Построение откосов до поверхности

Поверхности в Autodesk Civil 3D: типы поверхностей, создание, добавление данных и редактирование, объединение и экспорт.

Введение

В современных условиях проектировщикам нужно соответствовать высокой скорости роста и развития городов и в тоже время не снижать качество выпускаемых проектов. На помощь им приходят системы автоматизированного проектирования, а также технологии информационного моделирования BIM. Благодаря подходящему программному обеспечению и умению в нем работать вы сможете создать один из самых важных объектов для проектирования – поверхность. В этой статье я расскажу вам, что же такое поверхности, как их создавать, изменять и применять.

Что такое поверхность

Поверхность в Civil 3D — это трехмерное геометрическое представление участка земли. Поверхность состоит из данных точек, которые соединяются между собой и формируют треугольники или сетку поверхности.

Поверхность состоит из следующих компонентов:

• Точки;
• Треугольники;
• Граница;
• Горизонтали;
• Сетка.

Видимость любого из компонентов на поверхности можно включать или отключать. Таким образом, например, создав проектную поверхность и включив отображение горизонталей на ней, вы сможете увидеть вертикальную планировку участка. Такая планировка будет динамичной и реагировать на все дальнейшие изменения поверхности.

Как правило, изначально поверхность в Civil 3D создается пустой, а потом наполняется данными для построения. Такими данными могут являться:

• Точки координатной геометрии COGO;
• Горизонтали, структурные линии;
• Простые объекты AutoCAD (точки, отрезки, блоки, тексты, 3D-грани, многогранники);
• Границы;
• Файлы DEM (Файлы DEM предназначены для хранения и переноса больших объемов топографической информации о рельефе в виде координат XYZ узлов сетки с постоянным шагом).

Типы поверхностей в Civil 3D

Поверхности в Civil 3D бывают следующих типов:

• Поверхности TIN. В основе такой поверхности лежат треугольники, которые соединяют между собой ближайшие друг к другу точки поверхности и образуют триангуляционную сеть. Отметка любой точки на поверхности определяется интерполяцией отметок вершин ближайших треугольников. Это самый распространенный и часто применяемый тип поверхностей;
• Сетчатые поверхности. В основе такой поверхности лежат точки на сетке с постоянным шагом. Такие поверхности применяются для отображения больших пространств с низкой детализацией;
• Поверхности TIN для объема. Композитная поверхность, построенная по данным разницы отметок точек поверхности сравнения и базовой поверхности. Чаще всего сравнивают поверхность существующей земли с проектной для вычисления общих объемов земляных работ;
• Сетчатые поверхности для вычисления объема. Отметки такой поверхности вычисляются как разность верхней и нижней поверхностей, с точками на сетке;

Создание поверхности

Для создания поверхности необходимо выполнить следующие действия:

Панель Область инструментов – вкладка Навигатор – Поверхности – правой кнопкой мыши на Создать Поверхность. Появляется окно Создания поверхности. Выберите тип поверхности, задайте имя и выберите стиль → ОК.

Добавление данных в поверхность

Для добавления данных в поверхность необходимо выполнить следующие действия:

Панель Область инструментов – вкладка Навигатор – Поверхности – Имя поверхности – Определение. Тут найдите подходящий для вас пункт, нажмите ПКМ и выберите команду Добавить.

При построении поверхности существующей земли многое зависит от того, в каком формате вы получаете топосъемку. Чаще всего для создания поверхности используются точки съемки, 3D-грани или обычные тексты и блоки AutoCAD.

Редактирование поверхности

Для редактирования поверхности необходимо выполнить следующие действия:

Панель Область инструментов – вкладка Навигатор – Поверхности – Имя поверхности – Определение – Редактировать – ПКМ. Тут найдите подходящую для вас команду.

Обратите внимание, что для редактирования точек и ребер треугольников необходимо чтоб эти компоненты отображались в текущем стиле поверхности.

Объединение поверхностей

Для объединения двух или более поверхностей необходимо выполнить следующие действия:

Панель Область инструментов – вкладка Навигатор – Поверхности – Имя поверхности – Определение – Редактировать – ПКМ – Вставить поверхность.

Важен порядок добавления поверхностей в объединенную. Поверхности, добавляемые позже, вносят изменения в уже вставленную. Например, чтобы получить поверхность существующей земли с учетом проектируемой планировки, необходимо создать общую поверхность и вставить в нее сначала черную поверхность земли, а уже после нее – планировку.

