Plaxis. Выемка грунта насухо с использованием а..

6. ВЫЕМКА ГРУНТА НАСУХО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНКЕРНОЙ СТЕНКИ (УРОК 4)

Настоящий пример включает в себя строительство котлована с выемкой грунта насухо. Стенки котлована укрепляются с помощью стен в грунте, заанкерованных предварительно напряженными грунтовыми анкерами. PLAXIS позволяет детально смоделировать задачи такого типа. В настоящем примере будет показано, как моделировать грунтовые анкеры с учетом предварительного напряжения. Кроме того, выемка грунта насухо подразумевает расчет фильтрации грунтовых вод для построения нового распределения давления воды. Этот аспект будет подробно рассмотрен ниже.

6.1 Входные данные

Котлован шириной 20 м и глубиной 10 м укреплен бетонными стенками высотой 15 м и толщиной 0.35 м, каждая из которых укреплена с помощью грунтовых анкеров, установленных в два ряда. Верхний анкер длиной 14.5 м имеет угол наклона 33.7( (2:3); нижний анкер длиной 10 м расположен под углом 45(. Слева от котлован приложена распределенная нагрузка 10 кН/м2, а справа от котлована – 5 кН/м2.

Рис. 6.1. Котлован, укрепленный анкерными стенками.

Рассматриваемое грунтовое основание представлено тремя четко выраженными слоями. От поверхности земли на глубину 3 м залегает относительно рыхлый мелкозернистый насыпной песчаный грунт, под которым до глубины 15 м простирается более или менее однородный слой плотного песка. Этот слой особенно подходит для установки грунтовых анкеров. Начальная ситуация включает в себя уровень грунтовых вод на глубине 3 м от поверхности земли (т.е. по подошве насыпного слоя). Под песчаным слоем залегает суглинок, простирающийся на большую глубину.





Геометрическая модель





Задача может быть представлена с помощью геометрической модели шириной 80 м и глубиной 20 м. Предлагаемая модель показана на рис. 6.2. Грунтовый анкер может быть смоделирован с помощью комбинации проходящего межузлового анкера и георешетки (желтая линия). Георешетка моделирует область цементного раствора, а межузловой анкер представляет анкерную тягу. В реальности вокруг зоны цементного раствора имеет место сложное трехмерное напряженное состояние.






Несмотря на то, что используемая двумерная модель не позволяет точно смоделировать напряженное состояние конструкции и ее взаимодействие с грунтом, с ее помощью можно оценить распределение напряжений, деформацию и устойчивость конструкции на общем уровне, предположив отсутствие проскальзывания между цементным раствором и грунтом. Эта модель конечно не позволяет определить усилие, необходимое для извлечения грунтового анкера.


Стены в грунте моделируются как плиты, интерфейсы вокруг которых используются для моделирования взаимодействия между грунтом и сооружением. Интерфейсы продлеваются на глубину 1.0 м под стеной. Вокруг георешетки, представляющей область цементного раствора, интерфейсов быть не должно.

Совет:
В целом, представляется хорошей практикой удлинять интерфейсы вокруг углов сооружений с целью обеспечить достаточную свободу деформации и получить более точную картину распределения напряжений. Когда вы будете это делать, убедитесь, что добавленная часть интерфейса имеет ту же прочность, что и грунт, а его проницаемость никак не влияет на фильтрационное поле, если такое имеется.


Выемка грунта производится в три этапа, границы между которыми моделируются с помощью геометрических линий. Создайте базовую геометрическую модель, как это показано на рис. 6.2. Для правильного воспроизведения граничных условий можно воспользоваться функцией Standard fixities (Стандартные закрепления).



Рис. 6.2. Геометрическая модель строительства котлована


Свойства материала

Грунтовое основание состоит из трех четко выраженных слоев. Введите три набора данных для грунтов и интерфейсов с параметрами, указанными в табл. 6.1.

