искать
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 108 , авторов - 370 ,
всего информационных продуктов - 3589 , из них
статей журнала - 760 , статей базы знаний - 87 , новостей - 2528 , конференций - 4 ,
блогов - 9 , постов и видео - 155 , технических решений - 7

© 2016-2020 ГеоИнфо

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
 

Возможности gINT Professional, OpenRoads Designer и PLAXIS 2D при проектировании транспортных сооружений

Белибов Семён Борисович и др.
18 декабря 2019 года

Одна из наиболее актуальных проблем при проектировании сооружений связана с недостаточной оптимизацией процесса передачи информации между специалистами смежных отделов. Например, геотехник получает от изыскателей информацию о геологическом строении площадки в неудобном формате, который требует дальнейшей обработки. Это приводит к потерям времени и излишним затратам труда.

Автор статьи на примере геотехнических расчетов при проектировании линейных транспортных сооружений рассказывает о повышении эффективности работы при совместном использовании взаимодействующих программных комплексов.

Белибов Семён БорисовичИнженер-геолог ООО «НИП-Информатика», г. Санкт-Петербург
ООО «НИП-Информатика»Генеральный спонсор «ГеоИнфо»

В настоящее время на рынке есть много программных комплексов, которые решают задачи, возникающие на всех стадиях проектирования сооружения. Эти программы чаще всего используют общепринятые форматы исходных и выдаваемых данных. При этом данные, как правило, требуют дополнительной обработки при передаче между программами. Инженер-геотехник при задании грунтового основания работает с большим объемом информации в виде таблиц, разрезов, карт фактического материала и др. Он отбирает необходимые данные для построения модели и фактически повторяет работу инженера-геолога, затрачивая много времени и сил. Намного удобнее было бы напрямую использовать данные по геологии и получать модель с сооружением и с геологическим строением основания одновременно.

Для наглядности рассмотрим линейные транспортные сооружения. Важным этапом при их строительстве является создание насыпей и выемок, при проектировании которых возникают задачи расчета устойчивости откосов, осадок, консолидации. При проведении таких расчетов необходимо учитывать как грунтовое основание, так и сооружение. Эти и другие геотехнические задачи решаются с помощью специализированных программных комплексов, например PLAXIS 2D.

Для задания грунтового основания необходимо определить положение кровли и подошвы каждого слоя. Для этого в расчетных комплексах есть инструменты для построения геометрии с нуля или с помощью импорта готовой геометрии из сторонних программ. Проектирование сооружений осуществляется в специальных программах, например OpenRoads Designer для дорог.

Создание совместной модели сооружения и геологического строения осуществляется в расчетных комплексах. Если нужно провести расчеты по множеству сечений, то это потребует много времени и труда. Более эффективным было бы создание модели сооружения и грунтового основания в программе для проектирования с последующей передачей необходимых расчетных сечений в расчетную программу для вычисления требуемых параметров.

Это можно сделать с помощью трех программных комплексов из линейки Bentley Systems (американской компании Bentley Systems Inc., представленной более чем в 50 странах и являющейся мировым лидером в области поставок комплексных программных решений для поддержки инфраструктуры):

  • задание геологии выполняется в gINT Professional;
  • проектирование трассы – в OpenRoads Designer;
  • геотехнические расчеты – в PLAXIS 2D.

 

 

Возможности указанных программ охватывают процесс проектирования транспортных сооружений от изысканий до принятия конечных проектных решений. Рассмотрим подробно эти возможности с использованием примеров рассчитанных проектов.

gINT Professional — это программа для хранения, обработки и экспорта данных инженерно-геологических изысканий. Информация представляет собой набор таблиц, куда заносятся сведения о скважинах (рис. 1), полевых и лабораторных испытаниях, в том числе необходимые плановые координаты и абсолютные отметки скважин, глубины границ слоев и др. Программа может выдавать графические отчеты в виде колонок и таблиц. Эти данные можно передавать в другие программы.

 

Рис.1. Пример таблицы данных по скважинам в gINT Professional
Рис.1. Пример таблицы данных по скважинам в gINT Professional

 

Рассмотрим пример проектирования автомобильной дороги в OpenRoads Designer с начальной стадии проектирования. Например, уже проведены геодезические изыскания, а поверхность рельефа смоделирована и загружена в OpenRoads Designer. Затем была смоделирована трасса автодороги (рис. 2), задан ее продольный профиль и некоторый типовой шаблон поперечного профиля. Также были определены два характерных сечения, по которым необходимо провести геотехнические расчеты.

 

Рис.2. Пример модели трассы в плане в OpenRoads Designer
Рис.2. Пример модели трассы в плане в OpenRoads Designer

 

Для расчетов надо создать такой разрез, на котором была бы и автодорожная насыпь (или выемка), и грунтовое основание. OpenRoads Designer предназначен для проектирования линейных сооружений и, кроме того, позволяет подключить базу данных из программы для изысканий gINT Professional или из базы данных Excel и создать трехмерную модель геологического строения участка.

Необходимо зайти в геотехнический модуль и подключить проект из gINT Professional, в котором есть таблицы с данными. Надо выбрать сопоставление с той таблицей, в которую занесены плановые координаты и абсолютные отметки устья скважин.

Также можно добавить новое сопоставление с таблицей, в которой содержится информация о глубинах кровли и подошвы слоев, а также столбец с идентификатором грунтов.

После подключения базы из нее можно запросить сопоставленные данные, которые отобразятся в модели.

После добавления данных по скважинам появится возможность создания трехмерной сетки для каждого слоя.

Построенная таким образом трехмерная модель состоит из модели автодороги и геологического строения исследуемого участка.

Для создания поперечных сечений нужно выполнить еще одно подготовительное действие – создать в OpenRoads Designer трехмерные тела выемки/насыпи между существующим рельефом и верхней поверхностью коридора.

После этого можно создать поперечное сечение для импорта в PLAXIS 2D. Сечение можно открыть в отдельном окне, рассмотреть и отредактировать. Аналогично создаются сечения на других участках трассы (рис. 3).

 

Рис. 3. Примеры сечений дорожной насыпи (слева) и выемки (справа) и их оснований, созданных в OpenRoads Designer
Рис. 3. Примеры сечений дорожной насыпи (слева) и выемки (справа) и их оснований, созданных в OpenRoads Designer

 

Проект можно экспортировать в формате DXF. Все созданные модели сохраняются в отдельных файлах и доступны для импорта в другие программы, в том числе в PLAXIS 2D.

В PLAXIS 2D есть несколько режимов работы:

  • в режиме Soil можно смоделировать грунтовое основание по геологическим колонкам;
  • в режиме Structures можно создать элементы конструкций, задать нагрузки, перемещения, интерфейсы, границы, а также импортировать геометрию из сторонних программ.

 

Рассмотрим пример геотехнических расчетов для выемки. При импорте поперечного сечения в режиме Structures появляются полигоны, которые определяют слои грунта и выемку (рис. 4).

 

Рис. 4. Импорт поперечного сечения дорожной выемки с грунтовым основанием в PLAXIS 2D в режиме Structures
Рис. 4. Импорт поперечного сечения дорожной выемки с грунтовым основанием в PLAXIS 2D в режиме Structures

 

Чтобы закончить создание геологической модели, необходимо назначить материалы слоев грунта. В PLAXIS 2D есть пятнадцать встроенных моделей, и доступно создание пользовательских. Можно создать новые или использовать ранее созданные материалы и назначить их каждому слою.

 

Рис. 5. Назначенные материалы в каждом слое на поперечном сечении дорожной выемки и грунтового основания в PLAXIS 2D
Рис. 5. Назначенные материалы в каждом слое на поперечном сечении дорожной выемки и грунтового основания в PLAXIS 2D

 

Перед переходом к расчетам необходимо создать сетку конечных элементов в режиме Mesh.

После создания сетки переходим в режим Staged construction («Поэтапное строительство»), в котором производятся геотехнические расчеты с помощью задания фаз строительства сооружения.

Для примера рассмотрим расчет в три этапа:

  • расчет исходного напряженного состояния,
  • проходка выемки,
  • расчет коэффициента устойчивости откосов.

 

Если расчет фазы с выемкой грунта не прошел, надо открыть результаты фазы для просмотра. Если при просмотре боковых перемещений видно, что на откосе выемки образуется поверхность скольжения возможного сплыва (рис. 6), надо подумать о повышении устойчивости этого откоса.

 

Рис. 6. Пример образования поверхности скольжения сплыва
Рис. 6. Пример образования поверхности скольжения сплыва

 

Для повышения устойчивости откосов выемки используют разные методы. Рассмотрим вариант с изменением ее геометрии. В OpenRoads Designer можно изменить шаблон коридора таким образом, чтобы создать уступы (полки) на необходимой высоте или изменить уклон откосов.

Разрезы с измененной геометрией надо импортировать в PLAXIS 2D в режиме Structures, пересоздать сетку конечных элементов и задать новые фазы расчета с другими параметрами выемки:

  • с уклоном 1:2 без уступов;
  • с уклоном 1:1,5 с уступом на высоте 5 м;
  • с уклоном 1:1,5 с уступом на высоте 7,5 м (рис. 7).

 

Рис. 7. Примеры вариантов геометрии выемки для конечноэлементных расчетов устойчивости откоса
Рис. 7. Примеры вариантов геометрии выемки для конечноэлементных расчетов устойчивости откоса

 

При просмотре трех новых результатов расчета может оказаться так, что успешно пройдут только два. Выемка с уступом на высоте 5 м разрушается, так как уступ находится ниже поверхности скольжения и никак не улучшает устойчивость склона. Выемка с уклоном откоса 1:2 не разрушается, но рассчитанный коэффициент устойчивости составляет всего 1,017. Это значение близко к состоянию предельного равновесия – значит, требуемая устойчивость откоса не обеспечена. Выемка с уклоном откоса 1:1,5 и уступом на высоте 7,5 м удовлетворяет требованиям, что дает достаточный коэффициент устойчивости 1,2.

Таким образом, не всегда больший объем работ приводит к лучшим результатам. Изменение геометрии выемки должно опираться на расчеты. В нашем примере наибольшая устойчивость откоса выемки достигается тогда, когда уступ сооружается на высоте между двумя верхними слоями, то есть там, где находится поверхность скольжения. Определив положение последней в PLAXIS 2D, можно создать в OpenRoads Designer шаблон коридора с привязкой уступа к такой поверхности (поскольку ее высота непостоянна и меняется в разных сечениях).

В геотехнических расчетах насыпи наибольший интерес помимо устойчивости представляют расчеты консолидации и осадки насыпи от собственного веса и от эксплуатационной нагрузки.

Эти задачи можно решить с помощью PLAXIS 2D. Для этого импортируем сечения, созданные в OpenRoads Designer, и назначаем материалы слоев грунта (рис. 8).

 

Рис. 8. Импорт поперечного сечения дорожной насыпи и грунтового основания в программу PLAXIS 2D и назначение материалов каждому слою
Рис. 8. Импорт поперечного сечения дорожной насыпи и грунтового основания в программу PLAXIS 2D и назначение материалов каждому слою

 

Затем задается эксплуатационная нагрузка в режиме Structures, создается сетка и устанавливаются гидрогеологические параметры модели.

Расчет будет проведен в 3 этапа:

  1. Отсыпка насыпи (время отсыпки 30 дней);
  2. Рассеивание избыточного порового давления после завершения строительства до 10% от максимального значения;
  3. Приложение эксплуатационной нагрузки 15 кН/м.

 

После отсыпки насыпи в основании возникает поровое давление (рис. 9). В основном оно сосредоточено на контакте слабой и твердой водонепроницаемой глины. На следующем этапе поровое давление рассеивается, что занимает 47 дней (рис. 10). Если приложить эксплуатационную нагрузку, произойдет осадка 6 см (рис. 11). Следовательно, примерно на эту величину надо увеличить насыпь, чтобы компенсировать последующую осадку. Это можно сделать в OpenRoads Designer.

 

Рис. 9. После отсыпки насыпи в основании возникает поровое давление, которое сосредоточено в основном на контакте слабой глины и твердой непроницаемой глины
Рис. 9. После отсыпки насыпи в основании возникает поровое давление, которое сосредоточено в основном на контакте слабой глины и твердой непроницаемой глины

 

Рис. 10. Поровое давление рассеивается
Рис. 10. Поровое давление рассеивается

 

Рис. 11. После приложения эксплуатационной нагрузки возникает осадка
Рис. 11. После приложения эксплуатационной нагрузки возникает осадка

 

После определения оптимально устойчивого сечения выемки/насыпи и создания соответствующего шаблона коридора в OpenRoads Designer можно рассчитать объемы выемки/насыпи и перейти к экономическим показателям.

 

Заключение

В статье рассмотрена одна из проблем современной геотехники – проблема эффективной передачи данных между программными комплексами, которые используются в процессе проектирования. На примере решения геотехнических задач в транспортном строительстве показано, что с помощью совместного использования программных комплексов gINT, OpenRoads и PLAXIS 2D можно оптимизировать затраты труда и времени, а также повысить точность выполнения геотехнических расчетов.

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению