Stroi-doska.ru

Строй Доска
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простой расчет устойчивости откосов

САРЖАНОВ Т.С., МУСАЕВА Г.С.

РАСЧЕТЫ УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Расчеты устойчивости земляного полотна определяют условия сопротивления грунта деформациям сдвига, а расчеты прочности – сопротивляемость грунтов деформациям уплотнения, причем оба вида этих расчетов неразрывно связаны между собой. Стабильность земляного полотна зависит от вида и состояния слагающих его грунтов. Основными показателями качества грунтов являются сдвиговые характеристики – угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с, а также плотность и влажность. Исследования ВНИИЖТа показали, что при прочих равных условиях повышению устойчивости откосов насыпей особенно существенно способствует увеличение удельного сцепления грунтов – с. Так, если изменение угла внутреннего трения φ 14÷20 о приводит к увеличению коэффициента устойчивости Куст на 0,5, то рост удельного сцепления – 49÷98 кПа дает увеличение коэффициента устойчивости Куст на 1,6. Сдвиговые характеристики не являются постоянными величинами и зависят от рода грунта, его плотности и влажности.

Стабильность земляного полотна может быть значительно повышена созданием таких специальных сооружений, как поверхностные и подземные водоотводы, гидроизоляционные и термоизоляционные одежды и т.д., большинство из которых существенно влияет на влажность грунта, а значит, и на основные расчетные характеристики.

Теории расчета устойчивости земляного полотна посвящены исследования В.В. Соколовского, Г.М. Шахунянца, М.Н. Гольдштейна, К. Терцаги, В. Феллениуса, Г.Г. Коншина, В.П. Титова, В.В. Виноградова, Т.Г. Яковлевой, и др. Появились работы, в которых используется вариационный метод расчета устойчивости, впервые предложенный Н.М. Герсевановым. Это работы Ю.И. Соловьева, А.Г. Дорфмана, Я. Копаши и др.

Тело земляного полотна находится в напряженном состоянии, обусловленном влиянием внешних сил и собственного его веса. Когда напряжения в грунте превышают определенный предел, возникают остаточные деформации в виде смещения объема грунта как единого целого.

Практические методы расчета устойчивости подразделены на две группы: графо-аналитические и аналитические. Графо-аналитические методы расчета нашли более широкое практическое применение.

Обследованием большого числа натурных оползней и просто сползших откосов установлено, что поверхность смещения земляных масс в однородных связных близка к круглоцилиндрической. В сыпучих грунтах поверхность смещения близка к плоскости. Поэтому во всех графо-аналитических расчетах, относящихся к однородным грунтам, предполагают, что смещение грунтов при потере устойчивости происходит по круглоцилиндрической поверхности.

В результате исследований разработаны: метод определения коэффициента устойчивости насыпи – K уст; расчета устойчивости насыпи, состоящей из двух пластов; методика вычисления коэффициента устойчивости; расчет устойчивости откосов насыпи, имеющих ломанные очертания; расчет устойчивости откосов земляного полотна и оползней при наличии предопределенной поверхности скольжения; расчеты устойчивости откосов земляного полотна и оползневых склонов с использованием ЭВМ; особенности расчета устойчивости насыпей и оползневых косогоров с учетом силового влияния воды; расчеты устойчивости откосов пойменной насыпи; особенности расчета устойчивости откосов земляного полотна в сейсмических условиях.

Оценку общей устойчивости земляного полотна (насыпей и откосов выемок) нормами СТН Ц-01-95 рекомендуется осуществлять по первому предельному состоянию – несущей способности (по условиям предельного равновесия).

Устойчивость откосов должна быть проверена по возможным поверхностям сдвига (круглоцилиндрической или по другим, в т.ч. ломанным поверхностям) с нахождением наиболее опасной призмы обрушения, характеризуемой минимальным отношением обобщенных предельных реактивных сил сопротивления к активным сдвигающим силам.

Критерием устойчивости земляных массивов является соблюдение (для наиболее опасной призмы обрушения) неравенства:

где ηfc – коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок; Т – расчетное значение обобщенной активной сдвигающей силы; ηс – коэффициент условий работы; R – расчетное значение обобщенной силы предельного сопротивления сдвигу, определенное с учетом коэффициента надежности по грунтам ηg (коэффициент безопасности по грунтам); ηп – коэффициент надежности, по назначению сооружения (коэффициент ответственности сооружения).

