Удобство практического моделирования глубоких раскопок в мягкой глине с помощью SIGMA/W

Глубокие земляные работы в Сингапуре имеют повышенную сложность, поскольку в этой местности геологические структуры представлены мощным слоем мягкой глины с редкими линзами песка и торфянистых / органических почв в сочетании с высоким уровнем грунтовых вод.

Инженерам необходимо спрогнозировать боковое смещение подпорной стены и вертикальную осадку прилегающего грунта, в отношении которых органами строительного надзора установлены строгие ограничения. Детальный анализ с помощью GeoStudio или другой программы для моделирования методом конечных элементов необходим для подачи в контролирующие органы до начала строительства. В этой презентации рассказывается, как GeoStudio использовалась для моделирования задач глубокой выемки грунта.

Обзор

Video Transcript

[00:00:18.269]
<v ->Благодарю председателя за приятное вступление.</v>

[00:00:21.470]
Спасибо, что дали мне эту возможность

[00:00:23.850]
поделиться своим опытом использования программы GeoStudio.

[00:00:34.640]
Я из Национального университета Сингапура.

[00:00:39.360]
Я хотел бы воспользоваться этой возможностью

[00:00:41.090]
поделиться удовольствием, полученным

[00:00:43.660]
от практического моделирования в рамках программы глубоких земляных работ

[00:00:45.750]
в мягкой глине с использованием SIGMA/W.

[00:00:51.290]
Сингапур на самом деле очень урбанизированный город

[00:00:54.700]
с множеством высотных зданий. Там ведется много работ по сооружению фундаментов

[00:00:58.810]
и строительству развитой

[00:01:01.790]
системы подземного железнодорожного транспорта.

[00:01:05.230]
6 миллионов человек умещаются,

[00:01:07.710]
упаковываются на территории этих маленьких, крошечных островов,

[00:01:10.490]
и высотные здания — обычное явление здесь.

[00:01:14.139]
Поэтому глубокие земляные работы стали привычной

[00:01:17.220]
особенностью инженерно-геологических работ в Сингапуре.

[00:01:23.060]
У нас есть некоторые проблемы с выполнением

[00:01:26.210]
этих глубоких земляных работ в Сингапуре,

[00:01:28.670]
отчасти ввиду местной геологической структуры,

[00:01:31.120]
которая состоит из мощных слоев мягкой глины

[00:01:34.220]
с редкими линзами песка между ними,

[00:01:38.000]
особенно в центральном деловом районе,

[00:01:41.040]
где много высотных зданий.

[00:01:43.890]
Во-вторых, у нас очень высокий уровень грунтовых вод,

[00:01:46.780]
обычно от 0,5 до 1,5 метра

[00:01:49.900]
ниже существующего уровня земли. Следовательно,

[00:01:52.610]
в ходе любых земляных работ должна проводиться

[00:01:55.760]
откачка грунтовых вод для понижения этого уровня.

[00:01:59.450]
В-третьих, большая часть этих глубоких земляных работ

[00:02:02.330]
выполняется рядом с существующим зданием.

[00:02:05.300]
Поэтому влияние земляных работ

[00:02:07.227]
на существующее здание становится критической проблемой.

[00:02:10.110]
Инженеру приходится учитывать,

[00:02:13.120]
инженер должен прогнозировать характеристики подпорной стены:

[00:02:15.740]
боковое движение, боковое смещение,

[00:02:18.160]
а также осадка грунта по вертикали

[00:02:20.880]
по отношению к соседнему зданию рядом с котлованом.

[00:02:25.120]
Оба этих параметра хорошо контролируются

[00:02:28.720]
органом строительного надзора, который установил

[00:02:31.590]
очень строгий допустимый предел для обоих параметров.

[00:02:35.220]
Поэтому детальный анализ с использованием своего рода

[00:02:38.280]
программы конечных элементов обязателен

[00:02:41.030]
для проведения любых глубоких земляных работ

[00:02:43.970]
в Сингапуре, в процессе или перед началом строительства,

[00:02:48.230]
а также в течение всего периода строительства.

[00:02:51.450]
И я проделал довольно много работы

[00:02:53.530]
с использованием программы GeoStudio, в частности, программы

[00:02:56.220]
SIGMA/W, во всех моделях земляных работ.

