Коэффициент переуплотнения грунта в кроссе

Параметры скважин

При выборе этой операции появляется диалоговое окно Параметры скважин , в котором для каждой скважины необходимо задать:

• координаты скважины (фактически они заданы при установке скважины, но могут быть откорректированы в этом окне);
• название (имя) скважины;
• информацию о грунтах;
• отметки уровней грунтов (верхних) для каждой скважины.

Если ниже слоев грунта находится скальное основание, то следует активизировать соответствующий маркер. При этом вычисление осадок по глубине будет ограничено отметкой последнего слоя грунта, имя которого в таблице заменяется на «скала». В противном случае программа сама определит глубину сжимаемой толщи грунта исходя из предположения, что последний слой имеет неограниченную глубину.

Заданию параметров скважин должно предшествовать описание характеристик всех грунтов. Для этого следует нажать кнопку Грунты , и в появившемся диалоговом окне ввести все необходимые данные. Перед вводом характеристик каждого грунта необходимо нажать кнопку Добавить . При этом в таблице грунтов появится новая строка, в которой задается:

• наименование грунта;
• удельный вес (с учетом взвешивания);
• модуль деформации;
• модуль упругости (если этот параметр задан равным нулю, то он буден вычислен автоматически как D/0.12, где D — модуль деформации);
• коэффициент Пуассона;
• коэффициент переуплотнения;
• давление переуплотнения.

В последнем столбце следует определить цвет (имеется ввиду цвет, которым данный грунт будет изображаться при построении разрезов).

Следует отметить, что когда в грунтовой толще располагается уровень грунтовых вод, то грунт одного и того же типа, но сухой или водонасыщенный, следует относить к различным слоям. Здесь следует учитывать уменьшение удельного веса водонасыщенногго грунта за счет взвешивающего действия воды на минеральные частицы:

где γ_sb — удельный вес грунта во взвешенном состоянии, γ_s — удельный вес частиц грунта, γ_w=10 кН/м 3 — удельный вес воды, е — коэффициент пористости грунта.

Если на некоторой глубине ниже уровня водонасыщенных грунтов залегает водоупорный слой, то на его верхнюю границу действует вес столба воды, и здесь возникает скачок эффективного напряжения (положительный) равный гидростатическому давлению на этой отметке.

В тех случаях, когда под водоупорным слоем располагаются водонасыщенные слои и при этом грунтовые воды под и над водоупором соединяются где-то за границами скважины (выклинивание водоупора), на нижней границе водоупорного слоя возникает отрицательный скачок эффективного давления, величина которого соответствует гидростатическому давлению на глубине нижней границы водоупора. Этот скачок отсутствует, когда имеется два независимых горизонта грунтовых вод (над и под водоупором).

Проиллюстрируем сказанное несколькими примерами, приведенными ниже.

Задание скачка эффективного напряжения

Два независимых горизонта грунтовых вод (над и под водоупором)

Грунтовые воды под и над водоупором соединяются за границами скважины (выклинивание водоупора)

Одним из основных параметров, описывающих поведение грунта, является величина структурной прочности p _c . Величина p_c может быть представлена в виде

где R — коэффициент переуплотнения (связанный с возрастом грунтового массива), Δ p _c — давление переуплотнения (связанное с максимальными давлениями, действовавшими на грунт в течение истории его формирования), σ — природное давление. Коэффициент переуплотнения и давление переуплотнения постоянны и могут считаться параметрами грунта.

При отсутствии данных натурных испытаний о величинах R и Δ p _c рекомендуется использовать значение коэффициента переуплотнения 1.0, а величину давления переуплотнения принимать равной:

• 5 т/м 2 для глинистых грунтов;
• 2.5 т/м 2 для супеси;
• 0 т/м 2 для песков.

Если какой-либо из грунтов нужно удалить, следует активировать соответствующую строку с помощью курсора и нажать кнопку Удалить .

