Analiza stateczności zbocza

Transkrypt

1 Przewodnik Inżyniera Nr 8 Aktualizacja: 02/2016 Analiza tateczności zbocza Program powiązany: Stateczność zbocza Plik powiązany: Demo_manual_08.gt Niniejzy rozdział przedtawia problematykę prawdzania tateczności zbocza dla krytycznej kołowej oraz łamanej powierzchni poślizgu (z zatoowaniem optymalizacji wyznaczania tejże powierzchni). Przedtawione zotaną także różnice między odmiennymi metodami prawdzania tateczności zbocza. Zadanie Przeprowadzić analizę tateczności zbocza dla zaprojektowanej ściany oporowej. Przeprowadź analizę dla trwałej ytuacji obliczeniowej. Przyjmij wpółczynnik bezpieczeńtwa SF = 1,50. Brak zwierciadła wody gruntowej w rozpatrywanym profilu. Schemat zadania Rozwiązanie Aby wykonać zadanie korzytaj z programu Stateczność zbocza znajdującego ię w pakiecie GEO5. Przewodnik przedtawia kolejne kroki obliczania przykładu: Analiza 1: kołowa powierzchnia poślizgu z optymalizacją (metoda Bihopa) Analiza 2: prawdzenie tateczności zbocza dla wzytkich metod obliczeniowych Analiza 3: łamana powierzchnia poślizgu z optymalizacją (metoda Specera) Wyniki obliczeń (podumowanie) 1

2 Wprowadzanie geometrii i danych wejściowych W ramce "Utawienia" naciśnij przycik "Wybierz utawienia" a natępnie wybierz z lity dotępnych utawień obliczeń numer 1 "Standardowe wpółczynniki bezpieczeńtwa". Okno dialogowe "Lita utawień obliczeń" Przejdź do ramki "Wartwa" i wprowadź wymiary modelu wybierając przycik "Utawienie zakreu". Opcja "Zagłębienie poniżej najniżzego punktu wartwy" ma wpływ jedynie na wizualizację zadania, nie wpływa natomiat w żaden poób na wyniki obliczeń. Natępnie wprowadź wartwy gruntu i powierzchnię terenu zgodnie z poniżzymi wpółrzędnymi: Wartwa 1 Wartwa 2 Wartwa 3 Wartwa 4 Wprowadzanie kolejnych wartw 2

3 Tabela z parametrami gruntu Grunt (Klayfikacja gruntu) grsi pył ze żwirem, konytencja - platyczny FSa piaek drobny, średniozagęzczony asi pył piazczyty, konytencja - twardoplatyczny, S 0, 8 r Ciężar objętościowy Efektywny kąt tarcia wewnętrznego 3 kn m ef Efektywna pójność gruntu kpa 19,0 29,0 8,0 17,5 31,5 0,0 18,0 26,5 16,0 c ef Natępnie zdefiniuj parametry gruntów i przyporządkuj je do odpowiednich wartw. Uwaga: W niniejzym przykładzie prawdzamy tateczność zbocza w trwałej ytuacji obliczeniowej (odpływ wody z porów gruntu), tąd obliczenia zotaną przeprowadzone przy wykorzytaniu efektywnych wartości parametrów gruntów, c ef ef. Foliacja gruntów gorze lub inne wartości parametrów gruntów w jednym kierunku nie zachodzi w przypadku rozpatrywanych gruntów. 3 Wprowadź ścianę oporową jako "Element ztywny" o ciężarze objętościowym 23,0 kn m. Powierzchnia poślizgu nie będzie przechodzić przez ścianę oporową, gdyż jet elementem o bardzo dużej wytrzymałości. (Więcej informacji w pomocy programu naciśnij przycik F1). 3

4 Ramka "Przyporządkowanie" Przejdź do ramki "Obciążenie" i zdefiniuj nowe obciążenie. Dodaj obciążenie "pamowe" zlokalizowane "na powierzchni", jako rodzaj oddziaływania wybierz "tałe". Okno dialogowe "Nowe obciążenie" 4