[00:03:00.280]
Позвольте показать вам несколько фотографий

[00:03:02.120]
с городскими пейзажами Сингапура,

[00:03:05.790]
которые могут ясно проиллюстрировать некоторые земляные работы,

[00:03:08.093]
проводящиеся рядом с существующим зданием,

[00:03:10.850]
а также станции метро рядом с центром Сингапура.

[00:03:16.600]
На изображении ясно видно

[00:03:19.940]
сложное геологическое образование в Сингапуре,

[00:03:22.540]
опять же, в центре города,

[00:03:24.800]
где можно увидеть мощный слой мягкой глины,

[00:03:26.640]
составляющий 30-40 метров, перемежающийся с несколькими линзами песка.

[00:03:33.440]
На этом рисунке запечатлены подземные сооружения

[00:03:37.280]
в Сингапуре с большим количеством сложных конструкций:

[00:03:41.040]
существующие туннели для коммуникаций, для воды,

[00:03:44.080]
для канализации, а также массового скоростного транспорта —

[00:03:47.970]
как существующие туннели, так и много будущих

[00:03:50.850]
запланированных туннелей, работу над которыми мы планируем вести.

[00:03:55.380]
Лишь один пример: в центре Сингапура

[00:03:59.010]
рядом с расположенным в центре университетом

[00:04:01.810]
находится существующая станция, которую мы называем Бенкулен-Стрит,

[00:04:04.970]
где можно увидеть четыре, то есть

[00:04:07.100]
до четырех уровней котлована, для которого

[00:04:10.440]
земляные работы проводились до глубины

[00:04:12.780]
почти 43 метра.

[00:04:15.520]
Он рассекает слои мягкой глины, линзы песка,

[00:04:18.340]
и т. д., и т. п., со строгими,

[00:04:20.880]
строжайшими требованиями к смещению подпорной стены.

[00:04:26.030]
На этом изображении описаны две проблемы.

[00:04:27.750]
Я только что упомянул, одна из них — боковое смещение.

[00:04:32.290]
А вторая — это, конечно, осадка грунта

[00:04:35.040]
рядом с зоной проведения земляных работ без надлежащего

[00:04:38.320]
числового моделирования и контроля.

[00:04:40.350]
Вы обнаружите, что оба этих

[00:04:42.880]
фактора неприемлемы для регулирующих

[00:04:45.040]
органов и создают проблему

[00:04:47.420]
для соседнего здания.

[00:04:49.410]
Следовательно, моделирование методом конечных элементов является обязательным, и SIGMA/W

[00:04:54.150]
отлично для этого подходит.

[00:04:57.580]
Некоторые важные соображения, необходимые при проведении

[00:05:00.340]
этого моделирования методом конечных элементов для глубоких

[00:05:02.360]
земляных работ. По крайней мере о семи или

[00:05:06.040]
восьми из них я расскажу сегодняшней аудитории.

[00:05:08.480]
Во-первых, моделирование методом конечных элементов должно быть способно

[00:05:11.060]
построить адекватную модель поведения мягкой глины.

[00:05:13.950]
Так как мощный слой мягкой глины

[00:05:15.390]
становится критической проблемой.

[00:05:17.390]
Во-вторых, мы должны быть в состоянии провести

[00:05:19.720]
комбинированный тип консолидации.

[00:05:22.380]
Поскольку земляные работы могут выполняться в течение многих месяцев

[00:05:27.370]
в условиях низкого давления воды. Такое давление

[00:05:29.750]
будет поддерживаться — тем более, что у нас происходит

[00:05:32.950]
постоянная откачка воды

[00:05:34.760]
на территории объекта выполнения земляных работ.

[00:05:37.010]
Пункт номер три: мы должны проанализировать

[00:05:39.180]
как общее напряжение, так и эффективное напряжение

[00:05:41.710]
в анализе долгосрочной стабильности.

[00:05:44.860]
Номер четыре: возможность моделировать реалистичное дренажное

[00:05:47.730]
состояние подпорной стенки.

[00:05:50.090]
Ни одна из подпорных стен не является абсолютно водонепроницаемой

[00:05:53.760]
в практическом смысле. То есть, небольшая протечка

[00:05:58.357]
в подпорной стенке может возникнуть. Что и

[00:06:01.700]
происходило в ряде случаев,

[00:06:03.310]
особенно когда песчаные линзы находятся между

[00:06:05.400]
двумя слоями мягкой глины. Следовательно, возможность моделировать этот

[00:06:08.600]
очень рискованный фактор очень важна в моделировании методом конечных элементов.