Границы поверхности

Для добавления границы в поверхность необходимо выполнить следующие действия:

Панель Область инструментов – вкладка Навигатор – Поверхности – Имя поверхности – Определение – Границы – ПКМ – Добавить.

Существуют следующие типы границ:

• Внешний – треугольники отображаются внутри такой границы, а вне ее не отображаются;
• Показать – отображаются треугольники, находящиеся внутри границы;
• Скрыть – скрывает треугольники в области указанной границы;
• Обрезка данных — фильтр для всех данных, добавляемых в поверхность после создания такой границы.

Стили отображения поверхности

За внешнее отображение поверхности отвечает ее стиль. Обратите внимание, что на само построение стиль не влияет. Стили хранятся в шаблоне чертежа, вы можете либо использовать уже готовый стиль, либо создать свой собственный.

Выбрать стиль можно в момент создания поверхности или в любое другое время в свойствах этой поверхности.

Анализ поверхности

Поскольку поверхность Civil 3D это интеллектуальный объект, то вы можете проанализировать ее и получить любую интересующую вас информацию.

Инструменты анализа хранятся в свойствах поверхности или на вкладке ленты Анализ.

Перечислю, на мой взгляд, самые полезные типы анализа:

• По отметкам. Civil 3D анализирует поверхность по заданным диапазонам отметок. Визуально оценить результаты анализа можно включив его в стиле поверхности. Можно добавить легенду анализа поверхности — получить таблицу с площадями этих диапазонов.
• Стрелки откоса. На каждом треугольнике поверхности отображается стрелка, указывающая направление понижения откоса – стока воды.
• Траектория потоков. Если вы щелкните на любую точку поверхности мышкой, программа укажет траекторию стока воды из этой точки.

Метки поверхности

Для оформления чертежей, а также для собственного удобства на поверхность можно расставить метки. С помощью меток можно подписать отметки в точках, уклоны поверхности, значения горизонталей. Такие метки динамичны и реагируют на изменения поверхности. Вы никогда не упустите очередные изменения вертикальной планировки в оформлении чертежей.

Стили меток также, как и стили поверхности, можно создавать самостоятельно под свои нормы и правила оформления.

Извлечение объектов из поверхности

Из поверхности можно извлечь ее компоненты в обычные объекты AutoCAD, но для этого эти самые компоненты должны быть включены в текущем стиле поверхности. Таким образом вы сможете извлечь из поверхности, например, горизонтали в виде обычных полилиний с заданным уровнем, соответствующим отметке горизонтали.

Для извлечения объектов из поверхности необходимо выполнить следующие действия:

Выделить поверхность на чертеже — Панель Инструменты работы с поверхностями – Извлечь из поверхности – Извлечь объекты.

Экспорт поверхности

Поверхность можно экспортировать в форматы LandXML, DME и IMX, тем самым использовать ее в других приложениях, поддерживающих работу с данными форматами. Также в последних версиях программы (2019 и новее) специалист Civil может опубликовать поверхность в проект BIM 360, а специалист, работающий в Revit создать связь своего проекта с этой поверхностью через Топографию.

Заключение

Умение создавать поверхности и работать с ними сегодня — необходимый навык, позволяющий повысить качество выпускаемой документации, выполнять расчеты земляных работ с максимальной точностью и ускорить процесс оформления чертежей.

На наших курсах по Civil 3D вы приобретете практические навыки работы в BIM-среде. После прохождения обучения вы сможете создавать компоненты информационной модели, в том числе и поверхности, необходимые для разработок различных разделов проекта.

Способ построения поперечного профиля грунтового откоса и устройство для его осуществления

Патент 2047092

Способ построения поперечного профиля грунтового откоса и устройство для его осуществления

Использование: в горном деле и строительстве. Сущность изобретения: способ заключается в прямых измерениях элементов высоты всех характерных точек и расстояний между ними вдоль оси, расположенной под заданным углом на оптимальном расстоянии от поверхности откоса. Устройство содержит неподвижный тросик 1, штыри-анкеры 2, лебедку 3, подвижный тросик 4, упорную муфту 5 с разъемным отверстием с резиновой прокладкой и четырьмя стяжными болтами с гайками и с конусообразным на входе отверстием. На конце подвижного тросика закреплен грузик 10 грушевидной формы. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и строительству, предназначено для построения поперечных профилей грунтовых откосов сложной конфигурации, деформированных оползнем, при решении обратной задачи с целью определения истинных значений параметров сопротивления грунтов сдвигу.

