Пособие по plaxis 8 осадка основания при строительстве туннеля (урок 6)
 Скачать 425 Kb.
|
|
У  ЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО PLAXIS8 ОСАДКА ОСНОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТУННЕЛЯ (УРОК 6)Программа PLAXIS позволяет рассчитывать туннели круглого и некруглого сечения и моделировать процессы их строительства. В настоящей главе рассматривается вопрос строительства щитового туннеля в грунтах средней прочности. Строительство щитового туннеля осуществляется путем выемки грунта проходческим комбайном и устройства за ним обделки туннеля. При этом грунт, как правило, удаляется с запасом, а это значит, что площадь поперечного сечения туннеля при законченной обделке туннеля, всегда меньше площади вынутого грунта. Хотя принимаются меры, чтобы заполнить этот зазор, нельзя избежать перераспределения напряжений и деформации грунта в ходе строительства туннеля. С целью избежания повреждений существующих зданий и фундаментов на поверхности земли, необходимо прогнозировать эти эффекты и принять соответствующие меры. Такой анализ может быть выполнен с использованием метода конечных элементов. В настоящем уроке приводится пример подобного анализа.  Рис.8.1. Геометрия туннеля с указанием слоев грунта. Туннель, рассматриваемый в данном уроке, имеет диаметр 5.0 м и расположен на глубине 20 м. Разрез грунтового основания свидетельствуют о наличии четырех различных слоев. Верхний слой мощностью 13 м состоит из пластичной глины, жесткость которой увеличивается линейно с глубиной. Под слоем глины залегает слой мелкозернистого песка мощностью 2.0 м. Этот слой использован как несущий слой для старых деревянных свай, на которых традиционно возводились дома. Смещения этих свай могут вызывать повреждение обычных сооружений, что крайне нежелательно. Ниже песчаного слоя залегает глубинный слой суглинков мощностью 5.0 м. Это один из слоев, в котором сооружается туннель. Другая часть туннеля сооружается в глубинном песчаном слое, который состоит из плотного песка с включениями гравия. Этот слой очень жесткий, поэтому только 5.0 м этого слоя включены в конечно-элементную модель; более глубокая часть рассматривается как абсолютно жесткая и моделируется соответствующими граничными условиями. Распределение порового давления гидростатическое. Уровень грунтовых вод расположен на 3 м ниже поверхности земли (на отметке у=0 м). Поскольку ситуация более или менее симметрична, в модели плоской деформации учитывалась только одна половина (правая). От центра туннеля модель простирается на 30 м в горизонтальном направлении. В данном примере применяются 15-узловые элементы. 8.1. ГеометрияОсновная геометрия, включая четыре слоя грунта, как показано на рис. 8.1 (но без туннеля), может создаваться с использованием варианта геометрической линии. Поскольку поверхность земли находится на отметке 3.0 м над контрольным уровнем, параметр Topпринимается на отметке + 3.0 м в Generalsettings (Общие параметры настройки), а Bottom (Дно) на отметке –22.0 м. Для создания туннеля мы будем использовать проектировщика туннеля, который является специальным инструментом в программе PLAXIS, позволяющим применять круглые сегменты для моделирования геометрии туннеля. При этом туннель рассматривается как правая половина круглого туннеля, состоящая из четырех секций. После создания основной геометрии для проектирования круглого туннеля выполняются следующие операции:  Щелкнуть по кнопке Tunnel на панели инструментов. Появляется окно с тремя опциями для создания формы туннеля. Выбрать опцию Halfatunnel – Right half (Половина туннеля – Правая половина) и нажать кнопку ОК.
