Определение требуемого коэффициента устойчивости крепления котлована и естественных откосов. Коэффициент устойчивости. Методика расчета
 Скачать 31.56 Kb.
|
|
Методика расчета Методика расчета устойчивости бортов котлована основывается на сопоставлении модели действительного грунтового массива, как правило, устойчивого, с моделью грунтового массива, находящегося в состоянии предельного равновесия. При этом схема грунтового массива, находящегося в состоянии предельного равновесия, может быть представлена по-разному. В современной проектной практике для оценки устойчивости откосов наиболее часто используется модель предельноFilaretov.NA@mosinzhproekt.ruй схемы, имеющей те же геометрические очертания, что и модель проверяемого реального сооружения. Но для приведения в предельное равновесие в этой модели до критических изменяются либо значения нагрузок, либо параметров прочности грунта. Это дает возможность выполнить количественную оценку устойчивости грунтового массива. При оценке устойчивости грунтовых откосов методами, в которых поверхность сдвигов имеет круглоцилиндрическую форму, значение коэффициента запаса вычисляется, как правило, из уравнения равновесия моментов: чаще всего как отношение момента предельных реактивных сил сопротивления сдвигу к моменту активных сдвигающих сил. Так в методе В. Феллениуса (К. Терцаги, Ordinary, метод КЦПС) используется лишь одно интегральное уравнение равновесия моментов, два других интегральных уравнения равновесия проекций сил не используются. Метод предполагает, что сползание грунта может произойти лишь в результате вращения оползающего массива вокруг центра. Оползающий массив рассматривается при этом как некоторый твердый блок, всеми своими точками участвующий в одном общем движении. Таким образом, данный метод является крайне упрощенным. Более строгими и позволяющими учесть большее число силовых факторов, являются методы Бишопа (Г. Крея), Спенсера, Н.Р. Моргенштерна-В.Е. Прайса (GLE). Указанные методы являются строгими в отношении соблюдения уравнений равновесия и граничных условий предельного равновесия всей призмы обрушения. Однако на сегодняшний день наиболее точным считается метод снижения прочности SRM (Soil Reduction Method), реализованного по большей части в программных продуктах на основе метода конечных элементов (МКЭ). В общем виде устойчивость сооружения определяется коэффициентом безопасности, представляющим собой отношение максимально возможной прочности грунта τдейств к минимальному значению, необходимому для обеспечения равновесия τпред:  Если данную формулу представить в виде стандартного условия Кулона, то она примет вид:  где сIисх и φIисх – исходные параметры прочности, кПа и град.; σп – фактическое нормальное напряжение, кПа; спред и φпред – параметры прочности, сниженные в ходе расчета до минимальных значений, достаточных для поддержания равновесия, кПа и град. Прогноз разрушения осуществляется путем одновременного понижения обоих показателей сдвиговой прочности:   где ks – коэффициент снижения прочности, соответствующий коэффициенту устойчивости в момент разрушения. Последовательность расчета следующая: коэффициенту снижения прочности (ks) присваивается значение ks = 1. В ходе расчета ks увеличивается, при этом сопротивление сдвигу и деформация оцениваются на каждом этапе до наступления разрушения. Результаты вычислений приводятся в виде графиков, на которых показано влияние коэффициента снижения прочности (ks) на смещение контрольной точки (узла сетки конечных элементов). Критерий разрушения модели определяется условием Кулона-Мора. Если в результате конечно-элементного расчета будет получено решение для последнего устойчивого состояния откоса, то график расчетов примет горизонтальное положение и коэффициент снижения прочности будет соответствовать коэффициенту устойчивости ks. Поверхность скольжения при использовании МКЭ формируется во время расчета. Существенным преимуществом метода снижения прочности (SRM) по сравнению с методами предельного равновесия является то, что поверхность скольжения и коэффициент устойчивости определяются одновременно в процессе расчета. При составлении расчетной схемы, для учета механических свойств строительных материалов и грунтов, были использованы следующие расчетные модели материалов: - для моделирования свай ограждения котлована, плит перекрытий, колонн, балок – модель линейного изотропного материала; - для моделирования физико-механических свойств грунтов – упругопластическая модель грунта. Граничные условия задавались стандартным образом – путем фиксации боковых границ геометрической модели от горизонтальных, а нижней – от горизонтальных и вертикальных перемещений. Взаимодействие между конструкцией и грунтом моделировалось при помощи специальных контактных поверхностей – интерфейсов. Значение минимально допустимого коэффициента устойчивости укрепленного грунтового массива при наличии зданий и сооружений в пределах зоны влияния котлована принималось, в соответствии с п. 5.7.2 [9] как для глинистых грунтов в стабилизированном состоянии, по формуле  ,где γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,15 для сооружений II уровня ответственности; γc – коэффициент условий работы, принимаемый равным для глинистых грунтов в стабилизированном состоянии γc = 0,90. Таким образом,  .В связи с отсутствием регламентирующего документа, в котором четко указывалось бы требуемое значение коэффициента устойчивости для естественного откоса борта котлована, расчет его устойчивости будем производить как для грунтовой плотины. Такой подход является более объективным, так как учитывает не только геологическое строение откоса, но еще и высоту грунтового сооружения и способ выполнения расчета. С учетом этого, минимальное значение коэффициента устойчивости ks вычислялось в соответствии с п. 9.11 СП 39.13330.2012 «Плотины из грунтовых материалов» [11] по формуле  ,где γn – коэффициент условий работы сооружения, в соответствии с таблицей 9 для сооружения IV класса γn = 1,10; γfc – коэффициент сочетания нагрузок, в соответствии с таблицей 10 для строительного периода γk = 0,95; γс – коэффициент, учитывающий способ расчета и равный γс = 0,95 в соответствии с таблицей 10 при выполнении расчетов с учетом напряженно-деформированного состояния. Таким образом, минимальное значение коэффициента устойчивости ks составит  .В результате выполнения серии итерационных расчетов были подобраны оптимальные параметры заложения бортов котлована, обеспечивающие надежность с заданным коэффициентом запаса. Далее приводятся результаты расчетов устойчивости конструкции на последней итерации. |