Расчетные значения Т и R определяются с учетом коэффициента надежности по нагрузке ηf (коэффициента перегрузки). Учет этого коэффициента осуществляется путем умножения на него всех действующих сил (в т.ч. веса призмы обрушения или ее отсеков). Сейсмические нагрузки принимаются с коэффициентом надежности по нагрузке ηf, равным единице. Значение коэффициента ηf принимается при расчете устойчивости откосов выемок равным 1,1, а при расчете устойчивости насыпей 1,15. В тех случаях, когда ухудшение устойчивости может произойти за счет уменьшения действующих сил, следует принимать ηf = 0,9.

Значение коэффициента надежности по грунтам ηп устанавливаются в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83 [1], а также по ГОСТ 20522-75 [2]. Учет этого коэффициента осуществляться путем деления нормативных значений прочностных характеристик грунтов (удельного сцепления, угла внутреннего трения) на величину коэффициента надежности, устанавливаемую в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности α, принимаемой равной 0,95.

При поиске наиболее опасной призмы обрушения за критерий устойчивости принимается коэффициент устойчивости:

Полученные расчетом значения коэффициента устойчивости при соответствующем сочетании нагрузок не должны превышать величины (ηпηfc)/ηс более чем на 10% и должны быть не менее 1,05 (при расчетах насыпей, сооружаемых из мелких и пылеватых песков и супесей с высоким уровнем динамического воздействия (скорости более 120 км/ч, 8-миосный подвижной состав) величина Кs должна быть не менее 1,25).

Устойчивость откосов считается обеспеченной, если условия, определяемые формулой (1), удовлетворяются, в противном случае принимается решение о перепроектировке берм, контрбанкетов и т.д. либо о стратегии восстановлении его при землетрясении.

Аналитические способы расчета устойчивости откосов земляного полотна для отдельных задач могут быть весьма эффективными. В бывшем СССР такие способы были разработаны В.В. Соколовским, Г.М. Шахунянцем, А.Г. Дорфманом и др. Способ В.В. Соколовского очень сложен и требует большой вычислительной работы, поэтому он не получил на практике широкого распространения. Способ Г.М. Шахунянца оказался очень удобным и простым для случаев, когда за откосом выемки расположена бесконечная площадка.

Критическое положение плоскости обрушения, при котором коэффициент устойчивости принимает минимальное значение Кmin, определяется последовательным изменением угла β по формуле:

Кmin = (2Uо + f)/tgα + 2 (Uо 2 + Uоf)/sinα , (3)

где Uо = 2сН; с – удельное сцепление; γ – объемный вес грунта; Н – высота откоса; f – коэффициент внутреннего трения грунта, равный f = tgφ, φ – угол внутреннего трения грунта; α – угол наклона откоса выемки к горизонту.

Представляет практический интерес вариационный метод расчета устойчивости откосов, разработанный А.Г. Дорфманом. Расчет сводится к исследованию на экстремум коэффициента устойчивости как выражения (функционала), зависящего от выбора кривой скольжения и параметров (геометрических и геотехнических) расчетной схемы откоса.

Читать еще:  Как делаются откосы котлована

Форму линий скольжения заранее не назначают, т.е. опаснейшую линию отыскивают среди всевозможных кривых, а не только среди прямых, окружностей и т.д. При этом отпадает необходимость в поиске критического центра.

Для случаев произвольной однородной насыпи способ вариационного расчета устойчивости, предложенный А.Г. Дорфманом, сводится к следующему. Коэффициент устойчивости К рассматривают как отношение работы удерживающих сил к работе сдвигающих сил и записывают в виде:

(4)

где F = (ŷ -·y)tgφ + c(1 + y’ 2 )/γ; Ф = (ŷ·-y)y´; (5)

y = ŷ(х) – уравнение контура насыпи (с приведенной нагрузкой); у = у(х) – уравнение линии скольжения, причем уп = ỹ, если а b или xnа; хп, уп – координаты конца кривой скольжения (начало координат принято на подошве откоса); ỹ — ордината основной площадки земляного полотна; а и b – абсциссы, ограничивающие нагрузку на основную площадку земляного полотна.

