Nasyp – przyrost osiadania w czasie (konsolidacja), Notatki z Geometria

Pobierz Nasyp – przyrost osiadania w czasie (konsolidacja) i więcej Notatki w PDF z Geometria tylko na Docsity! Poradnik Inżyniera Nr 37 Aktualizacja: 10/2017 Nasyp – przyrost osiadania w czasie (konsolidacja) Program: MES – Konsolidacja Plik powiązany: Demo_manual_37.gmk Wprowadzenie Niniejszy przykład ilustruje zastosowanie programu GEO5 MES wraz z rozszerzeniem - Konsolidacja do analizy ewolucji osiadań gruntu w czasie spowodowanych wybudowaniem nasypu. Głównym celem jest wyznaczenie obrazu zmian deformacji zachodzących w nasypie oraz w podłożu gruntowym powstających w wyniku stopniowej redystrybucji ciśnień porowych. W rezultacie przeprowadzonych obliczeń uzyskuje się pole przemieszczeń, a także rozkład ciśnień porowych w wybranym momencie po wykonaniu nasypu. Dane wejściowe Podłoże gruntowe składa się z gruntu piaszczystego, nad którym znajduje się warstwa gruntu gliniastego o miąższości wynoszącej 4.5m. Przekrój poprzeczny nasypu ma trapezoidalny kształt o szerokości wynoszącej 20m u podstawy oraz 8.5m w koronie nasypu i wysokości 4m. W celu przeprowadzenia analizy zachowania podłoża gruntowego oraz nasypu wykorzystany zostanie model materiałowy Mohra-Coulomba. Parametry modelu – ciężar własny 𝛾, moduł Younga 𝐸, współczynnik Poissona 𝜈, kąt tarcia wewnętrznego 𝜑 oraz spójność 𝑐 – zawarte zostały w poniższej tabeli. Para-metry 𝑘𝑥,𝑠𝑎𝑡 oraz 𝑘𝑦,𝑠𝑎𝑡 odzwierciedlają współczynnik filtracji gruntu w kierunku poziomym oraz pionowym dla gruntu nawodnionego. Należy zauważyć, że zaimplementowany algorytm numeryczny bazuje na założeniu, że grunt jest całkowicie nawodniony. Przybliżone wartości współczynnika filtracji dla różnych gruntów można znaleźć w internetowej pomocy do programu GEO5 MES na poniższej stronie: http://www.finesoftware.pl/pomoc/geo5/pl/wspolczynnik-filtracji- 01/. 𝛾 𝐸 𝜈 𝜑 𝑐 𝑘𝑥,𝑠𝑎𝑡 𝑘𝑦,𝑠𝑎𝑡 [kN/m3] [MPa] [–] [°] [kPa] [m/dzień] [m/dzień] Grunt gliniasty 18.5 10 0.4 28 15 10-5 10-5 Grunt piaszczysty 19.5 30 0.3 33 2 10-2 10-2 Nasyp 20 30 0.3 30 10 10-2 10-2 Początkowy ustalony poziom zwierciadła wody gruntowej znajduje się na głębokości 1m poniżej powierzchni terenu. Naszym zadaniem jest znalezienie pola przemieszczeń oraz rozkładu ciśnień porowych po 7 dniach, 30 dniach, 1 roku oraz 10 latach po wzniesieniu nasypu. nasyp grunt gliniasty grunt piaszczysty 2 Obliczenia – wprowadzanie danych wejściowych Parametry projektu, geometria oraz parametry materiałowe wprowadzone zostaną w ramce [Topo]. Siatka elementów skończonych również generowana jest w tej ramce. Warunki brzegowe oraz etapy obliczeń definiuje się w kolejnych fazach budowy [1] – [5]. Parametry projektu W ramce [Topo]->Ustawienia jako rodzaj zadania wybierzemy Płaski stan odkształcenia, natomiast jako rodzaj obliczeń opcję Konsolidacja. Uwaga: Aby umożliwić graficzną prezentację wszystkich obliczanych parametrów zaznaczymy także opcję Wyniki szczegółowe. W takim przypadku program, oprócz przemieszczeń, wyświetli również ciśnienia porowe, prędkości przepływu, a także wartości składowe naprężenia i odkształcenia oraz ich niezmienniki. Ramka „Ustawienia“ Geometria modelu Wymiary modelu oraz układ warstw gruntu wprowadzane są w ramce [Topo]->Warstwa. Poziomo, model znajduje się w zakresie od -30m do 30m i ma trzy warstwy. Pierwsza warstwa odzwierciedla pierwotny profil powierzchni terenu. W tym przykładzie