бабулер84

Возможности программного комплекса GEO5 при расчете осадки

ЯУШЕВА С.В., ООО «ФАЙН СОФТ», канд. тех. наук, ДЯТЛОВА К.С., ООО «ФАЙН СОФТ», специалист

Программный комплекс GEO5 представлен на российском рынке с 2010 г. и широко используется на сети железных дорог. В настоящее время программа стала достаточно популярной в среде геотехников, в том числе среди уверенных пользователей других геотехнических программ. GEO5 — это комплекс программ, каждая из которых может быть использована как самостоятельный и независимый модуль, имеет доступный интерфейс, что позволяет достаточно быстро новому пользователю освоить нужные опции и приступить к расчетам. Следует признать, что потенциал программы используется лишь отчасти, в то время как разработчики постоянно совершенствуют свой продукт, выявляя его новые возможности.


Расчет вертикальных перемещений массива грунта под нагрузкой зависит от его деформационных характеристик. Причем эти характеристики могут отличаться в пределах выделенного инженерно-геологического элемента (ИГЭ). В частности, модуль деформации грунта всегда зависит от напряженного состояния, у одного и того же грунта при разных значениях нормальных напряжений модуль деформации будет отличаться. В большинстве случаев изыскатели в отчетах приводят график компрессионных испытаний, по которому можно отследить изменение относительной деформации грунта в зависимости от напряжений. К сожалению, эти данные не всегда используются в расчетах, чаще всего проектировщик принимает постоянное для отдельного ИГЭ значение модуля деформации Е (МПа), в то время как переменный модуль деформации более достоверно описывает поведение грунта под нагрузкой, а именно: Eoed = Да/Ае, где Eoed — одометрический модуль деформации грунта; Дет — заданный интервал напряжения; Де — изменение относительной деформации (рис. 1).
GEO5 позволяет вводить в расчет модуль деформации и как постоянную величину, и как переменную по глубине, задав в программе график испытаний. Результаты будут значительно отличаться в зависимости от выбранного способа задания модуля деформации.
Определение конечной осадки насыпи потребует задания границ сжимаемой толщи, а в случае водонасыщенных грунтов — учета фильтрации. Есть общие рекомендации СП 22.13330.2016 [1] относительно задания границ сжимаемой толщи: ц/р = 0,5ozg, где стгр — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от внешней нагрузки; ozg — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от собственного веса грунта; 0,5 — коэффициент, принимаемый в зависимости от относительной глубины. Если в основании залегают слабые грунты, коэффициент 0,5 снижают до 0,2. Программа позволяет при задании границ сжимаемой толщи ориентироваться на любую глубину, например на уровень, где происходит исчерпание структурной прочности грунта. Но этот логичный с точки зрения расчетов принцип ограничения сжимаемой толщи, к сожалению, практически не применим в силу сложности определения самого значения структурной прочности грунта.


В случае когда в пределах предполагаемой сжимаемой толщи наблюдается слой с очень высоким значением Е, программа позволяет провести границу по горизонту этого слоя и присвоить ему свойства несжимаемого основания.
В ряде случаев может потребоваться учет фильтрационной консолидации грунта. Проблема эта актуальна прежде всего при деформациях и уплотнении глинистых слоев в водонасыщенном состоянии. Протяженные линейные объекты, такие как железная дорога, располагаются в том числе и на таких грунтах. Не всегда имеется возможность произвести их замену и использовать в насыпях только хорошо фильтрующие массы. В этом случае программа позволяет учесть фильтрационную консолидацию, связанную с отжатием свободной поровой воды из грунта под действием нагрузки (рис. 2). Согласно действующим нормам глубина фильтрующей толщи ограничена сжимаемой толщей или водоупором. Разграничение понятий «водоупор» и «дренирующий грунт» закреплено в СП32-104-98 [2], где дренирующий грунт — это грунт с коэффициентом фильтрации Кф не менее 0,5 м/сут и содержанием менее 10 % частиц размером менее 0,1 мм.

Если в пределах сжимаемой толщи находится недренирующий грунт, то граница зоны фильтрации может быть ограничена в пределах этого слоя. Программа позволяет задать такую границу вручную, по усмотрению инженера, и обозначить направление фильтрации воды так, как это реализовано в теории фильтрационной консолидации.
Для того чтобы убедиться, будет ли происходить фильтрация в пределах всей сжимаемой толщи или только в ее части, можно обратиться к работам Р.Э. Дашко [3]. Она систематизировала данные различных экспериментов с фильтрацией в глинистых грунтах и представила график (рис. 3), на котором видна отчетливая зависимость давления в поровой воде, необходимого для начала фильтрации стнфк, от процентного содержания глинистых частиц Мс. Чем больше глинистых частиц, тем большее требуется давление для начала процесса фильтрации. Процесс фильтрации достаточно сложный, механизм его развития не может быть описан только содержанием глинистых частиц. Однако в ряде случаев эти данные могут быть полезны.
В результатах инженерно-геологических изысканий практически всегда указывают содержание глинистых частиц, поэтому можно предложить следующий алгоритм расчета:
по данным изысканий построить график, который описывает содержание глинистых частиц в зависимости от глубины;
для глубины предполагаемой границы фильтрации определить по двум графикам давление начала фильтрации;
сравнить найденное давление с поровым, которое рассчитывает программа GEO5 в любой точке. Анализ полученных данных позволит сделать вывод о возможности фильтрации в той или иной точке.