Уравнение искомой (критической) линии скольжения у = у(х) в развернутом виде имеет вид:

(6)

G = 2суп‘/γ + хпtgφ — tŷп; (8)

(9)

В уравнениях (7), (8) и (9) все величины известны, кроме хп. Значение хп на ходится из уравнения:

(10)

Найденное значение соответствует критической кривой скольжения, для которой:

t = К, (11)

где К – искомый критический коэффициент устойчивости.

На основании изложенного выше, можно заключить, что известные методы определения устойчивости откосов, довольно условны и ненадежны . Получаемые результаты могут быть признаны удовлетворительными только для высокопластичных однородных грунтов при φ = соnst и с = const, т.е. для умеренной климатической полосы. Поэтому назрела необходимость пересмотра положений, на которых базируются указанные методы. Это относится к безоговорочному принятию практически для всех случаев теории разрушения грунтов только от касательных напряжений, к допущению полной зависимости Куст откоса только от положения в пространстве раз и навсегда принятой круглоцилиндрической или близкой к ней поверхности разрушения.

1 СНиП 2. 02.01.83. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования // Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1983. – С. 21.

2 ГОСТ 20522-75. Грунты. Метод статической обработки результатов определений характеристик. – М.: Стройиздат, 1975. – С. 21.

Устойчивость откоса

Программа предназначена для расчёта устойчивости откосов слоистого грунтового массива общего вида. Поверхность скольжения может быть круговой (методы Бишопа, Петтерсона, Спенсера) или полигональной (методы Сарма, Спенсера). Программу можно использовать для расчёта устойчивости, например, выемок, насыпей, анкерованных опорных конструкций.

  • Доступен в пакетах:

Анализ устойчивости склона (полигональная поверхность скольжения)

Анализ устойчивости склона (круговая поверхность скольжения)

3D вид

Основные возможности программы

  • Проверочные расчёты могут выполняться с применением классических методов (предельного состояния, коэффициента запаса) либо с использованием стандартов EN 1997-1.
  • Простой ввод геометрических данных слоя.
  • Встроенная база данных грунтов и горных пород.
  • Быстрая и надёжная оптимизация круговых и полигональных поверхностей скольжения.
  • Любое количество нагрузок, применимое к конструкции (полосовые, трапецеидальные, линейные).
  • Любое количество анкеров.
  • Возможность моделировать воздействие воды уровнем грунтовой воды или изолиниями порового напряжения.
  • Быстрые освоение расчёта.
  • Расчёт резкого понижения У.Г.В., трещины растяжения.
  • Любое количество расчётов на одном этапе проектирования.
  • Простое моделирование твёрдых тел.
  • Сейсмическое воздействие.
  • Методы расчёта: Bishop, Fellenius (Petterson), Spencer, Morgenstern-Price, Sarma, Janbu, Шахунянц, ITFM (китайские стандарты).
  • Возможность вычислить выход поверхностей скольжения в процессе оптимизации.
  • Рассмотрение грунтовых слоев.
  • Возможность ввести в расчёт гео-укрепление.
  • Расчёт в эффективных и полных параметрах грунтов.
  • Любое количество расчётов на одном этапе строительства.
  • Возможность ограничить оптимизацию поверхности скольжения.
  • Импорт и экспорт файлов в формате DXF.

Учебные материалы

  • Технические руководства

Новые возможности в GEO5 2021

  • Приложения во всех программах GEO5
  • Стратиграфия — Земляные работы (Новый модуль)
  • МКЭ — Землетрясение (Новый модуль)
  • Системы координат (Стратиграфия)
  • Обшивка и горизонтальные крепления (Ограждения котлованов)

Пример отчета программы “Устойчивость откоса”

Основные преимущества отчета GEO5

  • Настройка структуры отчета с использованием корневого меню
  • Логотип компании в заголовке отчета
  • Простота в добавлении различных фотографий
  • Возможность пользователя изменять изображения
  • Восстановление изображения при изменении входных данных

Программы основаны в том числе на методике д.т.н., профессора Г.М. Шахунянца, отвечают всем требованиям действующих СП, СНиП и ГОСТ.

Комплекс наиболее оптимально приспособлен к реалиям Республики Казахстан. Программа хорошо зарекомендовала себя при расчете подпорных стен из габионных сетчатых конструкций.

