Воздействие воды
В разрез откоса можно задавать грунтовую воду при помощи одной из пяти опций:
1) Уровень грунтовых вод
Уровень грунтовых вод задаём в виде полигона. Его можно любым образом изгибать, он может полностью находиться ниже поверхности или выходить над поверхность рельефа.
Влияние воды учитываем как поровое давление, действующее в грунте и понижающее сопротивление сдвигу. Поровое давление рассчитываем как гидростатическое давление, т.е. удельный вес воды умножаем на уменьшенную высоту уровня воды:
где: | γw | - | удельный вес воды |
hr | - | уменьшенная высота уровня воды |
где: | h | - | вертикальное расстояние точки, в которой рассчитываем поровое давление до точки на зеркале |
α | - | наклон зеркала грунтовых вод |
В расчет всегда входит равнодействующая порового давления в определенном отсеке блока:
где: | u | - | поровое давление в точке |
l | - | длина отсека |
Ниже уровня грунтовых вод анализ учитывает удельный вес водонасыщенного грунта γsat и подъёмную силу воды; выше уровня грунтовых вод - заданное значение удельного веса грунта γ. Силы сдвига на поверхности скольжения рассчитываются по формуле:
где: | T | - | сила сдвига на участке поверхности скольжения |
N | - | нормальная сила на участке поверхности скольжения | |
U | - | равнодействующая порового давления на участке поверхности скольжения | |
φ | - | угол внутреннего трения грунта | |
c | - | сцепление | |
d | - | длина участка поверхности скольжения |
В случае состояния полного напряжения (задаём в диалоговом окне «Грунты») используются полные параметры, а поровое давление всегда принимается равным 0.
2) Уровень грунтовых вод с воздействием абсорбции
Уровень абсорбции можно задать над заданным уровнем грунтовых вод. В пространстве между уровнем воды и уровнем абсорбции принимается отрицательное значение порового давления u. Абсорбция увеличивается как отрицательное гидростатическое давление в направлении от уровня грунтовых вод до уровня абсорбции.
3) Резкое падение УГВ
Над заданным уровнем воды можно задать исходный уровень воды, моделирующий состояние непосредственно перед резким падением УГВ.
Резкое падение воды
Сперва рассчитываем исходное поровое давление u0:
где: | h0 | - | высота от исходного уровня воды к точке P |
γw | - | удельный вес воды |
Высота h0 - это расстояние от точки P (где определено значение порового давления) до исходного уровня воды - это в случае, когда исходный уровень воды находится ниже поверхности земли. Если исходный уровень воды расположен выше поверхности земли высота h0 принимается от точки P до уровня земли (см. разрез 1 на рис.). Когда оба уровня воды находятся выше поверхности земли, то высота h0 - будет расстоянием от точки P до пониженного уровня воды (см. разрез 2 на рис.).
Вторым шагом будет определение убыли порового давления в области между исходным и пониженным УГВ:
где: | hd | - | высота между исходным и пониженным уровнем воды |
γw | - | удельный вес воды |
Как и в предыдущем расчёте давления, здесь тоже могут иметь место три опции положения уровней воды, т.е. три способа как получить высоту hd. Когда оба уровня расположены под поверхностью земли, то hd - это расстояние между исходным и пониженным уровнем воды. Когда исходный уровень воды находится над поверхностью земли, то высота hd пониженного уровня воды принимается только до уровня поверхности земли (см. разрез 1 на рис.). В последнем случае оба уровня могут находиться над поверхностью земли, т.е. разность уровней hd равна нулю (см. разрез 2 на рис.).
В третьем шагу определяем конечное значение порового давления u. Убыль давления Δu перемножаем на коэффициент редукции исходного порового давления X , который должен задаваться для каждого отдельного грунта в диалоговом окне в рамке «Грунты». В расчёт войдёт значение коэффициента X грунта на участке определения порового давления, т.е. в месте точки P (а не грунта, расположенного в области между исходным и пониженным УГВ). У водопроницаемого грунта равен X = 1, у практически водонепроницаемого X = 0. В расчёт принимается конечное значение порового давления:
где: | u0 | - | исходное поровое давление |
X | - | поправочный коэффициент исходного порового давления | |
Δu | - | убыль порового давления |
4) Коэффициенты порового давления Ru
Коэффициент порового давления Ru показывает соотношение между поровым давлением и гидростатическим давлением в массиве грунта.
В области, где Ru имеет положительное значение, учитывается заданный удельный вес водонасыщенного грунта γsat, в обратном случае - удельный вес грунта γ.
Значения Ru задаём с помощью изолиний, соединяющих точки с одинаковым значением. Значения между изолиниями подвергаем линейной интерполяции. Поровое давление рассчитываем как геостатическое напряжение, уменьшенное коэффициентом Ru:
где: | Ru | - | коэффициент порового давления |
hi | - | высота i-ого слоя грунта | |
γi | - | удельный вес i-ого слоя грунта |
5) Значения порового давления
Грунтовые воды можно описать непосредственно с помощью значений порового давления в сечении массива грунта.
В области, где u имеет положительное значение, учитывается введенный удельный вес водонасыщенного грунта γsat, в обратном случае - удельный вес грунта γ.
Значения порового давления задаём с помощью изолиний, соединяющих точки с одинаковым значением порового давления. Значения между изолиниями подвергаем линейной интерполяции. В расчёт вводим значения порового давления, считанные в конкретной точке сечения рельефа.
6) Расчёт фильтрации
Последняя опция назначена для расчёта поровых давлений в модуле «Устойчивость откоса - расчёт фильтрации». Эта опция доступна пользователям, которые приобрели модуль «Устойчивость откоса - Фильтрация.