После завершения ввода характеристик грунта по нажатию кнопки Применить окно Грунты закрывается и управление вновь передается окну Параметры скважин .

Чтобы описать последовательность слоев, следует выполнить следующие операции:

• из списка Номер скважины выбрать номер очередной скважины;
• отметить в таблице Грунты строку с характеристиками грунта первого слоя и нажатием кнопки перенести ее в таблицу Слои ;
• задать параметры слоя (грунт одного типа может повторяться в нескольких разных слоях).

Теперь остается только последовательно выбирать из списка Номер скважины номер очередной скважины и задавать для нее список грунтов, отметки уровня каждого слоя грунта и (если это необходимо) скачок эффективного напряжения (который может быть обусловлен, например, водонасыщенностью слоя). Отметим, что отметки уровня могут быть заданы относительно любой базы (например, скального основания или дневной поверхности).

Ввод параметров скважин можно облегчить, если ввести только одну скважину и задать ей параметры. После чего выполнить ввод остальных скважин. Их параметры по умолчанию получат значения параметров первой скважины и их достаточно только откорректировать. Кроме того, нажатие кнопки Копировать приводит к появлению диалогового окна, в котором пользователь может выбрать «скважину-аналог» и скопировать из нее отметки слоев.

Кнопка Предварительный просмотр позволяет получить изображения структуры грунтового массива для выбранной скважины.

вопрос по поводу коэф. переуплотнения и напряжения переуплотнения

Выше перечисленные понятия, а также формулы для определения этой величины мы нашли в нормативных документах МГСН 2.07-01.

Как видно из МГСН КПУ = sigma (переуплотнения) / sigma (бытовое деления грунта)
В зависимости от КПУ грунты подразделяются на:
— нормально уплотненные 1 < КПУ < 4;
— переуплотненные КПУ > 4.

Давление переуплотнения sigma (переуплотнения) нахожу по формуле 4
Sigma (переуплотнения) = lamda * qc
Где lamda коэф. зависящий от Ip , а qc – удельное сопротивление под конусом зонда.
Пример:
Ip=10% qc=0.9 мПА (принимаем на всей глубине однородный грунт для примера) => Sigma (переуплотнения) = lamda * qc = 0,45*0,9 * 101 = 40.9 т/м2
И когда находим КПУ получается непонятна ситуация

sigma (бытовое даления грунта) при осредненном удельном весе = 1.8 т/м3
на глубине
1 м — 1.8 т/м2 – КПУ= 22,76 переуплотненный
2 м — 3,6 т/м2 – КПУ= 11,36 переуплотненный
3 м — 5,4 т/м2– КПУ= 7,5 переуплотненный
4 м — 7,2 т/м2– КПУ= 5,6 переуплотненный
…………….
………………
и так далее
тоесть получается, что у поверхности всегда переуплотненный грунт? Что то не так.
Очень буду признателен за разъяснение.
И самое главное очень хочется понять, именно определение КПУ и напряжения переуплотнения.
Из найдено в интеренете и библиотеке.

В книге “Основания и фундаменты” под редакцией А.Я Туровской (Москва 1968 год) , я нашел вот такое определение КПУ
***********
Грунт, который был полностью консолидирован под давлением pc большим, чем сушествуюшее бытовое давление p0, называется переуплотненным. Отношение (pc-p0)/p0 называется показателем переуплотнения, а pc – пред уплотняющим давлением.
************
Вот на этом сайте
http://edu.dvgups.ru/METDOC/ITS/OSNF. ND/Kvash_2.htm
дана метоидичка.
Кафедра «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» С.В. Квашук, Д.Ю. Малеев
инженерно-геологическая практика статическое зондирование
и там тоже дано определение
***********
Коэффициент переуплотнения КПУ (ОСК) – показатель, характеризующий состояние грунта в условиях, когда действующие в настоящее время эффективные вертикальные напряжения оказываются меньше той максимальной нагрузки smax, которая соответствует природной плотности грунта, достигнутой в ходе литификации. Может быть определен по результатам зондирования с замером порового давления
Литификация — процесс превращения рыхлых осадков в твёрдые.