Программный комплекс при достаточно простом и интуитивном интерфейсе позволяет выполнять расчеты достаточно сложных геотехнических систем с разными грунтовыми условиями, гидрогеологической ситуацией, учетом сейсмического воздействия, возможен комплексный расчет с учетом этапов возведения сооружения.

Расчет устойчивости откосов

Геотехническая постановка задачи

Расчет устойчивости откосов и склонов, противооползневых удерживающих инженерных сооружений, всегда основывается на данных инженерно-геологических и геотехнических изысканий, на количественном и качественном анализе оползневых факторов.

В настоящее время существует много методик по расчету устойчивости откосов, все они сводятся к трем базовым классам методов:

  • методы предельного (пластического) равновесия;
  • методы конечных элементов;
  • комбинированные методы.

Выбор тех или иных методов в первую очередь определяется типом оползневого процесса и механизмом возможного смещения оползневых масс. Каждый оригинальный способ расчета характеризуется своей оригинальной системой, полученной в данном способе с использованием того или иного допущения (необходимость которого связана со статической неопределенностью задачи).

Класс методов предельного равновесия, может быть представлен методами Моргенштерна-Прайса, упрощенным методом Бишопа и обобщенным методом Янбу. Методы Бишопа и Моргенштерна-Прайса рассматриваются действующими нормативными документами (п. 4.2.11 СП 11-105-97, Часть II [4]) в качестве общепринятых методов расчета устойчивости склонов. Метод конечных элементов, представляющий класс численных методов и рекомендованный к применению в актуализированных редакциях нормативных документов (п. 5.2.3 СП 116.13330).

Метод Бишопа

При расчете устойчивости откосов, в упрощенном методе Бишопа удовлетворяются условия равновесия общих моментов и вертикальных сил (равновесие сдвигающих сил не соблюдается). Несмотря на то, что условия равновесия удовлетворяются не полностью, тем не менее, метод обеспечивает хорошие результаты и рекомендуется для проведения большинства практических расчетов, проводящихся по круглоцилиндрической поверхности. Многоугольник сил, построенный на основе метода Бишопа, показан на рисунке.

Вследствие того, что коэффициент устойчивости FS входит в обе части уравнения, для его решения необходимо задаться предположением о начальном значении коэффициента устойчивости. Далее решение данного уравнения сводится к итерационному процессу (до тех пор, пока вычисляемый FS не окажется меньше заданной допустимой погрешности).

Бишоп провел сопоставление коэффициентов запаса, полученных с помощью упрощенного и более строгих методов, которые удовлетворяют всем условиям равновесия. Он установил, что вертикальная составляющая сил взаимодействия может быть принята равной нулю, не приводя к существенным ошибкам, обычно с расхождением менее 5%. Следовательно, упрощенный подход, в котором вертикальные составляющие сил взаимодействия приводятся к нулю, обеспечивает тот же результат, что и строгий, при котором удовлетворяются все условия равновесия.

Метод Янбу

Метод Янбу был разработан в 1954 году норвежским профессором геотехники Нилмаром Оскаром Чарльзом Янбу. Он очень схож с методом Бишопа. С его помощью также, в геотехнической практике, выполняются расчеты оползневых склонов. Отличием является то, что в данном методе осуществляется удовлетворение равновесию сдвигающих сил, при этом не соблюдается удовлетворение равновесию моментов. Диаграмма распределения сил в отсеке и многоугольник сил, построенные при расчёте по упрощённому методу Янбу показаны на рисунке

Анализируя многоугольник сил в отсеке, можно сказать что многоугольник, получающийся по методу Янбу, замкнут лучше, чем в методе Бишопа. Стоит отметить, что при расчёте по круглоцилиндрической поверхности результаты по методу Янбу получаются заниженными.

Уравнение для вычисления коэффициента устойчивости по упрощённому методу Янбу показано на рисунке.

Упрощённый метод Янбу является наиболее близким к методу Маслова-Берера, рекомендованному российскими нормативными документами для расчёта устойчивости склонов, так как относится к группе методов горизонтальных сил, действующих на границе отсеков.

Метод конечных элементов

Метод конечных элементов (МКЭ, FEM) наряду с методами конечных разностей является одним из основных численных методов решения задач механики сплошной среды.

Одна из особенностей МКЭ состоит в том, что он базируется скорее на интегральной формулировке анализируемого явления, нежели на дифференциальной форме, которую представляют уравнения в частных производных и граничные условия. Эта интегральная формулировка может быть вариационного (если это возможно) либо проекционного типа.

