2. Выходные данные

В окне расчета выберите одновременно третий и четвертый этап (при выборе этих этапов удерживайте клавишу Ctrl на клавиатуре) и щелкните кнопкой Output. Выходное окно теперь показывает две деформированные сетки, одну после строительства в условиях отсутствия дренажа завершающей части насыпи и другую после полного уплотнения.

С учетом результатов третьего этапа (строительство в условиях отсутствия дренажа) деформированная сетка показывает подъем подошвы насыпи и тыловой зоны, вызванный "поведением" в условиях отсутствия дренажа. При оценке общего увеличения смещения можно видеть, что развивается механизм разрушения (см. рис. 7.3). Кроме того, на рис. 7.4 показано распределение избыточного порового давления. Ясно, что наивысшее избыточное поровое давление имеет место под центральной частью насыпи.

Можно видеть, что осадка первоначальной поверхности грунта и насыпи значительно возрастает на четвертом этапе. Это связано с рассеиванием избыточного порового давления, что вызывает уплотнение грунта. На рис. 7.5 показано распределение остаточного порового давления после уплотнения. Проверьте, чтобы максимальное значение было ниже 1,0 кН/м².

Рис.7.3 Увеличение смещения после строительства насыпи в условиях отсутствия дренажа

Рис.7.4 Избыточное поровое давление после строительства насыпи в условиях отсутствия дренажа

Рис.7.5 Изобары избыточного порового давления после уплотнения до P_{excess(избыточн)} 1,0 кН м²

Может быть использована программа Curves (Кривые) для отображения роста со временем избыточного порового давления под насыпью. Для создания такой кривой выполните следующие шаги:

• Щелкните кнопкой Go to curves program (Прейдите в программу кривых) в верхнем левом углу Выходного окна.

• Выберите New curve (Новая кривая) и выберите текущий проект из запросчика файлов.

• В окне Curve generation (Построение кривой) выберите Time для оси х. Для оси y выберите Excess pore pressure (Избыточное поровое давление) и выберите точку в середине слоев мягкого грунта (Точка В) из комбинированного окна Point. После щелчка кнопкой OK должна появиться кривая, подобная кривой на рис. 7.6.

На рис.7.6 ясно показаны четыре этапа расчетов. На этапах строительства в условиях отсутствия дренажа избыточное поровое давление возрастает без увеличения с течением времени, в то время как во время периодов уплотнения избыточное поровое давление со временем падает. Из кривой можно видеть, что необходимо свыше 900 дней для достижения полного уплотнения.

Рис.7.6 Рост избыточного порового давления под насыпью

ие; 3 – Условные обозначения; Точка В

7.4 Анализ эксплуатационной безопасности

При проектировании насыпи важно учитывать не только окончательную устойчивость, но также и устойчивость во время строительства. Из результатов вычислений ясно, что механизм разрушения начинает развиваться после второго этапа строительства.

Интересно определить общий коэффициент безопасности на этом этапе, а также для других этапов строительства.

При проектировании зданий и сооружений коэффициент безопасности обычно определяется как отношение разрушающей нагрузки к рабочей нагрузке. Однако для структуры грунта это определение не всегда полезно. Например, для насыпей большая часть нагрузки вызвана весом грунта, и увеличение веса грунта не обязательно ведет к разрушению. Несомненно, откос из чисто фрикционного грунта не разрушится при испытаниях, при которых сам вес грунта увеличивается (как при испытаниях в центрифуге). Более соответствующее определение коэффициента безопасности, таким образом, следующее:

Где S означает прочность на сдвиг. Отношение действительной прочности к вычисленной минимальной прочности, необходимой для равновесия – это коэффициент безопасности, обычно используемый в механике грунтов. Вводя стандартное условие Кулона, получаем коэффициент безопасности:

Г де с и  - входные параметры прочности и _n – компонент нормального фактического напряжения. Параметры с_r и _r – параметры приведенной прочности, как раз достаточно большие для поддержания равновесия. Вышеописанный принцип является основой метода Phi-c-reduction (-c-приведения), который может быть использован в программе PLAXIS для расчетов коэффициента общей безопасности. В таком подходе сцепление и тангенс угла трения приводятся в такой же пропорции:

Приведение параметров прочности контролируется общим множителем Msf. Этот параметр увеличивается при поэтапном методе до тех пор, пока не произойдет разрушение. Затем коэффициент безопасности определяется как значение Msf при разрушении, при условии, что при разрушении получается более или менее постоянное значение для числа последовательных этапов нагружения.

Вариант расчета по методу -c-приведения возможен в программе PLAXIS только для расчетов для пластического состояния типа Load advancement number of steps (число нагружений для предельного уровня распространения нагрузки).

Для расчета коэффициента общей безопасности для дорожной насыпи на различных этапах строительства, выполните следующие шаги:

• Щелкните кнопкой Go to calculations program (Перейдите в программу расчетов) чтобы сфокусировать окно Расчетов.

• Сначала мы хотим вычислить коэффициент безопасности после первого этапа строительства. Следовательно, выберите второй этап расчетов и щелкните кнопкой Insert. В результате вводится новый этап расчетов (5) между этапом 1 и 2.

• Во вкладке General выберите расчет Plastic и выберите Load adv number of steps из второго комбинированного окна. Проверьте, чтобы параметр Start from phase (Начните с этапа) действительно соответствовал первому этапу расчетов.

