Некоторые аспекты геотехнического моделирования

Результаты расчетов. Первая серия расчетов

Авторы

Ермонин Евгений АлексеевичРуководитель группы геотехнических расчетов ООО «ТПИ»

Продолжаем тему расчета котлована и оценки влияния строительства. Во втором посте представлены результаты первой серии расчетов при использовании трех моделей грунта (MC, HS, HSS). Первую часть этой темы можно прочитать здесь.

Модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона)

Рис. 1. Деформированная схема

Рис. 2. Полные перемещения расчетной модели

Рис. 3. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована

Рис. 4. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 36мм (направление смещения «вверх»)

Примечание:

Радиус зоны влияния нового строительства или реконструкции допускается ограничивать расстоянием, при котором расчетное значение дополнительной осадки грунтового массива или основания существующего сооружения окружающей застройки не превышает 1мм, за исключением расположения на границе зоны влияния сооружений окружающей застройки, категория технического состояния которых аварийная - IV (п.9.34 СП22.13330.2016).

Рис. 5. Горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 42 мм

Рис. 6. Огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 620 кНм/м

Рис. 7. Огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 245 кН/м

Рис. 8. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1502 кН

Рис. 9. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,089

В ПК Plaxis 2D расчет устойчивости реализован методом снижения прочностных характеристик грунта. Этот процесс называется Phi-c reduction и присутствует как отдельный тип расчета. При использовании алгоритма Phi-c reduction (снижение φ и с) параметры прочности грунта tan φ и с последовательно уменьшаются до тех пор, пока не произойдет разрушение. Таким образом, коэффициент надежности представляет собой отношение имеющегося сопротивления грунта сдвигу к минимальному сопротивлению сдвигу, необходимому для обеспечения равновесия:

Отношение действительной (существующей) прочности грунта к вычисленной минимальной, необходимой для равновесия, — это коэффициент безопасности, обычно используемый в механике грунтов. Используя стандартное условие Кулона (

где параметры прочности с индексом i («input») относятся к свойствам, заданным в наборах данных по материалам, а параметры с индексом r («redused») – к сниженным значениям параметров, вычисленных в ходе выполнения расчета.

Модель грунта Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта)

Рис. 10. Деформированная схема

Рис. 11. Полные перемещения расчетной модели

Рис. 12. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована

Рис. 13. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 8,5 мм (направление смещения

Рис. 14. Горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 13,4 мм

Рис. 15. Огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 510 кНм/м

Рис. 16. Огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 213 кН/м

Рис. 17. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1368 кН

Рис. 18. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,103

Модель грунта Hardening Soil model with small-strain stiffness (модель упрочняющегося грунта при малых деформациях)

Рис. 19. Деформированная схема

Рис. 20. Полные перемещения расчетной модели

Рис. 21. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована

Рис. 22. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 7,2 мм (направление смещения «вниз»)

Рис. 23. Горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 10,2 мм

Рис. 24. Огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 420 кНм/м

Рис. 25. Огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 194 кН/м

Рис. 26. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1263 кН

Рис. 27. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,113

Результаты расчетов первой серии

Таблица 1

Как видно из данного сравнения, выбор модели грунта существенным образом влияет на результаты расчета. Модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона) не отражает теоретическую картину деформации поверхности грунта, обусловленную строительством котлована (что неудивительно, т.к. используется один модуль жесткости). Также данная модель не позволяет определить радиус зоны влияния в соответствии с нормами. Модели грунта Hardening soil и Hardening Soil model with small-strain stiffness отражают теоретические картины деформаций и, в целом, дают похожие результаты расчета. Однако модель HSS в силу учета модуль сдвига при сверхмалых деформациях (е<10-6) показывает меньший радиус зоны влияния.

Коэффициент устойчивости для всех трех моделей грунта отличается незначительно.