Основная концепция метода конечных элементов состоит в том, что искомую непрерывную величину аппроксимируют кусочным набором простейших функций, заданных над ограниченными конечными подобластями (элементами). С помощью такой процедуры интегрирование дифференциальных уравнений аналитической постановки задачи сводится к решению системы линейных уравнений. Количественные значения неизвестной величины отыскиваются в ограниченном числе точек (узлов) области, а в пределах элементов значения неизвестной функции и ее производных определяются уже аппроксимирующими функциями и их производными.

Наиболее важными преимуществами МКЭ благодаря которым он так широко используется, являются:

  • свойства материалов смежных элементов могут быть различными, что позволяет применять метод для моделирования напряженно-деформированного состояния неоднородных сред;
  • методом можно пользоваться для областей с любой формой внешних и внутренних границ;
  • размеры элементов могут быть переменными, что позволяет укрупнить или измельчить сеть разбиения области на элементы;
  • с помощью МКЭ не представляет труда рассмотрение граничных условий с разрывной поверхностной нагрузкой, а также смешанных граничных условий.

Большое практическое применение МКЭ получил при решении геотехнических задач, касающихся расчета устойчивости откосов и склонов, так как позволяет учесть сложную геометрию откосов и их неоднородность.

В отличие от методов, основанных на анализе предельного равновесия, в МКЭ нахождение нормальных и касательных напряжений по поверхности скольжения осуществляется с учетом деформационных свойств грунтов (модуля Юнга и коэффициента Пуассона).

Анализ напряженного состояния методом конечных элементов удовлетворяет условиям статического равновесия и позволяет оценить изменения напряжений, вызванные варьированием деформационных свойств, неоднородности и геометрических форм.

Поле напряжений в откосе определяется решением двухмерной задачи плоской деформации с использованием конечных элементов треугольной формы. На рисунке выше показана конечно-элементная дискретизация, применяемая при расчетах откосов. Жесткие границы заданы на значительном расстоянии от откоса, поэтому наличие их не влияет на напряженное состояние откоса. В методе конечных элементов матрица жесткости элементов, которая связывает силы и перемещения в узлах, определяется исходя из минимизации полной потенциальной энергии. Эти матрицы жесткости затем накладываются, образуя общую матрицу жесткости системы. Задав силы и перемещения в каждом узле на границах, система совместных уравнений, базирующихся на общей матрице жесткости, может быть разрешена относительно перемещений каждого узла. После того как установлены перемещения, для каждого элемента можно определить напряжения.

Решение краевой задачи о напряженно-деформированном состоянии рассматриваемой расчетной области сводится к численному решению системы уравнений:[K] = , — вектор узловых перемещений; — вектор нагрузок.

При решении нелинейной задачи механики деформируемого твердого тела совместно с уравнением решается также другая система уравнений, задаваемая соотношением F(<σ>, <ε>) = 0.

При этом решение задачи сводится к подбору исходных параметров <ε0>или <σ0>(соответственно при использовании метода начальных деформаций или начальных напряжений), которые удовлетворяют условиям равновесия рассматриваемой расчетной области. Подбор этих параметров осуществляется итерационными методами.

Определение устойчивости склона выполняется методом редукции (ступенчатого уменьшения) прочностных параметров материалов модели, доводя модель до искусственного разрушения. Состояние математической модели, при котором не может быть получено устойчивое решение краевой задачи вследствие безграничного нарастания деформаций расчетной области, трактуется как предельное.

Коэффициент запаса несущей способности откосов и склонов определяется как отношение исходных прочностных параметров пород, слагающих рассматриваемый откос (склон) к их минимальным значениям, при которых решение краевой задачи еще возможно.

За рубежом, при моделировании устойчивости склонов, наиболее часто используется нижняя предельная теорема пластического разрушения.

В основе расчетных методов оценки устойчивости оползневых и оползнеопасных склонов лежат две предельные схемы (Р.Р. Чугаев, Ж. Косте, Г. Санглера).

Идея первой предельной схемы (фактических и уменьшенных прочностных характеристик) состоит в нахождении таких критических значений прочностных характеристик грунта, что бы расчетный склон перешел в состояние предельного равновесия. Соответственно коэффициент устойчивости при подобном подходе определяется как отношение фактических прочностных характеристик к их критическим значениям.

