Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по геологии-минералогии
Научно-методические основы численного прогноза деформирования грунтовых оснований
Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТАВ работе с разной степенью детальности изложены методики определения параметров: для основных параметров - только некоторые неосвещенные в отечественных нормативах особенности обработки данных трехосных испытаний; для дополнительных параметров моделей, таких как коэффициент Пуассона, модули деформации при первичном нагружении, разгрузке - повторном нагружении, модуль объемной упругости, модуль сдвига; показатель степени кривизны компрессионной кривой (Ohde, 1939) - подробно (приведены фотографии, схемы, способы обработки результатов).
Для установления интервалов значений параметров грунтов, получаемых разными равноценными методами, в работе приведено сравнение параметров сжимаемости миоценовых молассовых глинистых грунтов, полученных в ходе компрессионных, трехосных К0-консолидации и полевых испытаний дилатометром. Выполнена статистическая обработка экспериментальных данных, установлены значения прочностных и деформационных характеристик грунтов, используемых при расчете деформаций оснований при помощи программного комплекса Plaxis.
Анализ немногочисленных опубликованных исследований, посвященных проблеме установления дополнительных параметров, необходимых для использования сложных нелинейных моделей в геотехнических расчетах, позволил установить их типичные значения, некоторые корреляционные зависимости между параметрами состава, физических и механических свойств грунтов, которые предложено включить в нормативные документы.
Наиболее подробно в работе рассмотрен 4-й способ определения параметров - имитация лабораторных и полевых испытаний. Важным моментом этого этапа в процессе создания цифровой расчетной модели является проверка на соответствие двух условий: правильности выбора определяющего уравнения и назначения входных параметров, их калибровка. Под калибровкой подразумевается совпадение расчетных данных и кривой, полученной при экспериментальном испытании деформируемости и прочности грунтов.
Условиями для окончания тестирования модели на соответствие являются: достигнутая точность решения и скорость сходимости решений.
Иногда достаточно одного прогона модели, чтобы выбрать определяющее уравнение. Так, например, при имитации трехосных испытаний в качестве определяющих уравнений были использованы две упругопластические модели программного комплекса Plaxis: HS Цс изотропным упрочнением и HSS, учитывающая нелинейность модуля сдвига в области малых деформаций. При лабораторных испытаниях тугопластичной глины было установлены следующие значения показателей: удельный вес 20 кН/м3, модулей деформации Е50ref =Eoedref =2700 кН/м2, Eurref =7000 кН/м2, степень нелинейности кривой m=0,8; сцепление cref =9,7 кН/м3, угол внутреннего трения ? (phi) = 30,9; по литературным данным назначены К0, угол дилатансии ? (рsi)=0; модуль сдвига G0=14000 кН/м2, деформация сдвига ?0,7=0,001.
Была составлена геометрическая модель для половины образца высотой 9 см и радиусом 1,8 см. В одном файле было смоделировано трехосное сжатие по четырем камерам, первая фаза была общей для всех, 2Ц5 фазы повторялись для каждой камеры со своим значением ?3. После выполнения расчетов результаты по напряжениям - деформациям в табличной форме переносились в MS Excel (рис. 5).
Рис. 5. Сравнение трехосных испытаний и расчетных данных
Как видно, расчеты по обеим моделям HS и HSS показали хорошее совпадение с лабораторными испытаниями, причем HSS - дает полное совпадение при малых уровнях деформаций (до 3 %), а HS - при деформациях от 2 до 5 %.
Трудности и необходимость многократных прогонов модели появляются при назначении параметра по интервальной оценке показателя, например, модуля деформации. Так, имитация компрессионных испытаний осуществлялась при помощи упругопластической модели с изотропным упрочнением HS. Эта модель требует назначения 3-х параметров дефомируемости грунтов, а именно: модулей деформации при первичном нагружении E50, разгрузке - вторичном нагружении Eur и параметра Ohde m, описывающего степень кривизны компрессионной кривой в зависимости от величины эффективного давления, сцепления и угла внутреннего трения.