Если не трудно – просто разъясните по рабочекрестьянски рассматриваемые понятия.

Последний раз редактировалось green_com, 28.07.2011 в 09:16 .
Просмотров: 14399

CADmaster

Кросс — программа для определения коэффициентов постели

При проектировании сооружений, которые взаимодействуют с податливым основанием, постоянно возникает проблема представления основания в общей расчетной модели сооружения и задания информации о механических свойствах грунтового массива. Одной из наиболее часто используемых расчетных моделей — особенно в рамках программных систем, основанных на методе конечных элементов, — является плита на упругом винклеровском основании…

Скачать статью в формате PDF — 854.9 Кбайт

Главная » CADmaster №5(10) 2001 » Архитектура и строительство Кросс — программа для определения коэффициентов постели

При проектировании сооружений, которые взаимодействуют с податливым основанием, постоянно возникает проблема представления основания в общей расчетной модели сооружения и задания информации о механических свойствах грунтового массива. Одной из наиболее часто используемых расчетных моделей — особенно в рамках программных систем, основанных на методе конечных элементов, — является плита на упругом винклеровском основании. Но при этом возникает проблема выбора коэффициентов постели такого основания, более или менее адекватно отражающих реальные свойства грунтового массива. К сожалению, ни один нормативный документ не дает рекомендаций по определению коэффициентов постели даже в простейшем случае однородного грунтового массива, не говоря уже о наиболее часто встречающемся многослойном основании.

В работе В. Федоровского и С. Безволева 1 предложена модель работы многослойного грунтового массива, которая позволяет обосновать выбор коэффициентов постели, пригодных не только для расчета фундаментной плиты без известных парадоксов, возникающих в случае применения модели упругого полупространства (преувеличение распределительной способности грунта, возникновение краевых бесконечностей но и для определения осадок, возникающих как за счет упруго пластических (больших), так и упругих (малых) деформаций грунтового основания.

Эта модель была положена в основу разработки программы КРОСС, которая предназначена для определения коэффициентов постели и оперирует всеми доступными данными о площадке строительства. В частности, учитываются параметры не только проектируемого сооружения, но и других объектов (например, существующие здания), влияющих на него в том смысле, что нагрузки на грунт, передаваемые этими объектами, могут привести к осадкам рассматриваемого фундамента. Кроме того, используются результаты геологических изысканий, которые представлены в виде информации о характеристиках грунта в пробуренных скважинах. Рельеф дневной поверхности на площадке предполагается достаточно гладким и задается путем указания отметок устьев скважин. Другие данные геодезической съемки не используются.

Пятна проектируемого сооружения и существующих зданий представлены в виде замкнутых многоугольников (возможно с проемами), каждый из которых передает на грунт нагрузку определенной (и постоянной для этого пятна) интенсивности, приложенную на уровне отметки подошвы фундамента.

Программа КРОСС входит в состав пакета SCAD Office и предусматривает как автономную работу, так и обмен данными с интегрированной системой прочностного анализа конструкций Structure CAD (SCAD) (новая версия системы SCAD, в которой реализован этот режим, выйдет до конца 2001 года). При совместной работе с системой SCAD в программу КРОСС автоматически передается очертание фундаментной плиты. После задания дополнительной информации и данных о площадке строительства выполняется расчет коэффициентов постели, значения которых возвращаются в SCAD и автоматически назначаются элементам схемы. В случае автономной работы результаты могут использоваться для задания коэффициентов постели в любой программе расчета конструкций. Программа позволяет в режиме графического диалога задать конфигурацию фундаментной плиты и (если это необходимо) форму и положение существующих зданий и проемов (рис. 1), а также положение пробуренных скважин (рис. 2).