Идея второй предельной схемы (удерживающих и сдвигающих усилий) заключается в изучении соотношения сдвигающих и удерживающих усилий, действующих на склон. Коэффициент устойчивости в этом случае может быть определен как отношение удерживающих моментов к сдвигающим.

Стоит отметить, что определение коэффициента устойчивости в первом и во втором случае различно и использование первой предельной схемы с точки зрения механики более обосновано. Однако на практике оба определения коэффициента устойчивости дают близкие результаты.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью оценки устойчивости склонов и откосов, а также разработке мероприятий по предупреждению развития и предотвращению активизации оползневого процесса. А также разработку документации для устройства инженерной защиты от оползней.

Более полную информацию по разработке геотехнического проекта инженерной защиты от оползней, по выполнению геотехнических расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

© 1999-2021 Научно-проектное конструкторское бюро «СтройПроект»

Применение верификационных тестов при расчетах устойчивости земляного полотна железнодорожного пути

Анализ современного состояния проектирования, строительства и эксплуатации инфраструктурных объектов свидетельствует о необходимости реализации комплекса мер по повышению качества расчетных обоснований проектных решений. В настоящее время производить расчеты инфраструктурных объектов невозможны без применения современного программного обеспечения.

Для приведения уровня качества расчетных обоснований проектных решений современных инфраструктурных объектов строительства проектным организациям рекомендуется осуществлять расчеты не менее, чем по двум сертифицированным программных комплексов, проводить сопоставительный анализ полученных результатов, так называемая верификация. Такая практика широко применяется в развитых странах. Эти верификационные тесты предназначены для проверки инженером правильности расчета устойчивости земляного полотна железнодорожного пути в расчетной программе.

Органами государственной экспертизы рекомендуется запрашивать в необходимых случаях расчетные обоснования конструктивных решений с использованием двух независимо разработанных программ.

Как известно, земляное полотно железных дорог представляет собой сложный комплекс грунтовых объектов, работающих в сложных условиях природно-климатической среды и динамических нагрузок. Все элементы железнодорожного пути по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное движение поездов. Для проверки обеспечения безопасности состояния земляного полотна применяют различные расчеты.

Несмотря на большое многообразие методик и возможностей решения расчетов устойчивости земляного полотна, необходимо проводить оценку достоверности выполненных расчетов в различных геотехнических программах.

Положительным результатом верификации является соответствие результатов расчетов значениям «эталонного решения» с допустимой погрешностью. Погрешность определяется путем сравнения результатов расчета с «эталонными» решениями.

На основании общедоступных методик и примеров, приведенных в открытых литературных источниках, сотрудники института провели верификационный анализ в геотехнической программе GEO5 — Устойчивость откосов (Версия программы: 2016.49).

Верификационный тест № 1
Модель, описанная в [1-2], представляет собой простой анализ однородного склона с одинаковыми свойствами грунта. Эта модель впервые опубликована в исследовании [3]. Физико-механические свойства грунта склона: с = 3,0 kN/m2; φ = 19,6°; γ = 20,0 kN/m3.

Результаты расчета полученными различными методами приведены в таблице 1. Как видно из таблицы 1, результаты, полученные программами Slide, SVSLOPE и GEO5-Устойчивость откосов, достаточно хорошо согласуется. Отличия по полученным коэффициентам устойчивости составляет по методу Bishop и Spenser 0,2%.

Таблица 1 – Результаты верификационного анализа

Левая точка поверхности скольжения

Правая точка поверхности скольжения

«GEO5 — Устойчивость откосов»

Шахунянц

Верификационный тест № 2
Модель, описанная в [4], представляет собой простой анализ однородного склона сложенного из супеси, с одинаковыми свойствами грунта, с учетом уровня грунтовых вод. Дополнительно были проведены расчеты с укреплением анкерами. Физико-механические свойства грунта склона и характеристики анкера: с = 21,0 kN/m2; φ = 27,0°; γ = 18,5 kN/m3, γsat = 19,50 kN/m3, F = 20 kN/m2, FА = 200 kN, bA=2.00 м, Hзакрепления анкера = [x,z] = [16.00;9.00].
Результаты расчета, полученные различными методами, приведены в таблице 2. Как видно из таблицы 2, результаты расчета без оптимизации линии поверхности скольжения, полученные авторами и выполненные нами, совпадают. Нами также были дополнительно проведены расчеты с учетом оптимизации поверхности скольжения. Результат расчета с учетом оптимизацией на 1-4% меньше, чем без оптимизации. Что также необходимо учитывать при проектировании.