Совет:
Продленная часть интерфейса не используется для взаимодействия между грунтом и сооружением и, следовательно, должна иметь ту же прочность, что и окружающий грунт. Это может быть получено при коэффициенте снижения прочности Rinter = 1.0, что автоматически следует при выборе опции Rigid. При необходимости должен быть создан набор данных для продленной части интерфейса. Кроме того, продленная часть интерфейса не должна влиять на поле потока, что достигается путем деактивирования интерфейса, когда генерируется поровое давление.


Свойства бетонной стенки вводятся в набор данных для элемента типа Plate (плита). Модуль Юнга бетона равен 35 ГПа, толщина стенки 0.35 м. Свойства стенки указаны в табл. 6.2.


Таблица 6.1. Свойства грунтов и интерфейсов

Параметр
Наименование
Насыпной грунт
Песок
Суглинок
Ед. изм.

Модель материала
Model
М-К
М-К
М-К
-

Тип поведения материала
Type
дренир.
дренир.
дренир.
-

Удельный вес грунта
(unsat
16
17
17
кН/м3

Удельный вес насыщенного грунта
(sat
20
20
19
кН/м3

Проницаемость в горизонтальн. направлении
kx
1.0
0.5
0.1
м/сутки

Проницаемость в вертикальн. направлении
ky
1.0
0.5
0.1
м/сутки

Модуль Юнга
Eref
8000
30 000
20 000
кН/м2

Коэффициент Пуассона
(
0.30
0.30
0.33
-

Сцепление
сref
1.0
1.0
8.0
кН/м2

Угол трения
(
30
34
29
(

Угол дилатансии
(
0.0
4.0
0.0
(

Коэф-т снижения прочности в интерфейсах
Rinter
0.65
0.70
Rigid
-



Табл. 6.2. Свойства стенки в грунте (плиты)

Параметр
Наименование
Значение
Ед. измерения

Тип поведения
Material type
Elastiс
-

Нормальная жесткость
ЕА
12(106
кН/м

Изгибная жесткость
EI
0.12(106
кНм2/м

Эквивалентная толщина
d
0.346
м

Вес
w
8.3
кН/м/м

Коэффициент Пуассона
(
0.15
-


Для задания свойств грунтовых анкеров необходимы два набора данных: один для типа Anchor (анкер), и второй – для типа Geogrid (георешетка). Набор данных Anchor задает свойства анкерной тяги, а Geogrid – свойства области цементного раствора. Указанные данные приведены в таблицах 6.3 и 6.4.


Таблица 6.3. Свойства анкерной тяги (межузловые анкеры)

Параметр
Наименование
Значение
Ед. измерения

Тип поведения
Material type
Elastiс
-

Нормальная жесткость
ЕА
2(105
кН

Шаг анкеров
Ls
2.5
м

Максимальное усилие

Fmax,comp
Fmax,tens
1(1015
1(1015
кН
кН


Таблица 6.4. Свойства области цементного раствора (геосетка)

Параметр
Наименование
Значение
Ед. измерения

Нормальная жесткость
ЕА
1(105
кН/м


Построение сетки
Для построения сетки желательно установить параметр Global coarseness (глобальный параметр крупности) на Medium (средняя крупность). Кроме того ожидается, что напряжения будут концентрироваться вокруг двух областей цементного раствора и в нижней части стенки, поэтому в этих местах предлагается локально измельчить сетку. Одновременно выделить четыре геосетки (с помощью клавиши ) и выбрать Refine line в меню Mesh. Этот процесс позволит вам создать сетку примерно из 590 элементов.

Начальные условия
В качестве начальных условий вводится удельный вес воды 10 кН/м3. Начальные давления воды генерируются на основе общего горизонтального уровня грунтовых вод на отметке y = 17 м (через точки (0; 17.0) и (80.0; 17.0).

Первоначально все элементы конструкции являются неактивными. Однако, убедитесь, что плиты, межузловые анкеры и геосетки деактивированы. Внешние нагрузки также первоначально неактивны. Начальное поле напряжений генерируется с помощью процедуры K0-procedure с использованием во всех кластерах стандартных значений K0.