Согласно СП 32-104-98 «Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм» (п. 8.3.) [2] «при проектировании насыпей на болотах необходимо обеспечивать ограничение по возможности сроков осадки грунтов основания насыпей строительным периодом». Если полная осадка происходит не во время строительства и требуется учесть ее развитие во времени, программа дает возможность проанализировать и этот параметр (рис. 4). Задаются поочередно несколько временных интервалов, по истечении которых вычисляется осадка с учетом фильтрационной консолидации (рис. 5).
В программе предусмотрены опции приложения всей нагрузки к участку и постепенного нагружения, что в большей степени соответствует процессу отсыпки насыпи.
Удобным инструментом является этапность проектирования — формирования насыпи или выемки на каждом этапе без изменения параметров грунтов, исходного напластования. При этом существует преемственность данных между этапами. Этапы могут быть удалены, откорректированы, добавлены, что позволит инженеру за короткое время рассмотреть несколько вариантов и выбрать оптимальный.
С этой же целью создан механизм копирования данных о границах слоев и характеристиках грунтов в буфер для дальнейшего использования их в других модулях GEO5. В программе реализованы как аналитические, так и численные методы расчета.

Список источников

1. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНИП 2.02.01-83. Введ. 2017-06-17. М.: Стандартинформ, 2017
2. СП 32-104-98. Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. М.: Госстрой России, 1999.
3. Дашко Р.Э. К проблеме фильтрационной консолидации: структура и свойства воды в глинистых грунтах // Грунтоведение. 2014. №1. С. 30—53.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА GEO5 ПРИ РАСЧЕТЕ ОСАДКИ
Ключевые слова: осадка, осадка во времени, прогноз осадки, фильтрационная консолидация, расчеты в GEO5, этапы нагружения.
Яушева Светлана Васильевна — канд. техн, наук, специалист технического сопровождения программы GEO5 ООО «ФАЙН СОФТ». Москва,Россия. E-mail: netrio@mail.ru
Дятлова Ксения Сергеевна — специалист по продвижению программы GEO5 ООО «ФАЙН СОФТ». Москва, Россия.
E-mail: dyatlova@re-con.ru
Аннотация. Комплекс программ GEO5 позволяет решать большинство задач, связанных с геотехникой. Несмотря на то что программа русифицирована, достаточно проста в использовании и имеет подробную справку, не все проектировщики знают и используют ее в полной мере. В статье описаны некоторые возможности программы для вычисления осадки грунтовых массивов. В частности, в GEO5 реализован механизм задания модуля деформации переменным по глубине, что более полно отражает работу грунта и в конечном итоге позволяет приблизить результаты теоретических расчетов к реальным значениям осадок на объекте строительства. Продемонстрирован механизм ограничения зоны и направления фильтрации и связанной с ней консолидации. Кроме того, программа позволяет получить график зависимости осадки, вызванной фильтрационной консолидацией, от времени. Для опытных инженеров продемонстрировано, как знание тех или иных нюансов в поведении грунтов, результатов новейших исследований может быть использовано в расчетах (на примере использования данных работ Дашко Р.Э.). Для этого в GEO5 предусмотрена возможность самостоятельного выделения границ зоны фильтрации.
CAPABILITY OF THE SOFTWARE GEO5 IN THE CALCULATION OF SETTLEMENTS
Keywords: settlement, settlement in time, the forecast settlement, filtration consolidation, the calculations in GEO5, stages of loading.
Yausheva Svetlana - Ph.D., specialist of technical support GEO5, LLC «FINE SOFT». Moscow, Russia. E-mail: netrio@mail.ru
Dyatlova Ksenia — promotion specialist GEO5, LLC «FINE SOFT». Moscow, Russia. E-mail: dyatlova@re-con.ru
Abstract. The complex of GEO5 programs allows to solve most problems related to geotechnics. Despite the fact that the program is Russified, quite easy to use and has a detailed help, not all designers know and use it to the fullest. The article describes some of the features of the program to calculate the precipitation of soil massifs. In particular, GEO5 implements the mechanism of specifying the deformation module by depth variables, which more fully reflects the work of the soil and ultimately allows to bring the results of theoretical calculations to the real values of settlements at the construction site. The mechanism of restriction of a zone and the direction of filtering and the consolidation connected with it is shown. In addition, the program allows you to get a graph of the settlements caused by filtration consolidation on time. For experienced engineers demonstrated how the knowledge of certain nuances in the behavior of soils, the results of the latest research can be used in the calculations (for example, the use of these works Dashko R.E.), To do this, GEO5 provides the possibility of self-selection of the boundaries of the filtration zone.