При компрессионном испытании молассовой тугопластичной глины было установлено, что модуль деформации изменяется от 2,2 до 10,1 МПа в интервале нагрузок 2Е250 кПа при первом нагружении и от 6,0 до 75,4 МПа при повторном нагружении (рис. 6).
Рис. 6. Сравнение компрессионных кривых - лабораторной и рассчитанных при помощи упругой идеально-пластической среды Mohr-Coulomb (MC) и упругопластической модели с изотропным упрочнением (HS)
Вычислительный эксперимент выполнялся в три этапа по следующей схеме: вначале варьированием параметра E50 в интервале 2,7Е9,0 МН/м2 с шагом приращения - 1 МН/м2, затем - параметра m в диапазоне 0,3Е0,8, с шагом - 0,1, и, в последнюю очередь, параметра Eur путем умножения модуля упругости при первичном нагружении на фактор n, Eur =nЕ50. Фактор n менялся в интервале 3Е10, с шагом - 1.
Окончательно были приняты следующие значения модулей деформации при первом нагружении Е50=5 МПа, при разгружении - повторном нагружении Еur=35 МПа, показателя m=0,8. При этих значениях отклонения расчетной и реальной компрессионной кривой минимальны.
Для сравнения рассчитана компрессионная кривая по определяющему уравнению упругой идеально-пластической среды в формулировке Мора-Кулона (MC, Plaxis). Как видно по графику, модель упругопластической модели с изотропным упрочнением HS точнее описывает поведение компрессионного сжатия грунта.
Несмотря на слабую разработку теории планирования вычислительных экспериментов, предложенная схема проведения вычислительного эксперимента и ее реализация позволили откорректировать параметры деформируемости упругопластической модели, широко используемой в современных расчетах деформаций оснований.
Описанная методика калибровки параметров по данным лабораторных испытаний может быть использована при подготовке нормативов.
Глава 5. Проверки создаваемых расчетных моделей
Для устранения неопределенностей проекта, увеличения точности решения приходится рассматривать множество расчетных схем с варьированием входных параметров. Так как расчеты проводятся на моделях с большим числом конечных элементов, это приводит к значительным затратам времени и финансов для рассмотрения каждого из вариантов. Поэтому для оптимизации процесса составления цифровой расчетной схемы разумно определить самые чувствительные параметры. Анализ чувствительности позволяет оценить, насколько важны те или иные параметры для системы в целом, насколько корректно решение задачи, к каким параметрам чувствительно найденное решение. Кроме этого, на основании расчета можно построить упрощенную модель системы.
В работе приведены результаты исследований, направленных для выяснения значимости параметров грунтового массива в расчетах перемещений подпорной стенки и осадок поверхности, вызванной проходкой туннеля [6, 10, 18].
Пример 1. Для устройства котлована с применением ограждающей заанкерной подпорной стенки анализ чувствительности проводился с параметрами: коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя К0, коэффициент Пуассона ?, которые часто принимаются по литературным данным. Была составлена 21 расчетная схема с вариацией типа грунта (I песок или II глина), К0 и ?, начальной ЕА и изгибающей ЕI жесткости стены (рис. 7). Для расчетов применялась модель HS. Выходными параметрами расчетов являются горизонтальные смещения стенки (рис. 8) и эффективные горизонтальные напряжения в грунтовом массиве позади стенки (рис. 9).
В качестве эталонов были приняты расчеты, выполненные для двух типов геологического разреза в условиях нормальной консолидации (К0NC) и первоначальной жесткости стены (W0).
По каждому варианту расчета определили площадь под графиком кривой, приняв ее за параметр чувствительности выходных параметров к изменению входного параметра (табл. 2). Найден вариант с наибольшим отклонением выходных параметров (вариант наихудшего случая). Показано, что присутствие в разрезе глин, претерпевших в геологическое время более высокое напряжение, чем современное (К0>K0NC), приводит к значительному увеличению смещений, чем присутствие песков.
Рис. 7. Геометрическая модель и сетка конечных элементов
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по геологии-минералогии