Известны способы и многочисленные инструменты и приборы для дистанционного измерения координат характерных точек на профиле, в том числе светодальномеры и др.

Недостатком известных способов является недоступность некоторых характерных точек для наблюдения и измерений по условиям соблюдения правил техники безопасности или по условиям закрытости. Все это снижает точность работ.

Недостатком этого способа является недоступность опасных оползневых участков по условиям соблюдения правил техники безопасности.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения элементов профиля засечками двумя теодолитами вдоль неподвижного тросика, уложенного на поверхности откоса, с перемещением и остановками в характерных точках вдоль него специальной метки (сигнала).

Однако существенно повышая точность других известных способов, этот способ все же не позволяет измерить параметры некоторых характерных точек, например, там где неподвижный тросик не касается поверхности откоса. Для него также недоступны «закрытые» места. Этот способ как бы генерализует сложную поверхность откоса, исключая мелкие его детали: неровности, трещины и т. д. которые при анализе устойчивости откосов и при определении механизма деформаций часто являются решающими и определяющими.

Целью изобретения является повышение точности построения поперечного профиля грунтового откоса, деформированного оползнем и имеющего сложную конфигурацию с недоступными по условиям соблюдения правил безопасности и «закрытости» для измерения известными способами параметров характерных точек.

Цель достигается тем, что прямые измерения элементов высоты всех характерных точек и расстояний между ними производят вдоль оси, расположенной под заданным углом наклона на оптимальном (0,5 1,5 м) расстоянии от поверхности откоса, фиксируя в необходимых местах расстояния от поверхности откоса до этой оси по вертикали и расстояния между точками промеров вдоль нее.

Устройство для осуществления способа включает подвижный тросик, снабженный грузом грушевидной формы на одном конце и измерительной рейкой на другом, соединенный с неподвижным тросиком специальной упорной муфтой с двумя круглыми отверстиями, расположенными друг на другом, при этом нижнее отверстие, через которое пропущен подвижный тросик, с грузом на конце, имеет на входе конусовидную форму (по форме груза), а верхнее отверстие, через которое пропущен неподвижный тросик, разъемное и снабжено резиновой прокладкой и четырьмя стягивающими болтами с гайками. Для натяжения неподвижного тросика используется лебедка с фиксатором («собачкой»), а подвижный тросик перемещается вручную.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства в рабочем положении; на фиг.2 упорная муфта, разрез; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2; на фиг.3 фрагмент построения поперечника графическим способом.

На фиг.1-4 показаны неподвижный тросик 1; штырь-анкер 2, лебедка 3, подвижный тросик 4, упорная муфта 5, верхнее разъемное отверстие 6 в муфте, резиновая прокладка 7, стягивающий болт 8 с гайкой, нижнее отверстие 9 в муфте с конусовидным входом, грузик 10 грушевидной формы 10, первая характерная точка 11 на откосе, величина 12 перемещения муфты от точки отсчета до первой характерной точки вдоль неподвижного тросика l₁, измерительная рейка 13, поверхность 14 откоса после оползания, точка 15 отсчета (начало измерений бровка откоса), поверхность 16 откоса до его деформирования, поверхность 17 скольжения оползня, расстояние 18 по вертикали от неподвижного тросика до поверхности откоса в первой характерной точке h₁.

Изобретение осуществляется следующим образом.

На деформированном оползнем участке откоса сложной конфигурации (фиг.1) с недоступными местами для измерений известными способами, где намечается провести обратный расчет для получения истинных значений прочности грунтов в массиве, выполняют следующие работы.

Присоединяют подвижный тросик к неподвижному через упорную муфту 5 (фиг. 2), пропуская его через верхнее разъемное отверстие 6 с резиновой прокладкой 7, и стягивают разъем четырьмя болтами 8 до достижения величины необходимого усилия при перемещении муфты вдоль неподвижного тросика 1,5-2,0 кг. Муфту устанавливают в крайнее верхнее положение (исходное), пропускают через нижнее конусовидное на входе отверстие 9 подвижный тросик с грузом 10 на конце (весом порядка 3 кг) и подтягивают его в крайнее верхнее положение, когда он запирает собой конусовидное отверстие и позволяет при натяжении подвижного тросика перемещать упорную муфту вниз по откосу.