Рис. 1. Площадка строительства

Рис. 2. Положение пробуренных скважин

Для каждого слоя грунта, входящего в состав многослойного грунтового массива, задается наименование грунта, а также его удельный вес, модуль деформации, модуль упругости, коэффициент Пуассона, коэффициент переуплотнения, давление переуплотнения и цвет (имеется в виду цвет, которым грунт будет изображаться при построении разрезов (см. ниже).

Для каждой скважины задаются отметки уровня каждого слоя грунта и (если это необходимо) скачок эффективного напряжения (который может быть обусловлен, например, водонасыщенностью слоя). Добавим, что отметки уровня могут быть заданы относительно любой базы (например, скального основания или дневной поверхности).

Для дополнительного контроля правильности задания данных в программе предусмотрена возможность построить геологический разрез грунта (рис. 3).

Рис. 3. Построение разреза грунтового массива

Результатом работы программы являются значения коэффициентов постели в любой точке основания проектируемого сооружения — если подвести курсор к соответствующей точке экрана, в строке состояния будет отображено соответствующее значение коэффициента постели. Кроме того, коэффициенты постели могут быть отображены и в виде изополей (рис. 4), цветовая градация которых и уровни могут быть настроены пользователем. И наконец, имеется возможность получить данные об осадках, вычисленных на уровне подошвы фундамента.

Рис. 4. Изополя коэффициентов постели

1. Федоровский В. Г., Безволев осадок фундаментов мелкого заложения и выбор модели основания для расчета плит // Основания, фундаменты и механика грунтов. // 2000 // . // С. 10−18. ↑

CADmaster

Реализация методики расчета жесткостных характеристик грунтового основания в модуле КРОСС программного комплекса SCAD Office

В этой статье приводится один из вариантов моделирования жесткостных свойств грунтового основания при проектировании строительных сооружений, имеющих в своей конструкции в качестве основания фундаментную плиту. Если проектировщику необходимо выбрать достаточно надежное прочностное обоснование конструктивного решения сложного сооружения, он часто останавливает свой выбор именно на фундаментной плите

Скачать статью в формате PDF — 654.0 Кбайт

Главная » CADmaster №3(58) 2011 » Архитектура и строительство Реализация методики расчета жесткостных характеристик грунтового основания в модуле КРОСС программного комплекса SCAD Office

В этой статье приводится один из вариантов моделирования жесткостных свойств грунтового основания при проектировании строительных сооружений, имеющих в своей конструкции в качестве основания фундаментную плиту. Если проектировщику необходимо выбрать достаточно надежное прочностное обоснование конструктивного решения сложного сооружения, он часто останавливает свой выбор именно на фундаментной плите. При таком подходе особенно важно иметь доступ к методикам, позволяющим учесть совместную пространственную работу системы «сооружение-основание». Программный комплекс (ПК) SCAD Office для моделирования грунтового основания под фундаментной плитой содержит несколько вариантов решения этой проблемы. Использование программы КРОСС позволяет учесть в расчетах комплекс взаимосвязанных физико-механических и геометрических свойств слоистого массива грунтового основания. Эта программа разработана авторским коллективом группы компаний SCAD Soft совместно со специалистами НИИОСП и предназначена для вычисления первого коэффициента постели под фундаментной плитой (коэффициент Винклера) по результатам геологических и геодезических изысканий [1, 2].

Программа КРОСС выполняет расчет осадок сооружения на уровне подошвы фундаментной плиты (и через них — винклеровского коэффициента постели) с учетом распределительной способности основания. Результаты расчетов используются для уточненного определения напряженно-деформированного состояния фундаментной плиты и конструкций, размещенных на ней.

В процессе работы программы КРОСС подбираются значения коэффициентов постели под фундаментной плитой, которые дают такие же осадки, как и при использовании схемы линейно-деформируемого полупространства, то есть обеспечивается соответствие с моделями, рекомендованными СНиП. Ниже на примере конкретного проекта кратко изложена суть использования этой технологии.

Структура модели грунтового основания и исходные данные

Рассматривается площадка строительства, на которой будет расположено проектируемое сооружение и другие объекты (строящиеся и существующие здания), влияющие на него таким образом, что передаваемые ими нагрузки на грунт могут привести к осадкам проектируемого фундамента. При этом считается, что форма контура фундаментной плиты, проектируемого сооружения и соседних объектов представляет собой замкнутые многоугольники (возможно, с проемами), каждый из которых передает на грунт нагрузку, приложенную на уровне отметки подошвы фундамента. Кроме того, считается, что известны результаты геологических изысканий, представленные в виде информации о характеристиках грунта в пробуренных скважинах. Рельеф дневной поверхности на площадке предполагается достаточно гладким и задается при помощи указания отметок устьев скважин. Другие данные геодезической съемки не используются. Ввод данных выполняется на координатной сетке, шаг которой задается пользователем.

Рекомендуется следующая последовательность создания модели:

• задание габаритов площадки строительства;
• ввод параметров координатной сетки;
• ввод внешнего контура фундаментной плиты;
• ввод контуров существующих зданий (если это необходимо);
• задание проемов (если они имеются);
• сглаживания углов (если это необходимо);
• задание нагрузок;
• задание уровней отметки подошв фундаментов;
• задание координат расположения скважин;
• ввод информации о грунтах;
• задание параметров скважин.

Изображение математической модели несущей конструкции здания приведено на рис. 1 и 2. Расчетная схема сооружения представляет собой трехмерный пластинчато-стержневой каркас, в котором учтены практически все элементы, обеспечивающие прочность и необходимую жесткость проектируемого объекта.

Программный модуль КРОСС позволяет воспользоваться привычной прикладной инженерной методикой для описания жесткостных свойств грунтового основания. Такой подход предоставляет расчетчику возможность не вводить в достаточно сложную модель информацию о топологии и геометрии свойств слоев грунтового основания. Результатом работы этой программы является цифровой массив данных о распределении коэффициентов постели под фундаментной плитой, который используется в дальнейших расчетах по обеспечению необходимой жесткости и прочности проектируемого сооружения.

По результатам геологических изысканий вводятся данные о расположении скважин на строительной площадке и контура фундаментной плиты (рис. 3 и 4). В таблицах 1 и 2 приведены данные о свойствах слоев грунта в пробуренных скважинах.

Таблица 1. Список свойств грунтов

Наименование	Удельный вес, Т/м 3	Модуль деформации, Т/м 2	Модуль упругости, Т/м 2	Коэффициент Пуассона	Коэффициент переуплотнения	Давление переуплотнения, Т/м 2
1	1,65	100	833,333	0,3	1	0
2	1,86	1500	12500	0,35	1	0
3	1,97	1800	15000	0,35	1	0
4	1,95	1400	11666,667	0,35	1	0
5	1,98	1900	15833,333	0,42	1	0
6	1,93	2800	23333,333	0,3	1	0
7	2	1700	14166,667	0,35	1	0
8	2,04	2500	20833,333	0,35	1	0
9	1,87	3000	15000	0,3	1	0
10	1,85	2400	20000	0,3	1	0
11	1,9	1900	15833,333	0,35	1	0
11a	2	2000	16666,667	0,42	1	0
12	2,05	2300	19166,667	0,35	1	0
12а	2,02	2200	11000	0,35	1	0
13	1,93	3500	29166,667	0,3	1	0
14	1,89	2600	21666,667	0,3	1	0
15	2,01	2900	24166,667	0,3	1	0
16	1,76	2100	17500	0,35	1	0

Таблица 2. Список скважин

Наименование	Координаты, м		Описание скважин
1) 1	2,215	29,274	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	207,4	0
2	206,7	0
3	206,1	0
5	205,1	0
8	199,2	0
10	195,1	0
12	194	0
13	190,5	0
12a	189,8	0
13	188,4	0
14	187,9	0
15	182,6	0
16	181,6	0
2) 2	35,822	27,321	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	208,1	0
5	205,1	0
8	199	0
10	196	0
12	193,9	0
13	190,5	0
12a	189,8	0
14	188,9	0
15	182,7	0
16	181,7	0
3) 3	66,922	35,6	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	208,1	0
2	207,3	0
3	206,6	0
5	206,5	0
8	199,1	0
10	196,3	0
12	193,9	0
14	190,5	0
15	182,7	0
16	181,6	0
4) 4	86,623	42,535	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	207,87	0
5	205,5	0
8	198,9	0
10	196,5	0
12	193,4	0
14	190,6	0
15	182,2	0
16	181,1	0
5) 5	83,338	21,573	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	207,81	0
2	206,47	0
5	205,37	0
7	198,77	0
8	198,07	0
9	196,37	0
11	195,77	0
13	193,07	0
12	192,27	0
14	190,47	0
15	182,67	0
16	181,57	0
6) 6	117,434	42,718	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	208	0
4	203,3	0
5	202,4	0
7	198,8	0
8	198,1	0
11	195,5	0
11a	193,3	0
12	192,3	0
14	190,5	0
15	182	0
16	180,3	0
7) 7	116,288	17,125	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м 2
1	208	0
5	203,1	0
6	199,9	0
8	199,3	0
11	195,1	0
11a	194	0
13	193	0
12	192,2	0
14	190,4	0
15	182,1	0
16	181	0

Для решения задачи назначается комбинация нагрузок, в рамках которой итерационным способом осуществляются расчеты значений коэффициентов постели. Передача данных о распределении давления на грунт, геометрии и топологии конечно-элементного разбиения фундаментной плиты осуществляется из ПК SCAD в модуль КРОСС автоматически.

Анализ результатов расчета

На первоначальной итерации был задан одинаковый по всей площади фундаментной плиты коэффициент постели со значением 500 Т/м3. Результаты расчетов после первой итерации отображены в виде изополей на рис. 5. На последующих этапах итерационного расчета уточняется распределение давления на грунт, в конечном итоге получаем распределение значений коэффициента С1 по площади фундаментной плиты. В данном примере было выполнено десять итерационных расчетов. Результирующее распределение значений коэффициента С1 приведено на рис. 6.

По результатам расчетов были построены диаграммы изменения максимальных и минимальных значений коэффициента постели С1 с 0-й по 10-ю итерацию (рис. 7).

На рис. 8 представлена диаграмма, показывающая скорость сходимости результатов расчета к равновесным итоговым значениям по всем итерациям.

Из диаграмм, приведенных на рис. 7 и 8, видно, что для рассматриваемой схемы стабилизация значений коэффициента С1 наступает к 3-й итерации, а погрешность вычисленных максимальных и минимальных значений на 6-м шаге расчета составляет примерно 4%.

Поскольку распределение значений коэффициентов стабилизировалось, то дальнейшее применение программы КРОСС нецелесообразно. Полученные коэффициенты С1 могут быть использованы для уточненного анализа напряженно-деформированного состояния фундаментной плиты, а следовательно — и всей остальной надземной части сооружения.

Выводы

Как видно из выше приведенного описания результатов расчетов, значения коэффициентов жесткости грунтового основания в данном примере находятся в диапазоне от 600 до 3000 тонн на кубический метр и довольно неравномерно распределены по площади основания.

Наличие такой наглядной информации позволяет проектировщику подойти к выбору конструктивного решения фундаментной плиты более обоснованно и оценить запасы прочности с позиций более подробного анализа резервов несущей способности системы «сооружение-основание».

Литература

1. Федоровский В.Г., Безволев осадок фундаментов мелкого заложения и выбор модели основания для расчета плит // Журнал «Основания, фундаменты и механика грунтов», 2000, , с. 10−18.
2. Карпиловский В.С., , Маляренко А.А, , , , , SCAD Office. Реализация СНиП в проектирующих программах. — М: Изд. СКАД СОФТ, 2010, с. 343−368.