Некоторые аспекты геотехнического моделирования

Результаты расчетов. Вторая серия расчетов

Авторы

Ермонин Евгений АлексеевичРуководитель группы геотехнических расчетов ООО «ТПИ»

Продолжаем разбирать проблему расчета котлована и оценки влияния строительства. В третьем посте представлены результаты второй серии расчетов при ограничении высоты расчетной области схемы глубиной сжимаемой толщи основания условного фундамента, подошва которого расположена в уровне дна котлована. Первую часть этой темы можно прочитать здесь, а вторую – здесь.

Вторая серия расчетов

Во второй серии расчетная схема ниже дна котлована ограничивается Hc.

Hc – глубина сжимаемой толщи основания условного фундамента, подошва которого расположена в уровне дна котлована. Ширина условного фундамента принимается равной ширине котлована. Нагрузка по подошве условного фундамента принимается равной весу выбранного грунта из котлована.

Hc рассчитывается согласно п.5.6.41 СП 22.13330 (

Расчетная схема для определения Нс представлена на рисунке 30а. Определенная расчетом глубина Нс равна 12,0 м.

Рис. 1. К расчету Hc

Рис. 2. Расчет Hc

Примечание:

Приложение Е СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами» рекомендует выбор размеров расчетной области и геомеханической модели грунта (рис. 3–5). На мой взгляд, есть неточность в таблице Е.2 при определении глубины расчетной области модели b для открытой выработки: b=H_rs+0.5-H_s.

Рис. 3. Выкопировка из СП 249.1325800.2016

Рис. 4. Выкопировка из СП 249.1325800.2016

Рис. 5. Выкопировка из СП 249.1325800.2016

Модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона)

Рис. 6.Деформированная схема

Рис. 7. Полные перемещения расчетной модели

Рис. 8. Горизонтальные перемещения расчетной модели

Рис. 9. Вертикальные перемещения расчетной модели

Рис. 10. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована

Рис. 11. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 8,7 мм (направление смещения «вниз»)

Рис. 12. а – горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 38 мм; б – огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 743 кНм/м; в – огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 241 кН/м

Рис. 13. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1537 кН

Рис. 14. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,113

Модель грунта Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта)

Рис. 15. Деформированная схема

Рис. 16. Полные перемещения расчетной модели

Рис. 17. Горизонтальные перемещения расчетной модели

Рис. 18. Вертикальные перемещения расчетной модели

Рис. 19. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована

Рис. 20. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 10,6 мм (направление смещения «вниз»)

Рис. 21. а – горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 14,5 мм; б – огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 539 кНм/м; в – огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 206 кН/м

Рис. 22. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1425 кН

Рис. 23. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,121

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

Рис. 24. Деформированная схема

Рис. 25. Полные перемещения расчетной модели

Рис. 26. Горизонтальные перемещения расчетной модели

Рис. 27. Вертикальные перемещения расчетной модели

Рис. 28. Полные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована

Рис. 29. Вертикальные перемещения поверхности грунта, обусловленные строительством котлована. Максимальное значение 8,6 мм (направление смещения «вниз»)

Рис. 30. а – горизонтальные деформации СВГ. Максимальное значение 10,9 мм; б – огибающая изгибающих моментов СВГ. Максимальное значение 439 кНм/м; в – огибающая поперечных сил СВГ. Максимальное значение 191 кН/м

Рис. 31. Усилия в распорных конструкциях. Максимальное значение 1303 кН

Рис. 32. Расчет устойчивости. Изополя наиболее вероятного разрушения. Коэффициент устойчивости 3,113

Результаты расчетов второй серии

Таблица 1. Результаты расчетов второй серии

Примечания:

* - см. п.3.2.6 «Результаты расчета в ПК GeoWall»

При ограничении расчетной схемы ниже дна котлована глубиной сжимаемой толщи Hc результаты расчета кардинально меняются для модели МС:

полные перемещения расчетной модели уменьшаются практически в 2 раза (с 241мм до 127мм);
меняются характер и величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована (с 36мм «вверх» до 8,7мм «вниз»);
определяется радиус зоны влияния в соответствии с нормами (с >85м до 64м);
максимальный изгибающий момент в ограждении котлована увеличивается с 620 кНм до 743 кНм;
горизонтальная деформация ограждения котлована уменьшается с 42 мм до 38 мм.

Для моделей HS и HSS ограничение расчетной схемы глубиной сжимаемой толщи меняет результаты на 10–15%.

Для модели HS:

полные перемещения расчетной модели уменьшаются с 38 мм до 29 мм;
величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована, увеличивается с 8,5 мм до 10,6 мм;
радиус зоны влияния уменьшается с 60 м до 43 м;
максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 510 кНм до 539 кНм;
горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 13,4 мм до 14,5 мм.

Для модели HSS:

полные перемещения расчетной модели уменьшаются с 30 мм до 24 мм;
величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована, увеличивается с 7,2 мм до 8,6 мм;
радиус зоны влияния практически не меняется (≈33м);
максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 420 кНм до 439 кНм;
горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 10,2 мм до 10,9 мм.

Таким образом, рекомендуется ограничивать схему глубиной сжимаемой толщи. Особенно это актуально при использовании модели грунта МС.

Результаты расчетов в ПК GeoWall

Для сопоставления полученных результатов расчета с классической теорией расчета подпорных стен, выполняется расчет аналогичной конструкции в ПК GeoWall. Исходные данные и результаты расчета представлены на рисунках 33–39. В исходных данных следует обратить внимание на следующие моменты:

Хотя программа запрашивает коэффициент постели, в качестве коэффициента жесткости используется коэффициент пропорциональности.

На расчет коэффициента активного горизонтального давления грунта (формула (9.7) СП 22.13330) влияет контакт с грунтом (таблица 9.1 СП 22.13330). Коэффициент активного давления грунта рассчитывается по формуле (9.7) СП 22.13330.

Формула (9.11) СП 22.13330, по которой рассчитывается коэффициент пассивного давления грунта, дает завышенное значение при высоких значениях угла внутреннего трения. В связи с этим, при φ, превышающим 20°, в формуле (9.11) во всех случаях принимать δ = 0 (п.9.23 СП 22.13330).

Глубина сжимаемой толщи в классическом расчете, разумеется, не влияет на полученные результаты.

Рис. 33. Исходные данные – геология

Рис. 34. Исходные данные – ограждение

Рис. 35. Исходные данные – этапы

Рис. 36. Результаты расчета – расчетное давление на ограждение

Рис. 37. Результаты расчета – горизонтальные перемещения. Максимальное значение 1,7мм

Рис. 38. Результаты расчета – изгибающие моменты. Максимальное значение 303 кНм/м

Рис. 39. Результаты расчета – поперечные силы. Максимальное значение 205,2 кНм/м