Начинают измерительные работы. Переместив муфту на необходимое расстояние (до первой характерной точки 11, фиг.4), измеряют величину 12 наклонного перемещения и перемещения грузика 18 по вертикали, опуская его до соприкосновения с поверхностью 14 откоса и вновь поднимая до упора в муфте. Все измерения перемещений подвижного тросика проводят на измерительной рейке 13. Переместив муфту в следующую характерную точку, все операции повторяют. И так до самого низа откоса. На особо сложных участках откоса его поверхность «прощупывают» вертикальными замерами через 10 см и менее.

По данным измерений в заданном масштабе строится поперечный профиль (фиг. 4) графическим способом в полевых условиях, что позволяет оперативно контролировать результаты измерений.

1. Способ построения поперечного профиля грунтового откоса, заключающийся в натуральных измерениях высоты характерных точек на откосе и расстояний между ними вдоль оси, перпендикулярной простиранию откоса, прямыми и дистанционными методами с последующим графическим построением профиля в заданном масштабе, отличающийся тем, что прямые измерения элементов высоты всех характерных точек и расстояний между ними производят вдоль оси, расположенной под заданным углом наклона на оптимальном расстоянии от оси до поверхности откоса, фиксируя в характерных точках расстояния от поверхности откоса до этой оси по вертикали и расстояния между этими точками промеров вдоль нее.

2. Контрольная работа Тема: Расчет устойчивости откосов по круглоцилиндрической поверхности скольжения

Цель занятия: Познакомиться с методом расчета устойчивости откосов по круглоцилиндрической поверхности скольжения, научиться строить поверхность скольжения этим методом и оценивать устойчивость откосов в конкретных горно-геологических условиях.

Работа рассчитана на 4 часа.

Из упрощенных методов расчета устойчивости откосов или их углов наиболее распространен метод круглоцилиндрической по­верхности скольжения, основанный на допущении, что поверх­ность возможного скольжения является круглоцилиндрической, а ограниченный ею массив является «жестким клином».

При таких условиях ожидаемое смещение массива рассматри­вается как вращение «жесткого клина» вокруг оси, параллельной откосу и служащей осью кругового цилиндра, поверхность кото­рого является поверхностью скольжения. В плоской задаче круглоцилиндрическая поверхность скольжения превращается в дугу окружности АСВ, а ось этой поверхности в точку О (рисунок 1).

Упрощенный способ построения круглоцилиндрической поверхности скольжения показан на рисунке 1.

10Рисунок 1 – Схема упрощенного способа построения

круглоцилиндрической поверхности скольжения

определяется величина , и от верхнейбровки откоса А проводится вертикаль АА’. Из точки А’ под углом проводится прямая. Из нижней бровки откоса под углом к горизонту проводится линияСЕ до пе­ресечения с линией А’Е в точке Е и проводится кривая ВВ’Е симметрично АА’Е. В основании откоса строится угол и в точках С и Е восставляются перпендикуляры к отрезкам СF и В’Е и определяется точка О. Из точки О радиу­сом R проводится дуга СЕ. Таким образом, получается поверх­ность скольжения ВВ’ЕС.

К недостаткам метода круглоцилиндрической поверхности скольжения и алгебраического сложения сил по монотонной криволинейной поверхности можно отнести занижение величин нормальных напряжений в области призмы активного давления и завышение в области призмы упора вследствие не учёта реак­ций между смежными блоками. Это приводит к тому, что ко­эффициент запаса, рассчитанный методом алгебраического сложения сил, заведомо меньше фактического, а степень этого несоответствия зависит от высоты откоса, его угла и углов внутреннего трения пород и может колебаться от 3 до 20 %.

При высоте откосов до 100 м и небольших значениях углов трения пород (

1. Строится круглоцилиндрическая поверхность скольжения (рис. 2).

1.1. Рассчитывается высота вертикального откоса:

,м.

Для удобства построения принимается круглое число.

1.2. Проводится вертикаль АА’ = .

1.3. Из точки А’ под углом

проводится линия А’Е.

1.4. Из точки С под углом

Рисунок 2 – Построение круглоцилиндрической поверхности скольжения и расчет устойчивости откоса

к горизонту проводится линия СЕ до пе­ресечения с линией А’Е и получается точка Е.

