Анализ эксплуатационной безопасности

При проектировании насыпи важно учитывать не только окончательную устойчивость, но также и устойчивость во время строительства. Из результатов вычислений ясно, что механизм разрушения начинает развиваться после второго этапа строительства.

Интересно определить общий коэффициент безопасности на этом этапе, а также для других этапов строительства.

При проектировании зданий и сооружений коэффициент безопасности обычно определяется как отношение разрушающей нагрузки к рабочей нагрузке. Однако для структуры грунта это определение не всегда полезно. Например, для насыпей большая часть нагрузки вызвана весом грунта, и увеличение веса грунта не обязательно ведет к разрушению. Несомненно, откос из чисто фрикционного грунта не разрушится при испытаниях, при которых сам вес грунта увеличивается (как при испытаниях в центрифуге). Более соответствующее определение коэффициента безопасности, таким образом, следующее:

Где S означает прочность на сдвиг. Отношение действительной прочности к вычисленной минимальной прочности, необходимой для равновесия – это коэффициент безопасности, обычно используемый в механике грунтов. Вводя стандартное условие Кулона, получаем коэффициент безопасности:

Где с и j - входные параметры прочности и s_n – компонент нормального фактического напряжения. Параметры с_r и j_r – параметры приведенной прочности, как раз достаточно большие для поддержания равновесия. Вышеописанный принцип является основой метода Phi-c-reduction (j-c-приведения), который может быть использован в программе PLAXIS для расчетов коэффициента общей безопасности. В таком подходе сцепление и тангенс угла трения приводятся в такой же пропорции:

Приведение параметров прочности контролируется общим множителем SMsf. Этот параметр увеличивается при поэтапном методе до тех пор, пока не произойдет разрушение. Затем коэффициент безопасности определяется как значение SMsf при разрушении, при условии, что при разрушении получается более или менее постоянное значение для числа последовательных этапов нагружения.

Вариант расчета по методу j-c-приведения возможен в программе PLAXIS только для расчетов для пластического состояния типа Load advancement number of steps (число нагружений для предельного уровня распространения нагрузки).

Для расчета коэффициента общей безопасности для дорожной насыпи на различных этапах строительства, выполните следующие шаги:

· Щелкните кнопкой Go to calculations program (Перейдите в программу расчетов) чтобы сфокусировать окно Расчетов.

· Сначала мы хотим вычислить коэффициент безопасности после первого этапа строительства. Следовательно, выберите второй этап расчетов и щелкните кнопкой <Insert>. В результате вводится новый этап расчетов (5) между этапом 1 и 2.

· Во вкладке General выберите расчет Plastic и выберите Load adv number of steps из второго комбинированного окна. Проверьте, чтобы параметр Start from phase (Начните с этапа) действительно соответствовал первому этапу расчетов.

· Во вкладке Parameters число Additional steps (Дополнительные нагружения) устанавливается на 30 (значение по умолчанию). Для исключения существующих деформаций от проистекающего механизма разрушения, выберите опцию Reset displacements to zero (Установите значение сдвига на ноль). Выберите Phi-c-reduction в поле Loading input и щелкните кнопкой <Define>.

· В окне Multipliers (Множители) проверьте, чтобы первое приращение множителя, контролирующего процесс приведения прочности, Msf, было выставлено на 0.1. Теперь определен первый расчет безопасности.

·

· Теперь мы хотим определить расчет коэффициента безопасности после второго этапа строительства. Следовательно, выберите этап окончательного расчетав перечне и щелкните кнопкой <Insert>. В результате вводится новый этап расчетов (6) между этапом 3 и 4.

· Во вкладке General выберите Load adv. number of steps из второго комбинированного окна. Проверьте, чтобы параметр Start from phase действительно соответствовал третьему этапу расчетов.

· Во вкладке Parameters выберите опцию Reset displacement to zero, выберите Phi-c-reduction и щелкните кнопкой <Define>.

· В окне Multipliers (Множители) проверьте, чтобы Msf было выставлено на 0.1.

· Наконец, мы хотим знать окончательный коэффициент безопасности насыпи. Следовательно, вновь выберите этап окончательного расчета в перечне и щелкните кнопкой <Next>. В результате добавляется новый этап расчетов (7).

· Во вкладке General выберите Load adv. number of steps из второго комбинированного окна.

· Во вкладке Parameters выберите опцию Reset displacement to zero. Кроме того, выберите опцию Ignore undrained behaviour (Пропустить "поведение" в условиях отсутствия дренажа), поскольку в этом случае учитывается поведение в течение длительного срока. Выберите Phi-c-reduction и щелкните кнопкой <Define>.

· В окне Multipliers проверьте, чтобы Msf было выставлено на 0.1.

До того, как начать расчеты, убедитесь, что для выполнения (®) выбраны только новые этапы расчетов, другие должны быть обозначены знаком Ö.