• Во вкладке Parameters число Additional steps (Дополнительные нагружения) устанавливается на 30 (значение по умолчанию). Для исключения существующих деформаций от проистекающего механизма разрушения, выберите опцию Reset displacements to zero (Установите значение сдвига на ноль). Выберите Phi-c-reduction в поле Loading input и щелкните кнопкой Define.

• В окне Multipliers (Множители) проверьте, чтобы первое приращение множителя, контролирующего процесс приведения прочности, Msf, было выставлено на 0.1. Теперь определен первый расчет безопасности.

Совет:

Значение по умолчанию Additional steps в расчете Load advancement number of Steps составляет 30. В отличии от расчета Ultimate level (Предельный уровень), число дополнительных нагружений всегда полностью соблюдается. В большинстве расчетов по методу -c-приведения, 30 нагружений достаточно для доведения до состояния разрушения. Если нет, то число дополнительных нагружений может быть увеличено максимум до 100. Для большинства расчетов по методу -c-приведения значение Msf = 0.1 является соответствующим первым шагом для того, чтобы начать процесс. В процессе расчетов рост общего множителя для приведения прочности, Msf, автоматически контролируется процедурой распространения нагрузки.

• Теперь мы хотим определить расчет коэффициента безопасности после второго этапа строительства. Следовательно, выберите этап окончательного расчета в перечне и щелкните кнопкой Insert. В результате вводится новый этап расчетов (6) между этапом 3 и 4.

• Во вкладке General выберите Load adv. number of steps из второго комбинированного окна. Проверьте, чтобы параметр Start from phase действительно соответствовал третьему этапу расчетов.

• Во вкладке Parameters выберите опцию Reset displacement to zero, выберите Phi-c-reduction и щелкните кнопкой Define.

• В окне Multipliers (Множители) проверьте, чтобы Msf было выставлено на 0.1.

• Наконец, мы хотим знать окончательный коэффициент безопасности насыпи. Следовательно, вновь выберите этап окончательного расчета в перечне и щелкните кнопкой Next. В результате добавляется новый этап расчетов (7).

• Во вкладке General выберите Load adv. number of steps из второго комбинированного окна.

• Во вкладке Parameters выберите опцию Reset displacement to zero. Кроме того, выберите опцию Ignore undrained behaviour (Пропустить "поведение" в условиях отсутствия дренажа), поскольку в этом случае учитывается поведение в течение длительного срока. Выберите Phi-c-reduction и щелкните кнопкой Define.

• В окне Multipliers проверьте, чтобы Msf было выставлено на 0.1.

До того, как начать расчеты, убедитесь, что для выполнения () выбраны только новые этапы расчетов, другие должны быть обозначены знаком .

Оценка результатов

Дополнительные смещения образуются при расчетах методом -c-приведения. Общие смещения не имеют физического значения, но возрастающие смещения на окончательном этапа (при разрушении) указывают на вероятный механизм разрушения. Для наблюдения за механизмом разрушения на трех разных этапах строительства насыпи выберите одновременно стадии 5, 6 и 7 (используйте клавишу Ctrl) и щелкните кнопкой Output. Выберите для всех окон Total increments (Общие приращения) из меню Deformations (Деформации) и замените представление с Arrows (Стрелки) на Shadings (Затемнение). Получающаяся кривая дает хороший отпечаток механизма разрушения (см. Рис. 7.7). Величина приращения смещений не существенна.

Рис.7.7 Затемнение общего увеличения смещения, показывающее наиболее применимый механизм разрушения насыпи на окончательном этапе.

Коэффициент безопасности может быть получен из опции Calculation info в меню View. Вкладка Multipliers в окне Calculation information представляет действительные значения коэффициентов нагрузки. Значение  Msf представляет коэффициент безопасности, при условии, что это значение действительно более или менее постоянно при выполнении предыдущих нескольких шагов.

Однако лучшим путем определения коэффициента безопасности является вычерчивание кривой, в которой параметр  Msf вычерчивается на фоне смещений определенного узла. Хотя смещения незначительны, они указывают на то, развивается или нет механизм разрушения. Для определения данным путем коэффициентов безопасности для этих трех ситуаций, выполните следующие шаги:

• Щелкните кнопкой Go to curves program для запуска программы Curves.

• Выберите New project (Новый проект) и выберите файл дорожной насыпи из запросчика файлов.

• В окне Curve generation выберите общее смещение подошвы насыпи (Точка А) для оси х. Для оси y выберите Multipliers и выберите  Msf из комбинированного окна Type. В результате появится кривая, показанная на рис. 7.8.

Две прямые линии от конца кривой возвращаются к U=0 в связи с тем, что в начале следующего этапа расчетов смещения выставлены на 0. Максимальные смещения незначительны. Можно видеть, что для всех кривых получается более или менее постоянное значение  Msf. Можно использовать изменение масштаба изображения для проверки этого значения для верхней кривой.

Рис.7.8 Определение коэффициента безопасности для трех этапов процесса строительства.

2 – Условные обозначения

3 – Точка В (Величина Msf)

4 - Окончательный коэффициент безопасности (на длительный срок) 1.48

5 – Коэффициент безопасности (первый этап строительства) 1.17

6 - Коэффициент безопасности (второй этап строительства) 1.07