1.5. Проводится кривая ВВ’Е симметрично АА’Е (точка Е – точка симметрии).

1.6. Из точки С строится угол

и в точках С и Е восстанавливаются перпендикуляры к линиям CF и B‘E, определяется точка их пересечения – точка О.

1.7. Из точки О радиусом R проводится дуга СЕ и получается поверхность скольжения ВВ’ЕС.

2. Полученная призма возможного обрушения ВВ’ЕСАВ разбивается на ряд полос равной ширины м.

3. Высота полос, определяемая по их серединам, принимается за вес полос () и раскладывается на нормальные () и касательные () относительно поверхности скольжения составляющие.

4. Все отрезки нормальных и касательных составляющих измеряются в миллиметрах, суммируются, и суммы умножаются на масштаб векторов и, который определяется по формуле:

.

Для расчета удобнее воспользоваться таблицей 1.

Таблица 1 – Расчет нормальных и касательных сил

Создание и анализ поверхности отклика: исследование процесса производства пластиковых дисков

Пример выполнен в 5ой версии системы STATISTICA. Информация о текущей версии

В этом примере воспроизводится экспериментальный план, реализованный инженером фабрики по изготовлению пластиков (пример адаптирован из кн.: Cornell J.A. (1990). How to Apply Response Surface Methodology, vol. 8 in Basic References in Quality Control: Statistical Techniques, edited by S.S. Shapiro and E. Mykytka. Milwaukee: American Society for Quality Control).

Задача состояла в том, чтобы исследовать факторы, влияющие на износ пластиковых дисков.

Два фактора оказывают наибольшее влияние на износ:

• материал, характеризующийся отношением наполнителя к эпоксидной резине,
• расположение диска в форме.

В качестве зависимой переменной рассматривалась плотность полученного диска.

Сначала использовалась дробный факторный план 22 для того, чтобы определить адекватность модели первого порядка.

Но оказалось, что эта модель оказалась адекватной лишь для некоторой области значений факторов и неадекватной для всей значений.

Поэтому было решено использовать центральный композиционный план и применить модель второго порядка.

Построение плана

Центральный композиционный план может состоять из куба и звезды. Куб соответствует полному факторному плану — точки эксперимента располагаются в вершинах куба (фактически это факторный план 22).

Звезда содержит дополнительное множество точек, расположенных на одинаковых расстояниях от центра куба на отрезках, исходящих из центра и проходящих через каждую сторону куба.

В данном исследовании применялся ротатабельный план, для которого дисперсия отклика является постоянной во всех точках, одинаково удаленных от центра плана.

Пусть фактор A — это материал, из которого изготовлен диск, более точно, переменная disk composition ratio (композиционное отношение), фактор B — положение диска в форме (position of disk in mold).

Зависимая переменная или отклик – это плотность диска (Thickness).

Запустим модуль Планирование эксперимента.

На стартовой панели выберемЦентральные композиционные планы, поверхности отклика и нажмем кнопку OK.

В появившемся диалоговом окне выберем опцию Построение плана, а в поле Факторы/блоки/опыты — строку 2/1/10. Нажмем кнопку OK.

Появится диалоговое окно План эксперимента для поверхности отклика. Нажмем на кнопку Имена факторов, значения и заполним таблицу в диалоговом окне Итоги для переменных так, как показано на рис. 1.

Рис.1. Диалоговое окно для описания факторов

Нажмем кнопку Далее и выберем опции для настройки отображения плана так, как показано на следующем рисунке. Сделайте точно все показанные настройки, чтобы получить нужный результат!

Рис.2. Диалоговое окно для задания параметров композиционного плана

Просмотрим план. Для этого нажмем Просмотр/Правка/Сохранение.

Рис.3. Итоги плана

Задание имени и сохранение экспериментального плана

Выберем Файл|Сохранить как файл данных…; появится соответствующее диалоговое окно (рис. 4).

Зададим имя плана disk.sta и нажмем кнопку OK (рекомендуем вам открыть готовый файл disk.sta).

Рис.4. Сохранение плана

Вернемся вновь в диалоговое окно План эксперимента для поверхности отклика.

Нажмем кнопку Печать итогов. В зависимости от настроек вывода в диалоговом окне Параметры страницы/вывода результаты плана будут распечатаны на принтере или выведены в отчет.

В построенной таблице показан порядок сбора экспериментальных данных.

Далее эксперимент был приведен и данные занесены в табл. 1.