Программа Plaxis в дорожном строительстве

Геотехника и геосинтетика, расчеты земляного полотна со слабым основанием

Анализируя механику грунтов и выбирая тот или иной вид мер против возникновения деформаций, необходимо выполнить расчет насыпей, что связано с широким применением слабых оснований в современном дорожном строительстве. Геотехнические программные комплексы дают возможность проводить более качественные расчеты на новом уровне точности.

Исходные данные

На первом этапе проектирования геологам-изыскателям и проектировщикам-геотехникам следует провести инженерные изыскания. При этом рекомендуется применять как современные полевые испытания, так и лабораторные методы. Только таким образом можно получить данные наилучшего качества, от которых будет зависеть и объем финансирования строительства, и надежная эксплуатация объекта.

Эксперты рекомендуют применять следующие передовые виды исследований: CPTu, то есть статическое зондирование и измерение пороговых значений давления, а также использование дилатометра, с помощью которого определяется коэффициент бокового давления. Для качественно выполненных изысканий требуется применять три-четыре способа исследований грунта, например, два лабораторных метода и два полевых.

О выборе показателей прочности и деформации смотрите в частях 1,3,7,9. О работе виртуальных лабораторий и вопросы определения параметров модели смотрите часть 6.

О расчетах стабильности и устойчивости

Чтобы рассчитать коэффициент устойчивости применяются два метода: расчет по предельному равновесию (МПР), а также расчет по численному моделированию (МКЭ). Чтобы узнать предельное равновесие используются: GLE (generallimitequilibrium), Sarma, Morgenstern&Price, Janbu и Bishop. А также российская методика по профессору Шахунянцу.

Уровень устойчивости следует определять с учетом трех показателей прочности:

1. Начальный период. Расчет максимально устойчивых насыпей с нестабилизированными грунтами при недренированной прочности.
2. Период строительства. Прочность насыпей полного напряжения для промежуточных состояний различной степени консолидации.
3. Период эксплуатации. На этом этапе следует проверить устойчивость при завершившейся консолидации (напряжения – эффективные).

Применение показателей недренированной прочности (Сu), описывающих слабые водонасыщенные глинистые грунты, позволяет рассчитать возможности оперативного сооружения насыпей, определить максимальный уровень устойчивой высоты.

С программой Plaxis такие расчеты можно сделать для моделей UndrainedB.

Определение эффективных параметров прочности дает возможность провести проверку устойчивости при завершившейся консолидации оснований с эксплуатационными показателями нагрузок. Пользуясь программой Plaxis, такие расчеты делают для моделей Drained.

Определение устойчивости при полном напряжении – самый распространенный тип расчетов устойчивости. Инженерно-геологические отчеты должны содержать показатели прочности при актуальном состоянии грунта (не для начального состояния и не для конечного), к примеру, для текучепластичного или мягкопластичного.

В таблице указываются исходные данные, соответствующие промежуточным состояниям грунта, и результаты также приводятся промежуточные. Поэтому и планирование мер, служащих для противодействия деформации, производится на промежуточные состояния.

Программа Plaxis проводит данные расчеты для моделей Drained, при этом параметры прочности даются в полных напряжениях.

Программы с численным моделированием позволяют рассчитывать состояния грунтов в начальном этапе, в первый период строительства, увеличение прочности грунта при консолидации и после ее завершения. Данные операции всегда были весьма трудоемкими и громоздкими.

Программа для проектирования геотехники и геосинтетики Plaxis проводит расчеты насыпей и земляного полотна при различной механике грунтов. При этом реализуется вид расчетов для моделей UndrainedA. Такой способ применяется для оценки устойчивости в начальный период (учитывается недренированная прочность). На любом этапе строительства (прочность указывается в полных напряжениях) и при завершенной консолидации (эффективные напряжения прочности).

Важно, чтобы специалисты по геотехнике выполняли расчеты, соответствующие именно тому типу прочности, который предоставлен геологами. Только тогда можно будет корректно оценить надежность возводимых конструкций.

Стабильность оснований оценивают, выполняя расчет коэффициентов стабильности Кстаб (для проектирования железных дорог) и коэффициентов безопасности Кбез (для автомагистралей).

Осадка и консолидация

Для расчетов земляных насыпей второго предельного состояния необходимо определить величину и время осадки, то есть консолидацию.

Аналитические расчеты позволяют учитывать пластические и боковые деформации при слабых основаниях грунтов в ходе дорожного строительства. В этом их преимущество по сравнению с численным моделированием.

Выполняя расчет осадки, анализируются три этапа: начальный (до процесса консолидации); конечный этап, а также стадия вторичной консолидации, для которой расчеты делают, учитывая ползучесть.

Механика грунта нелинейного поведения в ходе процессов сжатия требует использования для расчетов земляного полотна модели SoftSoil.

Анализируя геотехнику и геосинтетику, сравнивая качество расчетов насыпей, полученных различными способами, специалисты приходят к выводу, что при сложной механике грунтов (слоистости, разных мощностях, различных видах напряжений) следует предпочесть именно численное моделирование.

Данные о том, как работает программа Plaxis для расчетов земляного полотна, в частности на слабых основаниях, представлены в таблице 1:

Заключение

На данный момент существует множество программ, выполняющих геотехнические расчеты для различной механики грунтов. Опыт, профессиональные навыки и интуиция специалистов по геотехнике позволяют выбирать оптимальный способ выполнения расчетов для получения качественных результатов.

Такие современные программные продукты, как MidasGTS и Plaxis – надежные помощники при решении любых геотехнических задач в дорожном строительстве.

Вам может быть интересно:

Курс повышения квалификации по геотехнике «Земляное полотно. Численный анализ в программе PLAXIS 2D»