zdefiniowana jest ona poprzez punkty o współrzędnych [-30, 0], [-10, 0], [10, 0] oraz [30, 0]. Druga warstwa pozwala na wyodrębnienie dwóch wydzieleń geotechnicznych w podłożu gruntowym. Definiowana jest ona przy pomocy punktów o współrzędnych [-30, -4.5] oraz [30, -4.5]. Trzecia warstwa wprowadza przekrój poprzeczny nasypu poprzez punkty o współrzędnych [-10, 0], [-4.25, 4], [4.25, 4] oraz [10, 0]. Na końcu w oknie dialogowym Ustawienie zakresu wprowadzimy zagłębienie poniżej najniższego punktu warstwy o wartości 4.5m Grunty Obliczanie konsolidacji gruntu jest złożonym problemem sprzężonym zarówno z prawami mechaniki, jak również hydrauliki. Biorąc to pod uwagę, musimy zdefiniować nie tylko parametry materiałowe wykorzystywane w standardowych obliczeniach stanu naprężenia, ale również parametry niezbędne do obliczeń przepływu. Parametry materiałowe definiuje się w ramce [Topo]->Grunty. Tworzymy trzy odrębne materiały przyjmując do analizy model materiałowy Mohra-Coulomba oraz wpisując wartości z tabeli umieszczonej w rozdziale “Dane wejściowe”. Dla wszystkich gruntów przyjmiemy kąt dylatancji wynoszący zero, 𝜓 = 0°. Po zdefiniowaniu materiałów, przypisujemy je do odpowiednich obszarów w ramce [Topo]->Przyporządkowanie. Siatka elementów skończonych Rozmiary modelu w kierunku poziomym są dosyć duże, co sugeruje konieczność zastosowania większych elementów skończonych w pobliżu krawędzi modelu, gdzie nie spodziewamy się powstawania znaczących deformacji. W ramce [Topo]->Zagęszczanie linii wybierzemy pionowe brzegi zadania i wprowadzimy długość krawędzi elementu skończonego jako 2 m oraz promień zagęszczenia o wartości 20 m. W podobny sposób zdefiniujemy długość krawędzi elementu skończonego dla 5 Rozkład ciśnień porowych w gruncie 7 dni po wybudowaniu nasypu, niezdeformowana siatka elementów skończonych. Można zauważyć, że ciśnienie porowe w gruncie znajdującym się bezpośrednio pod nasypem wzrosło. Podwyższone ciśnienie porowe pozwala na zrównoważenie dodatkowego naprężenia pionowego powstałego po wykonaniu nasypu. Podwyższone ciśnienie porowe będzie ulegać w kolejnych fazach dysypacji powodując przyrost osiadań bez zmiany działających obciążeń spowodowanych wybudowaniem nasypu. Fazy obliczeń nr 3-5 – obliczenia osiadania w kolejnych fazach W kolejnych fazach obliczeniowych nr 3, 4 oraz 5 przeprowadzimy obliczenia osiadania oraz rozkładu ciśnienia porowego w gruncie w czasie 30 dni, 365 dni oraz 3650 dni po wybudowaniu analizowanego nasypu. Geometria, materiały oraz obciążenia nie ulegają zmianie, a zatem pozostawiamy wszystkie ustawienia identyczne, jak w fazie nr 2. Przed przeprowadzeniem obliczeń wprowadzimy czas trwania każdej fazy. Czas trwania faz się sumuje, a zatem wprowadzamy 23 dni jako czas trwania fazy nr 3, 335 dni dla fazy nr 4 oraz 3285 dni odpowiednio dla fazy nr 5. Mapy osiadania oraz rozkłady ciśnienia porowego w gruncie przedstawione zostały na poniższych rysunkach. 6 Mapa przemieszczeń pionowych (osiadań) 30 dni po wybudowaniu nasypu, niezdeformowana siatka elementów skończonych. Mapa przemieszczeń pionowych (osiadań) 1 rok po wybudowaniu nasypu, niezdeformowana siatka elementów skończonych. 7 Mapa przemieszczeń pionowych (osiadań) 10 lat po wybudowaniu nasypu, niezdeformowana siatka elementów skończonych. Rozkład ciśnień porowych w gruncie 30 dni po wybudowaniu nasypu, niezdeformowana siatka elementów skończonych.