У ЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО PLAXIS

7. Строительство дорожной насыпи (урок 5)

Строительство насыпи на слабых грунтах с высоким уровнем грунтовых вод ведет к повышению порового давления. В результате такого недренированного поведения эффективное напряжение остается низким и для надежного строительства насыпи должны быть приняты периоды промежуточного уплотнения. При уплотнении избыточное поровое давление рассеивается так, что грунт может получить необходимую сдвиговую прочность, обеспечивающую продолжение процесса строительства.

В настоящем уроке рассмотрен вопрос строительства дорожной насыпи, с подробным анализом описанного выше механизма. В задаче представлены три новых варианта расчетов, а именно: расчет консолидации, расчет по изменяемой сетке и расчет коэффициента безопасности методом снижения , c.

Рис. 7.1 Дорожная насыпь на слабых грунтах

7.1 Входные данные

На рис. 7.1 представлен разрез дорожной насыпи. Ширина насыпи 16.0 м, высота 4.0 м. Заложение откосов составляет 1:3. Задача является симметричной, поэтому моделируется только одна половина (в данном случае выбрана правая половина). Сама насыпь возведена из рыхлого песчаного грунта. Основание включает слой слабого грунта толщиной 6.0 м. Верхние 3 м этого слабого слоя грунта представлены слоем торфа, а нижние 3 м - слоем глины. Уровень грунтовых вод совпадает с естественной поверхностью основания. Под слоями слабого грунта находится слой плотного песка, который не включается в модель.

Геометрическая модель

Насыпь, показанная на рис. 7.1, может быть рассчитана в рамках модели плоской деформации. Для этого примера используются пятнадцатиузловые элементы. Для Длины, Силы и Времени используются стандартные единицы измерения (м, кН и сутки). В геометрической модели учитывается общая длина 40 м, начиная от середины насыпи. Полную геометрию можно начертить, используя опцию Geometry line. Предполагается, что деформация глубинного песчаного слоя на рис. 7.1 равна нулю. Следовательно, этот слой не включается в модель и вместо него используется неподвижное основание. Для определения граничных условий можно использовать Стандартные закрепления.

Рис. 7.2. Геометрическая модель проекта дорожной насыпи

Таблица 7.1. Свойства материала дорожной насыпи и основания

Параметры	Обозн.	Глина	Торф	Песок	Ед. изм.
Модель материала Тип поведения Удельный вес грунта Удельный вес насыщенного грунта Горизонт. проницаемость Вертикал. проницаемость Модуль Юнга Коэффициент Пуассона Сцепление Угол трения Угол дилатансии	Model Type unsat sat kx ky Eref  cref  	M-К Недрениров. 15 18 110-4 110-4 1000 0.33 2.0 24 0	M-К Недрениров. 8 11 210-3 110-3 350 0.35 5.0 20 0	M-К Дрениров. 16 20 1.0 1.0 3000 0.3 1.0 30 0	- - кН/м3 кН/м3 м/сут м/сут кН/м2 - кН/м2  

Набор данных материалов и построение сетки

Свойства различных типов грунта даны в таблице 7.1. Должны быть созданы три набора данных материалов в соответствии с таблицей. Слои глины и торфа являются недренированными, что ведет к повышению порового давления во время строительства насыпи. Определите данные для соответствующих кластеров в геометрической модели. После ввода параметров материала может быть построена простая сетка конечных элементов с использованием средних величин крупности Medium. Постройте сетку, щелкнув кнопкой Generate mesh.

Начальные условия

В начальных условиях вес воды устанавливается 10 кН/м³. Давление воды полностью гидростатическое и определяется общим уровнем грунтовых вод в точках (0.0; 6.0) и (40.0; 6.0).

Кроме уровня грунтовых вод следует обратить внимание на граничные условия для задачи консолидации, выполняющейся при расчетах. Без каких-либо дополнительных вводных данных все границы водопроницаемы, так что вода может свободно проходить через них, а избыточное поровое давление может рассеиваться во всех направлениях. Однако в рассматриваемой ситуации левая вертикальная граница должна быть закрыта, поскольку она является осью симметрии, так что горизонтальная фильтрация не возможна. Правая вертикальная граница также должна быть закрыта, поскольку на этой границе нет свободного оттока. Нижняя граница открыта, потому что под слоями слабого грунта возникающее поровое давление может свободно проникать в глубинный и проницаемый песчаный слой (не включенный в модель). Верхняя граница также явно открыта. Для создания соответствующих граничных условий консолидации выполните следующие шаги:

• Щелкните на панели кнопкой (желтая линия) Closed consolidation boundary.

• Переместитесь к верхней точке левой границы (0.0; 10.0) и щелкните на этой точке. Переместитесь к нижней точке левой границы (0.0; 0.0) и щелкните вновь. Щелкните правой кнопкой мыши для завершения этого замкнутого контура.

• Переместитесь к верхней точке правой границы (40.0; 6.0) и щелкните. Переместитесь к нижней точке (40.0; 0.0) и щелкните вновь. Завершите этот замкнутый контур.

• Щелкните кнопкой Generate water pressure для создания давления воды и граничных условий консолидации.

После создания давления воды щелкните на "переключатель" ("switch") для изменения начальной геометрической конфигурации. Насыпь в первоначальном состоянии не представлена. Поэтому для создания первоначального напряжения насыпь сначала должна быть деактивирована. Это можно сделать, щелкнув один раз в двух кластерах, представляющих насыпь, точно также, как при расчете поэтапного строительства. Когда насыпь деактивирована (соответствующие кластеры должны быть белого цвета), оставшаяся активная геометрия будет горизонтальной с горизонтальными слоями, так что, для расчета начального напряжения можно использовать K_o-процедуру. Примерные значения K_o глинистого и торфяного слоя могут быть приняты на основе формулы Jaky: K_o = 1-sin. После создания начального напряжения ввод данных завершен и могут выполняться расчеты.

Совет:

Закрытые границы консолидации могут определяться только, если щелкнуть на существующие геометрические точки. Программа автоматически найдет промежуточные геометрические точки. Граничные условия консолидации должны быть созданы в граничных узлах сетки. Это делается вместе с созданием давления воды. Таким образом, после ввода или изменения границ консолидации, всегда щелкайте кнопкой Generate water pressures