7.3 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 недренированного возведения завершающей части насыпи, другую после полной консолидации. Рассматривая результаты третьего этапа (недренированное возведение), деформированная сетка показывает подъем подошвы насыпи и поверхности основания, вызванный недренированным режимом. Оценивания приращения полных смещений, 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 естественной 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 консолидации, когда максимальное значение давления стало ниже 1,0 кН/м².

Рис.7.3 Приращения смещений после недренированного возведения насыпи

Рис.7.4 Избыточное поровое давление после недренированного возведения насыпи

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

Может быть использована программа Curves (Кривые) для показа развития во времени избыточного порового давления под насыпью. Для создания такой кривой выполните следующие шаги:

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

• Выберите New chart (Новая диаграмма) 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 слабого 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 недренированного возведения насыпи избыточное поровое давление возрастает при малом увеличении времени, в то время, как в периоды консолидации избыточное поровое давление со временем падает. Из кривой можно видеть, что необходимо свыше 700 суток для достижения полного уплотнения.

Рис.7.6 Развитие избыточного порового давления под насыпью

7.4 Анализ 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 на других этапах строительства.

При проектировании зданий и сооружений коэффициент безопасности обычно определяется как отношение разрушающей (предельной) нагрузки к действующей нагрузке. Однако для грунтовых сооружений это определение не всегда пригодно. Например, для насыпей большая часть нагрузки вызвана весом грунта, а увеличение веса грунта не обязательно ведет к разрушению. Действительно, откос несвязного грунта не разрушится при испытаниях, в которых сам вес грунта увеличивается (как при испытаниях в центрифуге). Наиболее подходящее определение коэффициента безопасности следующее:

Где S означает прочность на сдвиг. Отношение реальной 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 – фактическое нормальное напряжение. Параметры с_r и _r – параметры приведенной прочности, достаточные для поддержания равновесия. Вышеописанный принцип является основой метода Phi-c-reduction (снижение , c), который использован в программе PLAXIS для расчетов коэффициента общей безопасности. В таком подходе сцепление и тангенс угла трения снижаются в такой же пропорции:

Снижение параметров прочности контролируется общим множителем Msf. Этот параметр увеличивается при пошаговой процедуре до тех пор, пока не произойдет разрушение. Коэффициент безопасности определяется как Msf, когда обеспечивается более или менее его постоянное значение для ряда последовательных шагов нагружения.

Расчет по методу снижения , c находится в программе PLAXIS в списке Calculation type на вкладке General. Если выбрана опция Phi-c-reduction, то во вкладке Parameters автоматически устанавливается Incremental multipliers в группе Loading input.

Для расчета коэффициента общей безопасности 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, создайте новый этап расчетов и выберите Phase1 в поле Start from phase.

• Во вкладке General выберите расчет Phi-c-reduction.

• Во вкладке Parameters число Additional steps (Дополнительные шаги) устанавливается на 100 (вместо значения по умолчанию 250). Для исключения существующих деформаций из механизма разрушения, выберите опцию Reset displacements to zero (Установите значение перемещений на ноль). Опция Incremental Multipliers уже выбрана в поле Loading input. Щелкните по кнопке «Define» для ввода вкладкеи Multipliers.

• В окне Multipliers (Коэффициенты) проверьте, чтобы первое приращение множителя, контролирующего процесс снижения 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 100. В отличие от расчета Ultimate level (Предельный уровень), число дополнительных шагов всегда полностью выполняется. В большинстве расчетов по методу снижения , c 100 шагов достаточно для доведения до состояния разрушения. Если нет, то число дополнительных нагружений может быть увеличено максимум до 1000. Для большинства расчетов по методу снижения , c значение Msf = 0.1 является соответствующим первым шагом, чтобы начать процесс. В процессе расчетов рост общего множителя для снижения прочности, Msf, автоматически контролируется процедурой развития нагрузки.

• Теперь мы хотим провести расчет коэффициента безопасности после второго этапа строительства. Создайте новый этап расчетов и выберите Phase 3 в поле Start from phase.

• Во вкладке General выберите Phi-c-reduction из окна Loading type.

• Во вкладке Parameters выберите опцию Reset displacement to zero, выберите Incremental multipliers и щелкните кнопкой Define.

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

• Для определения окончательного коэффициента безопасности насыпи создайте новый этап расчета и выберете Phase 4 в поле Start from phase.

• Во вкладке General выберите Phi-c-reduction как тип нагружения.

• Во вкладке Parameters выберите опцию Reset displacement to zero. Кроме того, выберите опцию Ignore undrained behaviour (Пропустить недренированное поведение), поскольку в этом случае учитывается долительное поведение. Выберите Incremental multipliers и щелкните кнопкой Define.

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

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

Оценка результатов

При расчетах методом снижения , c образуются дополнительные смещения. Полные смещения не имеют физического смысла, но их рост на конечном шаге (при разрушении) указывает на вероятный механизм разрушения. Для наблюдения за механизмом разрушения на трех разных этапах возведения насыпи выберите одновременно стадии 5, 6 и 7 (используйте клавишу Ctrl) и щелкните кнопкой Output. Выберите для всех окон Total increments (Полные приращения) из меню Deformations (Деформации) и замените представление с Arrows (Стрелки) на Shadings (Затенение). Полученная картинка дает хорошее представление механизма разрушения (см. Рис. 7.7). Величина приращения смещений не важна.

Рис.7.7 Приращения полных смещений, иллюстрирующие примененный 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 в течение нескольких шагов.

Рис.7.8 Определение коэффициента безопасности для трех этапов процесса строительства

наилучшим путем определения коэффициента безопасности является вычерчивание кривой, в которой параметр  Msf определяется в зависимости от смещений определенного узла. Хотя эти смещения неправдоподобны, они указывают на то, развивается или нет механизм разрушения. Для определения таким путем коэффициентов безопасности для трех рассматриваемых ситуаций, выполните следующие шаги:

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

• Выберите New сhart (Новая диаграмма) и выберите файл дорожной насыпи из запросчика файлов.

• В окне Curve generation выберите полное 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.

Можно видеть, что для всех кривых получается более или менее постоянное значение  Msf.