5 Uwaga: Wprowadzane obciążenia definiowane ą na 1,0m bieżący projektowanej kontrukcji. Jedynym wyjątkiem jet obciążenie kupione, w przypadku którego program przed przytąpieniem do obliczeń przekztałca je na do obciążenia powierzchniowe do głębokości powierzchni poślizgu. (Więcej informacji w pomocy programu naciśnij przycik F1). Pomiń zakładki "Kotwy", "Zbrojenie", "Woda". Ramka "Obciążenie ejmiczne" również nie ma zatoowania w nazym przypadku, gdyż zbocze nie znajduje ię na obzarze aktywnym ejmicznie. Przejdź do ramki "Utawienia fazy" i wybierz ytuację obliczeniową. Przyjmij trwałą ytuację obliczeniową dla analizowanego przypadku. Ramka "Utawienia fazy" 5

6 Analiza 1 kołowa powierzchnia poślizgu Natępnie przejdź do ramki "Obliczenia", gdzie określiz początkową kołową powierzchnię poślizgu tektowo podając promień oraz wpółrzędne ( x, y ) środka powierzchni kołowej poślizgu lub graficznie zaznaczając na ekranie trzy punkty, przez które wybrana powierzchnia poślizgu ma przechodzić. Uwaga: W przypadku gruntów poitych utrata tateczności zbocza wytępuje najczęściej w potaci ouwik rotacyjnych, które modeluje ię przy założeniu kołowej powierzchni poślizgu, co pozwala na wyznaczenie krytycznej powierzchni poślizgu. W przypadku gruntów niepoitych zaleca ię ponadto wykonanie obliczeń tateczności zbocza z uwzględnieniem łamanej powierzchni poślizgu. (Więcej informacji w pomocy programu naciśnij przycik F1). Natępnie wybierz jako metodę obliczania tateczności zbocza metodę Bihopa. Przeprowadź obliczenia uwzględniające wybór najbardziej krytycznej kołowej powierzchni poślizgu wybierając opcję "Optymalizacja". Ramka "Obliczenia" Bihop optymalizacja krytycznej kołowej powierzchni poślizgu Uwaga: Celem proceu optymalizacji jet znalezienie kołowej powierzchni poślizgu o najmniejzym wpółczynniku tateczności zbocza F S krytycznej powierzchni poślizgu. Optymalizacja kołowej po- 6

7 wierzchni poślizgu w programie Stateczność zbocza przeprowadza obliczenia dla całego zbocza dzięki czemu uzykane wyniki ą w najwyżzym topniu wiarygodne. Dla różnych początkowych powierzchni poślizgu otrzymujemy tę amą krytyczną powierzchnię poślizgu. Wartość wpółczynnika bezpieczeńtwa tateczności zbocza dla krytycznej powierzchni poślizgu przy wykorzytaniu metody Bihopa wynoi: SF 1,82 SF 1,50 SPEŁNIA WYMAGANIA Analiza 2 porównanie różnych metod obliczeniowych Natępnie dodaj nową analizę w obrębie zadania korzytając z paka narzędzi znajdującego ię w lewym górnym rogu ramki. Paek narzędzi "Analiza" Przejdź do ramki "Obliczenia" i jako metodę prowadzenia obliczeń wybierz "Wzytkie metody", przy opcji rodzaj obliczeń wybierz "Standardowy". Natępnie naciśnij przycik "Oblicz". Ramka "Obliczenia" Wzytkie metody tandardowy rodzaj prowadzenia obliczeń (bez optymalizacji) 7

8 Uwaga: Wykorzytując tę metodę, do obliczeń dla wzytkich metod przyjęta zotanie krytyczna powierzchnia poślizgu uzykana z poprzedniego etapu obliczeń metodą Bihopa. Aby uzykać bardziej miarodajne wyniki należy wybrać konkretną metodę i przeprowadzić dla niej obliczenia z uwzględnieniem optymalizacji powierzchni poślizgu. Wartość wpółczynnika bezpieczeńtwa tateczności zbocza dla różnych metod obliczeniowych: Bihop: SF 1,82 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Felleniu / Petteron: SF 1,61 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Spencer: SF 1,79 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Janbu: SF 1,80 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Morgentern-Price: SF 1,80 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Uwaga: Wybór metody prowadzenia obliczeń zależy od doświadczenia użytkownika programu. Do najbardziej popularnych metod obliczeń należą metody pakowe, pośród których najczęściej używaną jet metoda Bihopa. Metoda Bihopa prowadzi do najbardziej zachowawczych wyników. W przypadku zbrojenia lub kotwienia zboczy zaleca ię korzytanie z innych metod analitycznych, takich jak metoda Janbu, Spencera, czy Morgenterna-Price'a, które w założeniu pełniają warunki równowagi ił i momentów i lepiej odzwierciedlają rzeczywite zachowanie zbocza. Nie ma potrzeby, lub wręcz nie należy, wykonywać analizy tateczności zbocza według wzytkich metod obliczeniowych. Przykładowo, zwedzka metoda Felleniu Petteron prowadzi do bardzo zachowawczych wyników obliczeń a uzykany wpółczynnik bezpieczeńtwa mógłby być znacząco zaniżony. Metoda zotała jednak uwzględniona w programie GEO5 z uwagi na jej popularność i wymóg toowania w niektórych krajach do obliczania tateczności zbocza. 8

9 Analiza 3 łamana powierzchnia poślizgu Otatnim krokiem jet dodanie nowej analizy w obrębie zadania i przejście z kołowej powierzchni poślizgu do łamanej przy użyciu przyciku "Konwertuj na łamaną". Wprowadzamy odpowiednią liczbę egmentów. Ramka "Obliczenia" konwerja do łamanej powierzchni poślizgu Okno dialogowe "Konwertuj do łamanej" Jako metodę prowadzenia obliczeń wybierz metodę "Spencera", przy opcji rodzaj obliczeń wybierz "Optymalizacja", wprowadź początkową łamaną powierzchnię poślizgu i wykonaj obliczenia. 9

10 Ramka "Obliczenia" Spencer optymalizacja krytycznej łamanej powierzchni poślizgu Wartość wpółczynnika bezpieczeńtwa tateczności zbocza dla łamanej powierzchni poślizgu: SF 1,53 SF 1,50 SPEŁNIA WYMAGANIA Uwaga: Optymalizacja łamanej powierzchni poślizgu wykonywana jet iteracyjnie i zależy od położenia początkowej powierzchni poślizgu. Zaleca ię przeprowadzenie kilku obliczeń dla różnych początkowych powierzchni poślizgu o różnej liczbie egmentów. Podcza optymalizacji łamanej powierzchni poślizgu proce iteracji może wypadać w lokalnym minimum (w odnieieniu do topniowej zmiany położenia punktów węzłowych), a zatem proce nie zawze kończy ię zlokalizowaniem krytycznej powierzchni poślizgu. Niekiedy bardziej efektywnym podejściem okazuje ię wprowadzenie początkowej łamanej powierzchni poślizgu o podobnym kztałcie i położeniu jak kołowa powierzchnia poślizgu uzykana w wyniku optymalizacji. 10

11 Lokalne minima łamana i kołowa powierzchnia poślizgu Uwaga: Częto zgłazaną przez użytkowników uwagą jet znikanie powierzchni poślizgu po przeprowadzeniu optymalizacji. W przypadku gruntów niepoitych, gdzie wartość pójności wynoi c ef 0 kpa, krytyczna powierzchnia poślizgu pokrywa ię z powierzchnią karpy o najwiękzym kącie nachylenia do poziomu. W takim przypadku, użytkownik powinien zmodyfikować parametry gruntu lub wprowadzić ograniczenia powierzchni poślizgu (obzar, którego powierzchnia poślizgu nie może przekroczyć). Podumowanie Wartość wpółczynnika bezpieczeńtwa tateczności zbocza przy uwzględnieniu optymalizacji (pozukiwania najbardziej krytycznej powierzchni poślizgu): Bihop (kołowa - optymalizacja): SF 1,82 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Spencer (łamana - optymalizacja): SF 1,53 SF 1, 50 SPEŁNIA WYMAGANIA Zaprojektowane zbocze utrzymywane ścianą oporową ma zachowane warunki tateczności. 11