Таблица 2 – Результаты верификационного анализа

[4] и «GEO5 — Устойчивость откосов» (ООО «ИПИТ»)

Bishop (Anchored slope)

Spencer (Anchored slope)

Шахунянц

«GEO5 — Устойчивость откосов» с учетом оптимизации

Bishop(Anchored slope) (рис. 1)

Spencer (Anchored slope) (рис. 2)

Шахунянц

Шахунянц (Anchored slope) (рис. 3)

В строительной практике для определения устойчивости грунтового сооружения, как правило, используются методы предельного равновесия, регламентированные нормативными источниками и разработанные такими авторами как Шахунянц, Маслов, Терцаги, Бишоп, Моргенштерн, Спенсер и многими другими, однако ни один из авторов расчета устойчивости не предполагал в своем методе наличие геосинтетических прослоек. Отечественной нормативной документацией предлагаются методы учета геосинтетических материалов в расчетах, в то же время методы разнятся в зависимости от отрасли (а.д. или ж.д.), года выпуска и взглядов авторов документа. Единый подход для учета геосинтетических материалов в расчетах, регламентированный нормативной документацией, на данный момент отсутствует, в связи с чем, все чаще прибегают к расчетам методом численного моделирования.

Метод численного моделирования (программный комплекс Plaxis) позволяет решать сложные геотехнические задачи, связанные с индивидуальным проектированием и более корректно выполнять расчеты сооружений с геосинтетическими материалами, учитывая как прочностные характеристики материала, так и его деформацию в процессе эксплуатации (перемещение, растяжение, разрыв). В мировой практике применение подобных комплексов считается современным и актуальным подходом. Применение численных методов расчета с 2010 года начинает регламентироваться некоторыми отечественными нормативными источниками.

Вывод. Следует иметь в виду, что опыт накопленный в геотехническом проектировании свидетельствует о необходимости тщательного анализа и проверки полученных результатов. Также необходимо учитывать, что на рабочих компьютерах инженеров должны быть не один, а как минимум два программных расчетных комплексов.

Список использованных источников
[1] Rocscience Inc. (2015). Slope Stability. Verification Manual Part I. Slide. 2D limit equilibrium slope stability for soil and rock slopes Точка доступа: https://www.rocscience.com/help/slide/webhelp/pdf_files/verification/Slide_SlopeStabilityVerification_Part1.pdf (Дата обращения: 22.09.2016).
[2] SVSLOPE Slope Stability Modeling Software. Verification Manual SoilVision Systems Ltd. Saskatoon, Saskatchewan, Canada. Точка доступа: https://www.soilvision.com/downloads/software/svoffice2009/SVSlope_Verification_Manual.pdf (Дата обращения: 22.09.2016).
[3] Giam, P.S.K. and I.B. Donald (1989), «Example problems for testing soil slope stability programs», Civil Engineering Research Report No. 8/1989, Monash University, ISBN 0867469218, ISSN 01556282.
[4] GEO5 Slope Stability — Verfication manual. Точка доступа: http://www.finesoftware.ru/rukovodstvo-po-proverke/ (Дата обращения: 22.09.2016).

Рисунок 1 – Результаты расчета устойчивости откосов земляного полотна методом Bishop (Anchored slope) с оптимизированной поверхностью скольжения

Рисунок 2 – Результаты расчета устойчивости откосов земляного полотна методом Fellenius/Petterson (Anchored slope) с оптимизированной поверхностью скольжения

Рисунок 3 – Результаты расчета устойчивости откосов земляного полотна методом Шахунянц (Anchored slope) с оптимизированной поверхностью скольжения

Рисунок 4 – Результаты расчета устойчивости откосов земляного полотна методом конечных элементов с выводом величины Epsilon

Рисунок 5 – Результаты расчета устойчивости откосов земляного полотна методом конечных элементов с выводом величины осадки dx

Рисунок 6 – Результаты расчета устойчивости откосов земляного полотна методом конечных элементов с выводом величины осадки dz

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector