая на больших компьютерах (мейнфреймах) программа — тогда ее называли ELPLAST — разрабатывалась Питером Вермеером (Pieter Vermeer) из Делфтского университета технологии. ELPLAST могла осуществлять двумерные упруго-пластические вычисления на основе наборов шестиузловых треугольников.

Дальнейшие исследования в рамках проекта, проведенные аспирантами Вермеера и специалистами из других университетов, значительно расширили возможности программы: теперь с ее помощью решались, например, вопросы осесимметрии, нелинейного анализа почв, структурных элементов.

Первая версия для ПК появилась в 1987 году. Когда же с выходом пятой версии программы стала очевидной необходимость ее коммерческого продвижения, была создана компания PLAXIS BV. Основной своей целью компания называет создание программного обеспечения с интуитивно понятным интерфейсом для точных и высококачественных геотехнических расчетов, базирующихся на конечно-элементном методе. Развивая и совершенствуя программу, разработчики тесно сотрудничают и с университетами, и с фирмами — PLAXIS стал своего рода связующим звеном между теоретическими исследованиями и практической работой.

Вплоть до седьмой версии программа оставалась DOS-приложением, но в Windows-версию PLAXIS 7 введены графические элементы, неструктурированная сетка и ряд других существенных черт.

Седьмая версия поменяла акценты самой философии проекта: PLAXIS, представлявший собой пакет конечно-элементного анализа, ориентированный на достаточно узкий круг специалистов, становится практическим инженерным инструментом, который может и должен использоваться в строительстве.

Читать еще:  Защита пены у откосов

Конечно, это не единственная программа для выполнения конечно-элементного анализа в области механики грунтов: существуют, например, ABAQUS, ANSYS, ZSOIL. Однако, как считают специалисты, PLAXIS выгодно отличается от них простым пользовательским интерфейсом, высокой точностью расчетов и очень доступной ценой.

Назначение и состав программы

PLAXIS предназначен главным образом для проектных организаций и высших учебных заведений. Это мощный, удобный инструмент и для исследований, и для практического применения в сфере промышленного и гражданского строительства.

PLAXIS может быть применен для решения большинства задач в сфере традиционной механики грунтов. Он охватывает вопросы закладки и возведения фундаментов, земляных работ (устройство котлованов, траншей строительства подпорных стен, расчетов устойчивости откосов, расчетов дорожной насыпи (в том числе и на динамическое воздействие), инфильтрации, прокладки тоннелей. Программа используется как для расчета отдельных элементов, так и для комплексных вычислений.

Программные продукты фирмы PLAXIS BV представлены следующими расчетными пакетами:

  • PLAXIS Professional — пакет, предназначенный для двумерного конечно-элементного анализа деформаций и устойчивости в проектах, связанных с геотехнической инженерией.
  • PLAXIS Dynamics module — дополнение к Plaxis Professional, расширяющее возможности последнего при моделировании динамических воздействий.
  • PLAXIS 3D Tunnel — геотехнический пакет, разработанный специально для конечно-элементного трехмерного анализа деформаций и устойчивости при проектировании тоннелей.

Теперь рассмотрим основные возможности программ, их структуру, методы расчетов.

Начало работы

При проведении геотехнических расчетов необходимо наличие основных почвенных моделей для имитации нелинейного и нестационарного поведения почв. При этом следует обязательно учитывать и сам субстрат почвы как таковой, гидростатическое и негидростатическое поровое давление в ней. Таким образом, основной акцент делается именно на взаимодействии почвы и тех сооружений, которые могут быть возведены на данном участке.

Входные данные

Ввод геометрии слоев грунта, конструкции, нагрузок и граничных условий базируется на CAD-процедурах черчения, которые обеспечивают подробное и точное моделирование реальной ситуации. Для ввода геометрии в PLAXIS представлены такие элементы, как балка, шарнир, контактные поверхности, анкеры, геотекстиль (георешетки), тоннели, граничные условия, нагрузки.

Из созданной геометрической модели программа в автоматическом режиме генерирует неструктурированную конечно-элементную сетку с возможностью глобального и локального изменения ее плотности. Использование в модели элементов высокого порядка полезно для равномерного распределения напряжений в грунте и точного предсказания недопустимых нагрузок. Пользователю предоставлен выбор между 6-узловыми и 15-узловыми элементами, что можно с успехом использовать в осесимметричном анализе.

Модели грунтов

Самая простая из используемых в PLAXIS моделей грунтов — модель Кулона-Мора. Эта нелинейная модель базируется на параметрах грунтов, которые в большинстве случаев известны. Модель Кулона-Мора может применяться, например, для вычислений реальных конечных нагрузок кольцевых фундаментов, коротких свай, а также для расчета запаса прочности. Модель рыхлых грунтов используется для точного анализа логарифмической работы на сжатие нормально консолидированного рыхлого грунта. Модель мягких ползучих грунтов — это усовершенствованная версия модели мягких грунтов, включающая моделирование второй стадии ползучести. Твердая модель применяется для более твердых грунтов — таких, как сверхконсолидированные глины и пески. Здесь используется упруго-пластичный тип гиперболической модели.

Для генерации устойчивого состояния порового давления существует два альтернативных подхода:

  • анализ потока подземных вод, где комплексное распределение порового давления может генерироваться на основе двумерного анализа течения грунтовых вод;
  • уровень грунтовых вод. В простых случаях мультилинейное поровое давление может быть сгенерировано непосредственно на основе уровня грунтовых вод. Для каждого слоя почвы можно выделить различные уровни грунтовых вод. Более того, поровое давление в слое может быть интерполировано от порового давления в смежных слоях грунта.

При моделировании проницаемых песков и почти непроницаемых глин PLAXIS различает дренированные и недренированные грунты. Избыточное поровое давление определяется при расчете пластичности, когда недренированный слой грунта подвергается нагрузке. Нагрузки на недренированные грунты часто являются решающими для устойчивости геотехнических сооружений. В случаях недостаточной устойчивости для уменьшения избыточного порового давления требуется ввод вспомогательных периодов консолидации.

Расчетные возможности

PLAXIS предлагает различные виды расчетов: расчет пластичности, анализ консолидации и анализ усовершенствованной конечно-элементной сетки. Расчетные фазы для каждого проекта могут определяться непосредственно перед выполнением вычислений.

Расчет пластичности. Коэффициенты нагрузки используются для активизации установленных нагрузок (сосредоточенных или распределенных), установленных перемещений, веса и усадки грунта (для моделирования щитовой проходки тоннелей). Предусмотрена возможность моделировать процесс строительства.

Поэтапное возведение. Активизируя и деактивизируя группы элементов, пользователь может моделировать процесс строительства и экскавации. Эта процедура позволяет дать реалистическую оценку напряжений и перемещений, вызванных, например, строительством земляных дамб или котлованов для фундаментов глубокого заложения. Опция этапного конструирования используется также для активизации изменений в распределении порового давления.

Консолидация. Снижение избыточного порового давления во времени может быть вычислено при анализе консолидации. Анализ консолидации требует ввода коэффициента проницаемости для различных слоев грунта. Процедура автоматического пошагового изменения времени делает анализ ясным и простым в использовании.

Усовершенствованный анализ Лагранжа. С помощью этой опции можно постоянно корректировать сетку конечных элементов во время расчета. Если пользователь сталкивается с ситуацией, при которой обычный анализ малых деформаций может привести к существенным изменениям геометрии, рекомендуется выполнить более точный расчет с помощью усовершенствованного анализа Лагранжа.

Коэффициент устойчивости. Коэффициент запаса обычно определяется как отношение разрушающей нагрузки к действующей нагрузке. Это определение годится для фундаментов, но не для насыпных сооружений и шпунтовых стен. Для указанных конструкций более подходит используемое в механике грунтов понятие «коэффициент устойчивости», который определяется в PLAXIS как отношение действительной поперечной силы к минимальной требуемой для равновесия.

При выполнении расчетов PLAXIS может быть запущен в режиме автоматического выбора шага величины и шага времени. Это позволяет избежать выбора подходящего приращения нагрузки для расчетов пластичности, что гарантирует эффективность и точность процесса вычислений.

Контроль длины дуги. Это свойство позволяет точно рассчитать разрушающие нагрузки и выявить механизм разрушения. В обычных расчетах контролируемых нагрузок процедура итерации прекращается, когда возрастающая нагрузка превысит пиковую. При использовании метода контроля длины дуги приложенная нагрузка понижается до такого уровня, чтобы зафиксировать пиковую нагрузку и любые остаточные нагрузки.

Выходные данные

Постпроцессор PLAXIS имеет развитые возможности графического представления результатов расчета. В выходные таблицы заносятся точные значения перемещений, напряжений, структурных воздействий. Все данные могут быть выведены на принтер или плоттер в табличном либо полноцветном формате.

Осуществляется графический вывод деформированной сетки, общие или дискретные перемещения. Производится графический вывод действующего напряжения, порового давления и избыточного порового давления.

PLAXIS позволяет создавать графики всех типов напряжений и перемещений в любом сечении. Существует специальный инструмент для черчения кривых «нагрузка-перемещение», траектории напряжения и диаграмм «напряжение-деформация». Визуализация траектории напряжения дает возможность проникнуть в поведение локального грунта и облегчает анализ рассчитанных в PLAXIS результатов.

Заключение.

При кажущейся простоте, интуитивно понятном графическом представлении, достаточно небольшом количестве выполняемых программой операций PLAXIS — это многофункциональный комплекс, полностью решающий задачи, связанные с геотехнической инженерией.

Программа очень многогранна; детальное ее изучение открывает новые и новые возможности, которые в значительной степени упрощают и оптимизируют процесс проектирования.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector