Построение расчетных схем грунтовых массивов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель - создание навыков работы по построению расчетных схем грунтовых массивов, оснований, систем «сооружение - геосреда» (инженерно-геологических и геомеханических моделей), а также овладения навыками по выполнению прогнозных расчетов поведения транспортных сооружений, взаимодействующих с вмещающей их геологической средой.

Задачи:

Ознакомление с основными принципами создания расчетных схем «сооружение-геосреда», в том числе на основе численных методов;

Изучение методами механики грунтов условий взаимодействия с массивами грунтов различных конструкций транспортных сооружений (фундаментов, подпорных стенок, котлованов и др.) в процессе их строительства и эксплуатации.

1. Оценка инженерно-геологических условий

1.1 Исходные данные

Исходные данные для расчетной схемы основания и результаты определения зернового (гранулометрического) состава и параметров физического состояния грунтов основания приведены в таблице 1.1 и таблице 1.2.

Таблица 1.1 Исходные данные для расчетной схемы основания

Номер варианта

Вид грунтов слоёв основания

Мощность грунтов слоя, м

Геометрические размеры фундамента, м

Нормативные значения усилий в уровне обреза фундамента

12

верхний

средний

нижний

верхнего

среднего

h

b

l

Fv,кН

Fh,кН

М,кН/м

6г

3п

8к

3,0

4,0

3,0

3,4

7,8

8000

60

800

Результаты определения зернового (гранулометрического) состава и параметров физического состояния грунтов основания

Таблица 1.2

Наименование грунта	Параметры физического состояния	Результаты определения зернового состава, % (размер фракций, мм)
	, г/	??, г/	W %	%	%	галька	Гравийная фракция	Песчаная фракция	пыль	глина
						>10.0	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,10	0,1-0,05	0,05-0,005	<0,005
Песчаный	2,65	1,82	10,0	-	-	-	-	-	6	8	2	36	16	12	8	12	-
Глинистый	2,72	1,96	17,2	19,1	14,7	18	2	2	1	1	-	2	2	2	10	49	11
Крупно-обломочный	2,68	2,04	16,0	-	-	3	17	22	18	2	12	2	4	8	2	9	1

1.2 Вычисление классификационных и других параметров грунтов

- плотность сухого грунта, г/с =

- коэффициент пористости e=

- пористость, % n=100%

- коэффициент водонасыщения , где = 1 г/с

- число пластичности, %

- коэффициент текучести

- удельный вес грунта, г= g??, где g?10 м/

-удельный вес с учётом взвешивающего действия воды, ,

где ,

Результаты вычислений приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 Классификационные и другие параметры грунтов

Наименование грунта	, г/с	e	n, %		, %	, %	г,	,
Песчаный	1,65	0,61	37,7	0,43	-	-	18,2	-
Глинистый	1,67	0,63	38,6	0,74	4,4	0,57	19,6	10,5
Крупнообломочный	1,76	0,52	34,3	0,82	-	-	20,4	11,0

1.3 Классификация грунтов по ГОСТ 25100-95

Результаты классификации грунтов по [1] приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 Классификация грунтов по ГОСТ 25100-95

Класс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид	Разновидность
Дисперсные	Несвязные	Осадочные	Силикатный	Песок	Крупный, малой степени водонасыщения, средней плотности, практически непучинистый
	Связные			Глинистый	Супесь, песчанистая, пластичная, сильно пучинистая (чрезмерно пучинистая)
	Несвязные			Крупно-обломочный	Гравийный, насыщенный водой, среднепучинистый

1.4 Определение нормативных и расчётных параметров грунтов

Результаты определения нормативных и расчётных параметров грунтов по [2] приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 Нормативные и расчётные параметры грунтов

Разновидность грунта	, кПа	, град	Е, МПа	н	I предельное состояние	II предельное состояние
					, кН/	, кПа	, град	, кН/	, кПа	, град
Песок крупный	0,4	38,8	34,0	0,30	15,2	0,3	32,3	18,2	0,4	38,8
Супесь пластичная	13,4	24,4	17,6	0,40	16,3	11,2	20,3	19,6	13,4	24,4
Гравийный	1,3	40,9	43	0,27	17,0	1,1	34,1	20,4	1,3	40,9

2. Решение задачи на основе одномерных конечных элементов

Исходные данные для решения задачи и расчётная схема балки приведены в таблице 2.1 и на рис. 2.1.

Таблица 2.1 Исходные данные для балки металлической из двутавра №18

N вариант	№ двутавра	E, МПа	бt, 1/?С	?t, ?С	L, м	А, см2	W, cм3	J, cм4	[у0], Мпа
12	24а	1.5х106	10х10-5	13	6	37.5	317	3800	260

Рис. 2.1 Расчётная схема для балки металлической (двутавр №18)

Результаты расчёта приведены на рис. 2.2.

а)

б)

в)

г)

Рис. 2.2 Результаты расчёта (эпюры значений величин в узлах)

а) перерезывающих сил, кН; б) моментов, кНм; в) вертикальных смещений, м; г) углов поворота, рад.

Сравнительная оценка результатов решения по формулам сопромата и МКЭ:

1) для моментов в сечении середины балки

М=FL/4=(100*6)/4=150 кНм, Ммкэ=150 кНм;

2) для перерезывающих сил в сечениях начала и конца балки

T=F/2=100/2=50 кН, Тмкэ= 50 кН;

3) для вертикальных смещений (прогибов) в сечении середины балки

U=-FL3/(48EJ)=(-100*63)/(48*1500000000*0.00003800)=-0,0079м,

4) для углов поворота в сечениях начала и конца балки

ц=-FL2/(16EJ)=(-100*62)/(16*1500000000*0.00003800)=-0,0039 рад,

Оценка по несущей способности материала балки при изгибе для сечения с максимальным значением момента выполняется по условию

М/W?у0, (2.1)

Где М - значение момента в рассматриваемом сечении балки; W - значение момента сопротивления поперечного сечения балки; у0 - предел прочности на одноосное сжатие материала балки.

150/0,0000317=4731861 кПа=4 731 МПа> у0=260 МПа

Вывод: условие по несущей способности не выполняется.

Оценка по деформации выполняется по условию

S?Su, (2.2)

Где S и Su - расчетное и предельное значения деформации балки (в качестве критериальной величины деформации балки принимается вертикальное смещение ее сечений). Предельное значение вертикального смещения балки равно 0.002 L.

S=0,0507 м>Su=0,002*9=0.018

Вывод: условие по деформациям не выполняется.

Общий вывод: необходимо продолжить расчеты с увеличением типоразмера двутавра.

3. Моделирование работы транспортных сооружений на основе метода

конечных элементов (МКЭ)

3.1 Однородная расчётная схема основания

Расчётная схеме однородного основания представлена на рис. 3.1

Рис. 3.1 Расчётная схема однородного основания

3.2 Неоднородная расчётная схема основания

Расчётная схема неоднородного основания представлена на рис. 3.2

Рис 3.2 Расчётная схема неоднородного основания

3.3 Оценка несущей способности основания ФМЗ на основе требований

СНиП 2.05.03-84

3.3.1 Исходные данные

Исходные данные для основания и фундаментов приведены в таблицах 1.1 и 1.5.

3.3.2 Расчётная схема системы «фундамент - основание»

Расчётная схеме системы «фундамент - основание» представлена на рис. 3.3.

d=hf+0,5=1,5+0,5=2 м

FL=DL-d=100,00-3,0=97,00 м

3.3.3 Определение нагрузок и воздействий

Нормативные значения нагрузок определяются непосредственно расчётом или по указаниям нормативных документов. В курсовой работе нормативные нагрузки от сооружения определены для расчётной поверхности в уровне обреза фундамента.

nFv=8000 кН;

nFh=60 кН;

nMx=800 кНм;

Расчётная нагрузка определяется на основе нормативной нагрузки и коэффициента безопасности по нагрузкам согласно указаниям раздела 2[1].

Fv=гf* nFv=1,2*8000=9600 кН;

Fh= гf* nFh=1,2*60=72 кН;

М= гf* nMx=1,2*800=960 кНм;

где гf=1,2 - коэффициент безопасности по нагрузкам.

Нормативные значения нагрузки от собственного веса фундамента грунта

nFvfg= гfg *d *b*l =20*3,0*3,4*7,8=1591,2 кН;

где гfg=20 кН/м3 - удельный вес фундамента грунта.

Расчётное значение

Fvfg= гf* nFvfg=1,2*1591,2=1909,44 кН;

3.3.4 Оценка несущей способности грунта основания по среднему

давлению

Оценка выполняется на действие расчётных нагрузок по условию п.7.8 [1]

p?R/гn , (3.1)

где Р - среднее давление по подошве фундамента, R - расчётное сопротивление грунта несущего слоя осевому сжатию, кПа (по приложению 24 [3]), гn=1,40 - коэффициент надёжности по грунту.

Оценка давления по подошве фундамента

Р=(Fv+Fvfg)/b*l=(9600+1909,44)/3,4*7,8=11509,44/26,52=433,99 кН

Расчётное сопротивление несущего слоя грунта основания осевому сжатию

R=1,7{R0[1+k1(b-2)]+k2г(d-3)}=1,7{343[1+0,1(3,4-2)]+3,0*15,2(3-3)}=391,02 кПа

где R0=343кПа - условное сопротивление грунта, определяется по таблице 3, для грунта: песок крупный, малой степени водонасыщения, средней плотности; k1=0,10 м-1; k2=3,0; г =15,2 кН/м3 - осредненное по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учёта взвешивающего действия воды;

Оценка несущей способности грунта основания по среднему давлению

P=433,99 кПа < R/гn=391,02 /1,40=279,3 кПа

Вывод: несущая способность грунта основания не обеспечивается.

3.3.5 Оценка несущей способности грунта основания по краевому

давлению

Оценка выполняется на расчётные нагрузки по условию п.7.8. [1].

(3.2)

где Pmax - максимальное краевое давление, кПа; гс=1,2 - коэффициент условия работы грунта основания.

Максимальное краевое давление

,

где = 15,03 м3

Оценка несущей способности по Рмах

Рмах=499,19 кПа R = кПа

Вывод: несущая способность по Рмах не обеспечивается.

3.4 Оценка несущей способности подстилающих слоёв грунтов

основания

Оценка выполняется по условию приложения 26 [1]

где р - среднее давление на грунт, действующее под подошвой условного фундамента мелкого заложения; г - среднее (по слоям) значение расчётного удельного веса грунта, расположенного над кровлей проверяемого подстилающего слоя грунта, допускается принимать г =15,2 кН/м3;

d - заглубление подошвы фундамента мелкого заложения от расчётной поверхности грунта, м;

zi -расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м; б - коэффициент, принимаемый по таблице приложения 26[3], б=0,800; R - расчётное сопротивление подстилающего грунта; гn - коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый равный 1,40.

Определение значения расчётного сопротивления грунта подстилающего слоя - крупнообломочный, гравийный, насыщенный водой, среднепучинистый.

R0=490кПа; k1=0,10 м-1; k2=3,0; г =17,0 кН/м3

Расчётное сопротивление подстилающего слоя грунта основания осевому сжатию

R=1,7{R0[1+k1(b-2)]+k2г(d-3)}=1,7{490[1+0,10(3,4-2)]+3,0*17,0(3-3)}=949,62 кПа

Природное нормальное вертикальное напряжение на уровне кровли подстилающего слоя

г (d+z) =4*17,0=68 кН/м3

Дополнительное к природному вертикальному нормальному напряжению на уровне кровли подстилающего слоя

б (p- гd)= 0,800(433,99- 17,0*3,0) = 306,4

Оценка несущей способности

17, 0*(3+1)+0,800*(433,99-17,0*3)=747,07 кПа > кПа

Вывод: несущая способность подстилающих слоёв грунтов основания не обеспечивается.

3.5 Оценка устойчивости против опрокидывания

Оценка выполняется по указаниям п.1.40 [1]

Mz

Моменты опрокидывающие

Mu = M+Fh +hf = 960+72*3,0=1176 кНм

Моменты удерживающие

Mz = (Fv + Fvfg ) * b/2 = (9600+1909,44)*3,4/2 = 19566 кНм

Оценка условия

Mu =1176 кНм < Mz = (0,80/1,40)*19566=21913,9 кНм

Вывод: оценка устойчивости против опрокидывания выполняется.

3.5.1 Оценка устойчивости против плоского сдвига

Оценка выполняется по указаниям п.1.41 [1]

Силы сдвигающие

Qr = Fб кН

Силы удерживающие

Qz = ?Fvi * Kтр = (Fv+Fvfg)*Kтр кН

Оценка условия

Qr = кН < кН

Вывод: оценка условия против плоского сдвига не выполняется.

3.5.2 Оценка устойчивости против глубокого сдвига

Оценка выполняется по указаниям п.7.15 [1]

Kst [Kst] = 1,30

Вывод: оценка условия против глубокого сдвига не выполняется.

3.6 Оценка основания по деформациям

3.6.1 Основные положения

Расчёт оснований по деформируемости (II предельное состояние) производится по условию п.2.39 [2].

S?Su (3.3)

где S и Su - расчётное и предельное значение совместной деформации системы «основание - сооружение»; Su=0,002 (п.1.47 [1]); вертикальная осадка основания соседней опоры равна S=8,0 см при длине пролёта L=33м.

3.6.2 Исходные данные

Усилие в уровне обреза фундамента nFv=8000кН;

Размеры фундамента: h=3,0м; b=3,4м; l=7,8м;

Глубина заложения: d=DL-FL=100,00-97,00=3м; dn=NL-FL=100,00-97,00=3м;

3.6.3 Оценка среднего давления по подошве фундамента (от

нормативных вертикальных постоянных нагрузок)

Р = кПа

3.6.4 Определение природных вертикальных нормальных напряжений

от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (от линии

NL)

уzg,o=?гII*hi=19,6*3=58,8 кПа

3.6.5 Определение вертикальных нормальных напряжений

дополнительных к природным на уровне подошвы фундамента

уzp,o=po=p- уzg,o=361,7-58,8=302,9 кПа

3.6.6 Определение вертикальных нормальных напряжений

дополнительных к природным ниже подошвы фундамента в пределах

глубины сжимаемой толщи

Результаты определения напряжений и смещений приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Таблица определения вертикальной осадки основания

Вид грунта	zi, м	уzg, кПа	0,2* уzg, кПа	б	уzpi, кПа	уzpi,ср кПа	hi, м	?(уzpiср* hi)/Еi, м
Супесь песчанистая, пластичная, сильно пучинистая (чрезмернопучинистая)	0,0	39	7,8	1,000	645,2	637,78	0,44	0,008
	0,44	47,58	9,516	0,977	630,36
	0,88	56,16	11,232	0,879	567,13	525,19	0,44	0,006
	1,32	64,74	12,984	0,749	483,25
Песок крупный, малой степени водонасыщения, средней плотности, практически непучинистый	1,76	69,228	13,846	0,629	405,33	373,89	0,44	0,011
	2,2	73,716	14,743	0,530	341,96
	2,64	78,204	15,641	0,449	289,69	268,4	0,44	0,008
	3,08	82,692	16,538	0,383	247,11
	3,52	87,18	17,436	0,329	212,27	198,07	0,44	0,006
	3,96	91,668	18,334	0,285	183,88
Гравийный, насыщенный водой, среднепучинистый	3,96	118,526	23,719
	4,4	127,15	25,43	0,248	160,01	150,33	0,44	0,003
	4,84	135,774	27,155	0,218	140,65
	5,28	144,398	28,878	0,192	129,878	116,78	0,44	0,002
	5,72	153,022	30,604	0,170	109,684
	6,16	161,646	32,329	0,152	98,07	92,91	0,44	0,002
	6,6	170,27	34,054	0,136	87,747
	7,04	178,894	35,779	0,122	78,714	74,84	0,44	0,001
	7,48	187,518	37,504	0,110	70,972
	7,92	196,142	39,228	0,100	64,52	61,61	0,44	0,001
	8,36	204,766	40,953	0,091	58,71
	8,8	213,39	42,678	0,084	54,19	51,93	0,44	0,001
	9,24	222,014	44,403	0,077	49,68
	9,68	230,638	46,128	0,071	45,81	45,81	0,44	0,001

У=0,05

Вертикальная осадка основания для слоя мощностью Нс=9,68м определяется по методике приложения 2 [2].

S1=0,8У=0.8*0.05=0.04 м

Оценка по условию

S=

Вывод: условие по деформируемости выполняется.

3.7 Анализ НДС основания при действии на его поверхности полосовой

поверхностной нагрузки

Результаты представлены на рис. 3.4 - 3.7.

Рис. 3.4 Изолинии значений вертикальной компоненты тензора напряжений ууу, кПа

Рис. 3.5 Эпюра значений вертикальной компоненты тензора напряжений ууу, кПа в выделенных узлах на центральной оси расчетной схемы



Рис. 3.6 Эпюра значений вертикальной компоненты тензора напряжений ууу, кПа в выделенном слое КЭ на расчетной схеме

Рис. 3.7 Значений вертикальной компоненты тензора напряжений ууу, кПа

Значение горизонтальной компоненты тензора напряжений по решению, полученному в замкнутой форме, для случая распределенной нагрузки по полосе шириной b=2,2 , в узле с координатами Х=39.750-35,500=4,25м и У=20.625-27,000=-6,375м равно:

уxx = б*р=0,10*(-20)=-2 кПа

Где б-коэфициент влияния, при У/b=3; Х/b=2 равный 0,01; р - величина распределенной нагрузки.

уxx=-2 кПа < ухх,мкэ=-3,91 кПа

Разница в значениях более 5%

Расчетная схема со значением уxx,мкэ представлена на рис. 3.8

Рис. 3.8 Расчетная схема со значением уxx

3.8 Моделирование работы гибкого штампа

Расчётная схема системы «гибкий штамп - основание» и результаты расчёта, в том числе и промежуточные, представлены на рис. 3.9 - 3.11.

Рис. 3.9 Расчетная схема системы «гибкий штамп - основание»

Рис. 3.10 Расчетная схема модели системы «гибкий штамп - основание» и результаты расчета



Рис. 3.11 График зависимости «Усилие - смещение по У» для центрального узла, расположенного на поверхности основания

Значение предельного давления вычисленного по формуле Л. Прандтля

Pu=(q+с ctgц)[(1+sinц)/(1- sinц)]eр tgц - c tgц (4.4)

где q - величина распределенной нагрузки (пригрузочное давление слева и справа от вертикальной распределенной нагрузки, принимается равной значению q=гd, где г - удельный вес грунта выше подошвы фундамента и d - глубина заложения подошвы фундамента), с и ц - величины удельного сцепления и угла внутреннего трения грунта основания.

Pu=((-20)+8*5.671)[(1+0,1736)/(1-0,1736)]*eр*0,1763-8*0,1763=89,1533 кПа < Рu,мкэ= 280,000 кПа

Разница в значениях более 5%.

3.9 Моделирование работы жёсткого штампа

Расчётная схема системы «жесткий штамп - основание» и результаты расчётов, в том числе и промежуточные, показаны на рис. 3.12 - 3.14.

Рис. 3.12 Расчетная схема системы «жесткий штамп - основание»

Рис. 3.13 Результаты расчета - показ зон «пластичности»



Рис. 3.14 График зависимости «Усилие - смещение по У» для центрального узла, расположенного на поверхности основания

Результаты расчётов по двум схемам приведены на рис. 3.15 и 3.16.

Рис. 3.15 Эпюры контактных напряжений ууу (кПа)

а) гибкий штамп; б) жёсткий штамп.



Рис. 3.16 Депланация поверхности основания на деформированной сетке разбивки

а) гибкий штамп; б) жёсткий штамп.

3.10 Моделирование устройства ленточного фундамента

Расчетная схема модели системы «фундамент - основание» и результаты расчетов представлены на рис. 3.17 - 3.21.

Рис. 3.17 Расчетная схема модели системы «фундамент - основание»



Рис. 3.18 График зависимости «Fy - uy» (кН/м-м) для узла, где приложена вертикальная сила

Рис. 3.19 Результаты оценки устойчивости на последнем шаге нагружения системы «фундамент - основание» вертикальной нагрузкой: kst =0,97<[kst]=1.00



Рис. 3.20 Результаты оценки устойчивости системы «фундамент - основание» при действии вертикальной нагрузки, горизонтальной нагрузки и момента: kst =0,98<[kst]=1.00

Из рис. 3.20 видно, что система не устойчива и не обеспечивает необходимой несущей способности.

Рис. 4.21 Уровни значений вертикальной компоненты вектора смещений uy (м) на деформированной сетке разбивке М 10:1 (от начального НДС)

Эпюры значений вертикальных нормальных напряжений уyy, кПа представлены на рис. 3.22.



Рис. 3.22 Эпюры значений вертикальных нормальных напряжений уyy, кПа

а) в КЭ фундаментной плиты; б) в КЭ под подошвой фундамента.

Расчёт оснований фундаментов на несущую способность выполняется по условию

Р?(R)/гn и Рmax?(гcR)/гn, (3.6)

Где P и Pmax - среднее и максимальное краевое давления в уровне подошвы фундамента, гn=1,4 - коэффициент надежности по назначению сооружения, гс=1,2 - коэффициент условия работы, R=749,6 кПа - расчетное сопротивление грунта основания осевому сжатию (см. п. 3.3.4).

Из рис. 3.22

б) Рmax=834,574 кПа; Рmin=736,117 кПа;

Р=(Рmax+ Рmin)/2=(834,574+736,117)/2=785,346.

Р=785,346 кПа > (R)/гn=749.6/1.4=535,429 кПа

Рmax=834,574 кПа > (гcR)/гn=(1,2*749,6)/1,4=642,514 кПа

Вывод: несущая способность грунта основания не обеспечивается.

Расчёт оснований фундаментов по деформациям выполняется по условию

S ? Su, (4.7)

где S и Su=0,002 - расчетное и предельное значения совместной деформации системы «основание - сооружение».

S=¦S1-S2¦/l

где S1=0.08 м; S2=0,431 м (см. рис. 4.21); l=33 м;

S=0.011 >Su=0.002

Вывод: условие по деформациям не выполняется.

3.11 Моделирование устройства подпорной стенки

Расчетная схема системы «основание (склон) - подпорная стена» и результаты расчёта, в том числе и промежуточные, представлены на рис 3.23 - 3.27.

Рис. 3.23 Расчетная схема системы «основание (склон) - подпорная стена»



Рис. 3.24 Результат расчета начального НДС основания: уровни значений параметра вида НДС уv и условие устойчивости: kst=8,18>[kst]=1.00

Рис. 3.25 Результат моделирования экскавации: уровни значений параметра вида НДС уv и условие устойчивости:kst=3,09>[kst]=1.00

Рис. 3.26 Результат моделирования устройства подготовки, стенки и обратной засыпки: уровни значений параметра вида НДС уv и условие устойчивости: kst=1.69>[kst]=1.00



Рис. 3.27 Результат моделирования приложения поверхностной нагрузки: уровни значений параметра вида НДС уv и условие устойчивости: kst=1,43>[kst]=1.00

Расчёт оснований фундаментов на несущую способность выполняется по условию

Р?(R)/гn и Рmax?(гcR)/гn,(4.8)

где P и Pmax - среднее и максимальное краевое давления в уровне подошвы фундамента, гn=1,4 - коэффициент надежности по назначению сооружения, гс=1,2 - коэффициент условия работы, R - расчетное сопротивление грунта основания осевому сжатию.

Расчётное сопротивление несущего слоя грунта основания осевому сжатию

R=1,7{R0[1+k1(b-2)]+k2г(d-3)}=1,7{294[1+0,04(6-3,2)]+2,0*19,62(3,2-3)}=334,8 кПа

где R0=294 кПа - условное сопротивление грунта, определяется по таблице 1[3], для грунта: глины полутвёрдой, легко песчанистой, сильно и чрезмерно пучинистой; k1=0,04 м-1; k2=2,0; г=19,62 кН/м3 - осредненное по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учёта взвешивающего действия воды; b=6 м - ширина подошвы фундамента (при b>6 принимается равная 6); d=3,2 м - глубина заложения фундамента.

Эпюра контактных вертикальных давлений для слоя конечных элементов под подошвой фундамента представлена на рис. 3.28.

Рис. 3.28 Эпюра значений контактных вертикальных напряжений

Из рис. 3.28

Рmax=219,921 кПа; Рmin=198,680 кПа;

Р=(Рmax+ Рmin)/2=(219,921+198,680)/2=209,3 кПа.

Р=209,3 кПа < (R)/гn=334,8/1.4=239,143 кПа

Рmax=219,921 кПа < (гcR)/гn=(1,2*334,8)/1,4=286,971 кПа

Вывод: несущая способность грунта обеспечивается.

Оценку устойчивости системы против плоского сдвига можно оценить по графику зависимости «ux-uy» представленному на рис. 3.29



Рис. 3.29 График зависимости «uy -ux» для узла, расположенного под правым краем фундаментной плиты

Оценку устойчивости системы против опрокидывания можно оценить по графику зависимости «ux-uy» представленному на рис. 3.30.

Рис. 3.30 График зависимости «uy -ux» для крайнего узла, расположенного на лицевой стороне верхней части стенки

3.12 Моделирование устройства подземного сооружения

Расчётная схема и результаты расчёта представлены на рис. 3.31 - 3.33.

Рис. 3.31 Результат создания новых зон в пределах контура выработки

Рис. 3.32 Результаты окончательного этапа моделирования устройства тоннельной обделки и уровни значений параметра вида НДС уv



Рис. 3.33 Уровни значений горизонтальных и вертикальных компонент тензора напряжений, кПа

Оценка элементов системы «тоннель - геосреда» по прочности материала тоннельной обделки выполняется по условию

уij ? R,(4.9)

где уij - нормальные компоненты тензора напряжений, R - предел прочности материала на одноосное сжатие и растяжение.

Из рис. 3.33

уxx=308.149 кПа; уyy=-1214,975 кПа;

по условию Rc=18000 кПа; Rt=12000 кПа.

уxx=308.149 кПа < Rt=12000 кПа

уyy=-1214,975 кПа < Rc=18000 кПа

Вывод: условие по прочности материала тоннельной обделки выполняется.

3.13 Моделирование устройства подкрепленного котлована

Расчётная схема и результаты расчёта показаны на рис. 3.34 - 3.36.

Рис. 3.34 Расчетная схема с макроэлементом под шпунт Ларсен V

Рис. 3.35 Результаты расчета начального НДС (уровни значений параметра вида НДС уv) и постановка условий для шпунтового ограждения



Рис.3.36 Результаты расчета (окончание экскавации грунта из карьера) - уровни значений параметра вида НДС уv и коэффициента запаса прочности kstr на деформированной сетке разбивки М 10:1

Критериальная оценка системы «подкрепленный котлован - геосреда» выполняется по условию

(М/W)=у ? R, (4.10)

где М - максимальное значение эпюры моментов в конечных элементах по всей длине шпунта, представленной на рис. 3.37; W - момент сопротивления; у - напряжение; R - предел прочности материала.

(65,548/2962)=0,022 < Rc=0.2

(65,548/2962)=0,022 < Rt=0.15

Вывод: условие оценки системы выполняется.



Рис. 3.37 Эпюра моментов в конечных элементах по всей длине шпунта

Заключение

Выполняя данную курсовую работу, я ознакомился с основными принципами создания расчетных схем «сооружение-геосреда», в том числе на основе численных методов. Приобрёл навыки работы по построению расчетных схем грунтовых массивов, оснований, систем «сооружение - геосреда» (инженерно-геологических и геомеханических моделей), а также овладел навыками по выполнению прогнозных расчетов поведения транспортных сооружений, взаимодействующих с вмещающей их геологической средой. Изучил методами механики грунтов условия взаимодействия с массивами грунтов различных конструкций транспортных сооружений (фундаментов, подпорных стенок, котлованов и др.) в процессе их строительства и эксплуатации.

геологический грунт моделирование численный

Литература

1. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996 [1]

2. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений/ Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1995 [2]

3. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1985 [3]

4. www.vachdom.ru

Размещено на Allbest.ru