 Рис. 8.2. Проектировщик туннеля с моделью правой половины туннеля
Граничные условия
Свойства материала Свойства материала для четырех различных слоев грунта перечислены в Таблице 8.1. Для всех слоев свойства грунта устанавливаются как дренированные, поскольку нас интересуют деформации в течение длительного срока (установившиеся деформации). Для верхнего слоя глины мы используем дополнительную опцию, чтобы жесткость увеличивалась с глубиной. Следовательно, значение Eincrement (приращение.) вводится в Advanced (Дополнит.) в окне параметров. Значение Eref (контр.) становится контрольным значением на контрольном уровне yreference). Фактическое значение Е увеличивается с глубиной согласно выражению: E(y) = Eref + Eincrement(yreference – y). Наборы данных по двум нижним слоям включают соответствующие параметры для интерфейсов туннеля. В других наборах данных свойства интерфейсов остаются при своих значениях по умолчанию. Введите наборы данных со свойствами, перечисленными в табл. 8.1, и отнесите их к определенным кластерам в геометрической модели. Для ввода дополнительных параметров в набор данных для глины, щелкните по кнопке Advanced во вкладке Parameters. Таблица 8.1 Свойства грунта в проекте тоннеля.
В дополнение к четырем наборам данных для грунта и интерфейсов должен быть создан набор данных для трех плит и одного анкера. Эти характеристики перечислены в Таблице 8.2 и 8.3. Присвойте эти наборы данных соответственно обделке туннеля и двум свайным пятам. Набор данных по зданию присваивается фундаментной плите. Удельный вес этой плиты представляет собой нагрузку от целого здания. Присвойте данные по сваям двум межузловым анкерам. Таблица 8.2 Свойства материалов плит
Таблица 8.3 Свойства материалов анкеров
Построение сеткиВ данном примере в качестве основного типа элемента используется 15-узловой элемент. Это означает, что построение будет более точным, чем при использовании 6-узлового элемента. Глобальный параметр крупности может оставаться в своем значении по умолчанию (Coarse). Можно ожидать, что вокруг туннеля и свайных пят происходит концентрация напряжений. Следовательно, сетка может быть уточнена на этих участках. Выбрите два кластера внутри туннеля и используйте опцию Refine cluster в меню Mesh. Выберите две плиты (пяты свай) и выберите Refinelineв меню Mesh. Начальные условия Вес воды должен быть принят 10 кН/м3. Давление воды может быть создано на основании общего уровня подземных вод на отметке y = 0.0 м. До генерирования начальных напряжений убедитесь, что обделка туннеля, сооружение, сваи деактивированы. Для создания начальных эффективных напряжений может быть использована Ko-процедура с соответствующими значениями Ko. 8.2 РасчетыОчевидно, что для моделирования строительства туннеля необходим поэтапный расчет, в котором активируется обделка туннеля, а кластеры грунтов внутри туннеля деактивируются. Деактивирование грунта внутри туннеля влияет только на жесткость и прочность грунта и на эффективные напряжения. Без дополнительных входных данных давление воды сохраняется. Для того, чтобы удалить давление воды внутри туннеля, следует назначить двум кластерам грунта в туннеле тип dry (сухой) и давление воды будет регенерировано. Для создания этих входных данных следует выполнить следующие шаги:
В дополнение к установке данных обделки туннеля моделируются выемка грунта, осушение туннеля и потеря объема при обжатии обделки туннеля. Это обжатие определяется на этапе последовательного строительства:
8.3 Выходные данныеПосле выполнения расчетов выберите последние два этапа расчетов и щелкните на кнопку Output. Запустится программа вывода и в конце этапов расчета покажется деформированная сетка. В результате второго этапа расчетов (удаление грунта и воды из туннеля) выявляется некоторая осадка поверхности земли и некоторая деформация обделки туннеля. На этом этапе осевое усилие в обделке является максимально достижимым осевым усилием. Силы, действующие в обделке, можно увидеть, щелкнув дважды на обделке и выбрав опцию из меню Force(см. Рис. 8.3).  Рис. 8.3 Осевые усилия и изгибающие моменты в обделке после второго этапа расчетов Третий этап расчетов показывает результаты моделирования потери объема. Деформированная сетка показывает осадку поверхности земли, которая возникает под влиянием присутствия здания (см. Рис. 8.4). Эффективные напряжения (см. рис.8.5) показывают, что вокруг туннеля имеет место сводообразование, снижающее напряжения на обделку туннеля.  Рис. 8.4 Деформированная сетка после строительства туннеля  Рис. 8.5 Эффективные напряжения после строительства туннеля  Рис. 8.6 Осевые усилия и изгибающие моменты в обделке после третьего этапа расчетов |