6.2 Расчеты

Расчет производится в шесть этапов. На первом этапе строятся стенки и активируются внешние нагрузки. На втором этапе делаются первые 3 метра выемки грунта без подсоединения анкеров к стенке. На этой глубине котлован остается сухим. На третьем этапе производится установка и предварительное напряжение первого анкера. Четвертый этап состоит из дальнейшей выемки грунта до глубины 7 м и осушения котлована. Этот процесс включает в себя расчет фильтрации грунтовых вод для определения нового распределения порового давления. На пятом этапе устанавливается и предварительно напрягается второй анкер, а на шестом производится дальнейшая выемка грунта с осушением котлована до достижения окончательной глубины 10 м.

Все этапы расчета определяются как Plastic (пластические расчеты) с использованием Staged construction как Loading input (ввод нагружения) и стандартных установок для всех остальных параметров. Приведенные ниже указания сводятся к описанию того, как определяются отдельные этапы внутри режима Staged construction.


Этап 1:

Активировать стенки.

Активировать внешние нагрузки и назначить их значения. Введите Y-value=-10 кПa для нагрузки на левой стороне и –5 кПa на правой стороне от котлована.


Этап 1


Этап 2:
Деактивировать верхний кластер выемки


Этап 2


Этап 3:

Активировать верхние георешетки.

Два раза щелкнуть по верхнему анкеру. Появится окно свойств анкера с опциями предварительно напряженного состояния. Выбрать поле Adjust pre-stress force (откорректировать силу предварительного напряжения) и ввести значение силы 120 кН/м. Нажать для закрытия окна.


Этап 3


Совет:
Анкерное усилие, получаемое в конце завершающего этапа расчета точно соответствует силе предварительного напряжения. В последующих этапах расчета сила предварительного напряжения сразу рассматривается как анкерное усилие, и может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от изменения окружающих напряжений и сил.



Этап 4:

Деактивировать второй кластер выемки.

Теперь необходимо ввести граничные условия для расчета фильтрации грунтовых вод. По левой границе напор грунтовых вод остается на уровне 17.0 м. Нижняя граница должна быть закрытой. Фильтрация грунтовых вод обусловлена тем, что вода из котлована откачивается. На дне котлована давление воды равно нулю. Это означает, что напор грунтовых вод равен вертикальной отметке (напор = 13,0 м). Такое состояние выполняется путем задания нового уровня грунтовых вод и выполнения фильтрационного расчета. Активирование интерфейсов в фильтрационном расчете препятствует течению через стенку.



Этап 4

Для правильного задания этих граничных условий выполнить следующее:


Щелкнуть по “переключателю” для перехода в режим моделирования давления воды.

(
Выбрать кнопку Closed flow boundary (закрытая для потока граница) (черная линия) на панели инструментов. Щелкнуть по нижней левой точке геометрической модели, затем по нижней правой.

(
Щелкнуть по кнопке Selection (выбор).

(
Интерфейсы с двух сторон стенок должны быть активированы по умолчанию в режиме водного давления, делая их непроницаемыми. Активированный интерфейс отмечается оранжевым кружком и считается не проницаемым в течении фильтрационных расчетов. Оставьте неактивными интерфейсы ниже стенок, так как они должны быть проницаемыми.

(
Щелкните на кнопку General phreatic level и начертите новый уровень грунтовых вод: начав с точки (0.0; 17.0), продлите через точки (30.0; 13.0), (50.0; 13.0) до конечной точки (80.0; 17.0).

(
Щелкнуть по кнопке Generate water pressures (генерировать давление воды). Выбрать в поле Generate by (генерировать с помощью...) опцию Groundwater flow (фильтрация грунтовых вод) и нажать для начала расчета фильтрации грунтовых вод (опция Iterative procedure (итерационная процедура) может оставаться на Standard setting (стандартная установка)).

(
По окончанию расчета фильтрации грунтовых вод нажать на кнопку в окне расчетов. Окно закроется и фильтрационное поле будет представлено в выходном окне (Output).




Совет:
Результаты расчета фильтрации грунтовых вод можно посмотреть в форме Pore pressures (поровое давление), Flow field (поле фильтрации) и Groundwater head (напор грунтовых вод). Эти опции доступны из меню Stress (напряжения).




Рис. 6.3 Изолинии активного порового давления, полученные из расчета фильтрации грунтовых вод.

(
Щелкнуть по кнопке для возвращения в режим поэтапного строительства.

(
В режиме поэтапного строительства щелкнуть по кнопке для возвращения в программу расчета.


Этап 5:

Активировать нижние георешетки.

Два раза щелкнуть по нижним анкерам. В окне Anchor (анкер) выбрать поле Adjust pre-stress force (откорректировать силу предварительного напряжения) и ввести значение силы 200 кН/м. Нажать кнопку для закрытия окна.



Этап 5

Этап 6:

Деактивировать третий кластер выемки.

Щелкнуть по “переключателю” для перехода в режим генерирования давления воды.

Граничные условия уже были определены на этапе 3, и они не теряют силы на текущем этапе. Однако теперь необходимо понизить уровень воды внутри котлована до достигнутой новой глубины выемки. Для этого необходимо нарисовать новый уровень грунтовых вод от точки (0.0; 17.0) через точки (30.0; 10.0), (50.0; 10.0) и (80.0; 17.0). Щелкнуть по кнопке Generate water pressures (генерировать давление воды), выбрать опцию Groundwater flow (фильтрация грунтовых вод) и нажать кнопку для начала расчета фильтрации грунтовых вод.

По окончанию расчета фильтрации грунтовых вод нажать на кнопку в окне расчетов и просмотреть полученные результаты в выходном окне. Щелкнуть по кнопке для возвращения в режим поэтапного строительства.



Этап 6

После того, как будут определены все этапы расчета, необходимо выбрать несколько точек для построения кривых зависимости смещения от нагрузки (например, точки соединения грунтовых анкеров с ограждающей стенкой). Для начала расчета щелкнуть по кнопке .

6.3 Выходные данные

На рис. 6.4а – 6.4е показаны деформированные сетки, полученные в конце этапов расчета со второго по шестой. В окончательной ситуации стенка переместится вперед примерно на 8 см за счет чего образуется небольшая осадка поверхности грунта.



(a) Этап 2



(b) Этап 3



(c) Этап 4

(d) Этап 5


(e) Последний этап

Рис. 6.4 Деформированные сетки (a) – (e)



Рис. 6.5 Эффективные напряжения на последнем этапе

На рис. 6.5 показаны главные эффективные напряжения на конечном этапе. Четко видно, что под дном котлована возникла зона пассивного напряженного состояния. Кроме того видна концентрация напряжений вокруг грунтовых анкеров.

На рис. 6.6 показаны изгибающие моменты, возникающие в левой стенке на конечном этапе. Два провала на кривой моментов вызваны анкерными усилиями.

Чтобы посмотреть анкерные усилия, следует два раза щелкнуть по анкеру. Когда вы сделаете это на третьем и пятом этапах расчета, вы сможете сами убедиться, что анкерное усилие в самом деле равно заданной силе предварительного напряжения анкера.



Рис. 6.6 Изгибающие моменты в левой стенке на конечном этапе расчета
13PAGE 15


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО PLAXIS

13PAGE 141015



6-13 PAGE 141115

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО PLAXIS


6-13 PAGE 14115







D Заголовок 1:: Заголовок 2T Заголовок 3bb Заголовок 4`` Заголовок 5bb Заголовок 6`
` Заголовок 7bb Заголовок 8b b Заголовок 9Ў: 15:Bт: Основной текстT Верхний колонтитулZ Нижний колонтитул, Номер страницы^
Оглавление 1^
Оглавление 2>15>
Оглавление 3FF
Оглавление 4DD
Оглавление 5DD
Оглавление 6DD
Оглавление 7DD
Оглавление 8DD
Оглавление 9h Основной текст с отступомl Основной текст с отступом 22

Приложенные файлы

  • doc 6076927
    Размер файла: 736 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий