Результаты расчетов. Третья серия расчетов
Продолжаем разбирать проблему расчета котлована и оценки влияния строительства. В четвертом посте анализируется влияние прочности интерфейсов на полученные результаты. Коэффициенты условий работы гк представлены в таблице 9.1 СП 22.13330.
В первой и второй сериях расчетов прочность интерфейсов принималась равной 0,67.
В третьей серии расчетов прочность интерфейсов принимается равной 0,33.
Расчетные схемы третьей серии построены на основе расчетных схем серии 2 (т.е. с ограничением глубины сжимаемой толщи ниже дна котлована).
Первую часть этой темы можно прочитать здесь, вторую – здесь, третью – здесь.
В нормах указано, что деформации основания и конструкций на их контакте могут быть несовместны. В расчетах необходимо учитывать возможность отлипания или сдвига на контакте «конструкция-грунт» (рис.1).
![Рис. 1. Выкопировка из СП 22.13330.2016](/images/dynamic/img41945.png)
![Рис. 2. Выкопировка из СП 22.13330.2016](/images/dynamic/img41946.png)
В ПК Plaxis для моделирования контакта «конструкция-грунтовый массив» служат интерфейсы. Интерфейсы состоят из интерфейсных элементов. На рис.3 показано, как соединяются между собой интерфейсные элементы и элементы грунта. При использовании пятнадцати узловых элементов грунта соответствующие интерфейсные элементы определяются пятью парами узлов, в то время как шестиузловым элементам грунта соответствуют интерфейсные элементы, определяемые тремя парами узлов. На рисунке интерфейсные элементы показаны как имеющие конечную толщину, однако при конечно-элементной формулировке узлы каждой пары имеют одинаковые координаты, что означает нулевую толщину элемента.
![Рис.3. Распределение узлов и точек напряжений в интерфейсных элементах и их соединение с элементами грунта (Справочное руководство ПК Plaxis)](/images/dynamic/img41947.png)
![Рис.4. Выкопировка из справочного руководства ПК Plaxis](/images/dynamic/img41948.png)
![Рис.5. Выкопировка из справочного руководства ПК Plaxis](/images/dynamic/img41949.png)
Модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона)
![Рис. 6. Деформированная схема](/images/dynamic/img41950.png)
![Рис. 7. Полные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41951.png)
![Рис. 8. Горизонтальные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41952.png)
![Рис. 9. Вертикальные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41953.png)
![Рис. 10. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована](/images/dynamic/img41954.png)
![Рис. 11. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 12,5мм (направление смещения «вниз»)](/images/dynamic/img41955.png)
![Рис. 12. а – горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 41,2 мм; б – огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 802 кНм/м; в – огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 252 кН/м](/images/dynamic/img41956.png)
![Рис. 13. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1572 кН](/images/dynamic/img41957.png)
![Рис. 14. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,019](/images/dynamic/img41958.png)
Модель грунта Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта)
![Рис. 15. Деформированная схема](/images/dynamic/img41959.png)
![Рис. 16. Полные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41960.png)
![Рис. 17. Горизонтальные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41961.png)
![Рис. 18. Вертикальные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41962.png)
![Рис. 19. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована](/images/dynamic/img41963.png)
![Рис. 20. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 15,2 мм (направление смещения «вниз»)](/images/dynamic/img41964.png)
![Рис. 21. а – горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 17,3 мм; б – огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 612 кНм/м; в – огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 226 кН/м](/images/dynamic/img41965.png)
![Рис. 22. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1576 кН](/images/dynamic/img41966.png)
![Рис. 23. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,032](/images/dynamic/img41967.png)
Модель грунта Hardening Soil model with small-strain stiffness (модель упрочняющегося грунта при малых деформациях)
![Рис. 24. Деформированная схема](/images/dynamic/img41968.png)
![Рис. 25. Полные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41969.png)
![Рис. 26. Горизонтальные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41970.png)
![Рис. 27. Вертикальные перемещения расчетной модели](/images/dynamic/img41971.png)
![Рис. 28. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована](/images/dynamic/img41972.png)
![Рис. 29. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 12,4 мм (направление смещения «вниз»)](/images/dynamic/img41973.png)
![Рис. 30. а – горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 13,4 мм; б – огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 507 кНм/м; в – огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 201 кН/м](/images/dynamic/img41974.png)
![Рис. 31. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1501 кН](/images/dynamic/img41975.png)
![Рис. 32. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,027](/images/dynamic/img41976.png)
Результаты расчетов второй серии
Таблица 1. Результаты расчетов третьей серии
![](/images/dynamic/img41984.png)
Примечания:
* - см. п. «Результаты расчета в ПК GeoWall»
При уменьшении прочности интерфейсов до 0,33 результаты для всех трех моделей грунта меняются: увеличиваются деформации и силовые факторы в конструкциях. При расчете в ПК GeoWall результаты практически не меняются.
Для модели грунта МС:
- полные перемещения расчетной модели увеличиваются с 127 мм до 142 мм;
- меняется характер (картина приближается к теоретической) и величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована (с 8,7мм «вниз» до 12,5мм «вниз»);
- радиус зоны влияния увеличивается с 64 м до 68 м;
- максимальный изгибающий момент в ограждении котлована увеличивается с 743 кНм до 802 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 38 мм до 41,2 мм.
Для модели HS:
- полные перемещения расчетной модели увеличиваются с 29 мм до 37 мм;
- величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована, увеличивается с 10,6 мм до 15,2 мм;
- радиус зоны влияния незначительно увеличивается (с 43 м до 44 м);
- максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 539 кНм до 612 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 14,5 мм до 17,3 мм.
Для модели HSS:
- полные перемещения расчетной модели увеличиваются с 24 мм до 30 мм;
- величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована, увеличивается с 8,6 мм до 12,4 мм;
- радиус зоны влияния незначительно увеличивается (с 33 м до 35 м);
- максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 439 кНм до 507 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 10,9 мм до 13,4 мм.
При расчете в ПК GeoWall:
- максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 302,9 кНм до 344,6 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 1,7 мм до 1,9мм.
Резюмируя, можно сказать, что прочность интерфейсов является важным параметром, существенно влияющим как на качественные (деформации поверхности грунта в модели МС), так и на количественные результаты расчетов (модели грунта MC, HS, HSS).
При расчете в ПК GeoWall изменение данного параметра незначительно меняет результаты расчетов.
Результаты расчетов в ПК GeoWall
В данной серии меняется параметр «контакт с грунтом»: уменьшается с 0,67 до 0,33 (рис.33), как следствие, увеличивается коэффициент активного горизонтального давления грунта с 0,26 до 0,28.
![Рис. 33. Исходные данные – ограждение](/images/dynamic/img41977.png)
![Рис. 34. Исходные данные – геология](/images/dynamic/img41978.png)
![Рис. 35. Результаты расчета – расчетное давление на ограждение](/images/dynamic/img41979.png)
![Рис. 36. Результаты расчета – горизонтальные перемещения. Максимальное значение 1,9мм](/images/dynamic/img41980.png)
![Рис. 37. Результаты расчета – изгибающие моменты. Максимальное значение 344,6 кНм/м](/images/dynamic/img41981.png)
![Рис. 38. Результаты расчета – поперечные силы. Максимальное значение 230,4 кНм/м](/images/dynamic/img41982.png)
Выводы и рекомендации
В данной работе выполнен анализ заданных исходных параметров на результаты расчетов ограждающих конструкций котлована, устойчивости и оценки влияния строительства.
В первой серии расчетов показаны результаты при использовании трех моделей грунта: Mohr-Coulomb (Мора-Кулона), Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта), Hardening Soil model with small-strain stiffness (модель упрочняющегося грунта при малых деформациях).
Во второй серии расчетов показано влияние принятых границ расчетной схемы: ограничение глубиной сжимаемой толщи ниже дна котлована.
В третьей серии расчетов анализируется влияние прочностных свойств контактных элементов («интрефейсов») на границе «грунтовый массив-конструкция».
Полученные результаты сопоставляются с классической теорией: выполняется расчет аналогичной конструкции в ПК GeoWall.
Результаты отражены в сводной таблице 2.
По результатам выполненного анализа:
- Для окончательного расчета рекомендуется использовать модель грунта Hardening Soil model with small-strain stiffness (либо Hardening soil). Модель грунта Mohr-Coulomb использовать для предварительного анализа.
- Без ограничения размеров расчетной схемы 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 (ε<10-6) показывает меньший радиус зоны влияния.
Коэффициент устойчивости для всех трех моделей грунта отличается незначительно. - Рекомендуется ограничивать расчетную схему глубиной сжимаемой толщи (особенно актуально для модели грунта МС);
- Прочность интерфейсов является важным параметром, существенно влияющим как на качественные (деформации поверхности грунта в модели МС), так и на количественные результаты расчетов (модели грунта MC, HS, HSS).
- Результаты, полученные в ПК GeoWall в соответствии с классической теорией расчета, плохо коррелируются с результатами численного моделирования в ПК Plaxis 2D.
Необходимо отметить, что величина горизонтальной деформации ограждения котлована 2 мм, рассчитанная в ПК GeoWall, при глубине котлована 16м, не представляется реалистичной.
Таблица 2. Сводная таблица результатов расчетов
![](/images/dynamic/img41983.png)
Список использованной литературы
1.СП 22.13330.2016. Свод правил. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
2.СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами».
3.«Выбор модели грунта и определение ее параметров для геотехнических расчетов в Plaxis». Специальный курс НИП-Информатики. Санкт-Петербург, 2014.
4.Plaxis Material Models Manual 2016.
5.Plaxis Bulletin Issue 38/Autumn 2015.
6.GeoWall 4.0.1. Расчет ограждений котлованов.
7.Hardening Soil model with small strain stiffness. Andrzej Truty, ZACE Services, 1.09.2008.