[00:06:11.530]
Номер пять: сопряжение для моделирования

[00:06:14.540]
пограничного пространства между подпорной стеной,

[00:06:16.920]
которая дешевле, или отсечной стеной,

[00:06:19.800]
а также соседней поверхности сопряжения.

[00:06:22.500]
Номер шесть, возможность легко провести исследование чувствительности.

[00:06:26.690]
Номер семь: возможность моделировать весь комплекс

[00:06:29.280]
этапов земляных работ, включая, очевидно,

[00:06:32.150]
этапы на объекте при исходном напряжении

[00:06:35.460]
с последующей установкой подпорных конструкций.

[00:06:38.160]
После чего следует выемка грунта, засыпка,

[00:06:40.520]
опять выемка, засыпка, выемка грунта,

[00:06:42.810]
засыпка, и т. д., и т. п.

[00:06:44.070]
В промежутках вы также занимаетесь понижением уровня грунтовых вод.

[00:06:46.710]
Таким образом, эти сложные этапы земляных работ надо

[00:06:50.050]
четко включить в ваше окончательное моделирование

[00:06:53.160]
и обеспечить по возможности беспроблемное редактирование его по ходу работы.

[00:06:57.960]
Конечно, это возможность, наконец, анализировать

[00:07:00.090]
неисправность одной подпорной конструкции в сценарии

[00:07:02.590]
для анализа непредвиденных обстоятельств.

[00:07:05.950]
Несколько лет я использовал SIGMA/W

[00:07:09.140]
в работе и обнаружил, что все семь,

[00:07:12.109]
восемь пунктов, указанных выше,

[00:07:14.730]
обрабатываются приложением SIGMA/W

[00:07:17.350]
очень красиво и аккуратно.

[00:07:19.720]
Теперь позвольте мне поделиться некоторыми примерами

[00:07:21.880]
этих прекрасных функций SIGMA/W

[00:07:23.950]
в решении этой конкретной задачи глубоких земляных работ.

[00:07:26.350]
Надеюсь, мы сделаем решение этого сложного

[00:07:28.310]
технического задания очень приятным впечатлением.

[00:07:33.700]
Номер один: возможность моделировать поведение мягкой глины

[00:07:36.670]
адекватно. В SIGMA/W включены многие распространенные

[00:07:41.360]
модели грунтов. В последней версии SIGMA/W

[00:07:44.486]
в 2021 году появилась новая модель под названием

[00:07:47.900]
«модель упрочнения или размягчения Мора-Кулона».

[00:07:51.430]
Она очень полезна для грунтов из мягкой глины.

[00:07:53.490]
И мы использовали эту модель в последнее время

[00:07:55.700]
и сочли очень полезной.

[00:07:58.570]
Во-вторых, особая функция, под названием

[00:08:01.170]
Analysis Tree (Дерево анализа) в SIGMA/W, фактически отображаемая

[00:08:04.390]
во всех программах GeoStudio. Очень

[00:08:06.900]
полезная, особенно для сложных задач, таких как

[00:08:09.840]
глубокие земляные работы больших объемов, которые включают

[00:08:12.110]
множество этапов от расчета первоначальных факторов напряжения

[00:08:14.740]
до перегрузок, до выемки грунта, до опор,

[00:08:17.330]
и т. д., и т. п., что очень полезно.

[00:08:19.460]
И это вполне понятно. Например,

[00:08:21.540]
то, что я проиллюстрировал здесь, является Initial Stress Stage (Стадией начального напряжения).

[00:08:24.780]
Вы можете выбрать этап включения Gravity Activation (Активация собственного веса)

[00:08:27.830]
или состояние K0 Procedure (Процедура K0) для этого конкретного этапа,

[00:08:30.690]
которые очень просто и легко настроить.

[00:08:35.160]
Конечно, помимо этого, это прекрасный внешний вид:

[00:08:37.781]
кривые, графики, пользовательский интерфейс, графический интерфейс,

[00:08:41.130]
которые предоставляют очень удобные указания.

[00:08:43.960]
На этом конкретном слайде я показываю вам,

[00:08:46.410]
когда вы проводите анализ напряжения на месте,

[00:08:50.193]
элемент почвы будет показан штриховкой,

[00:08:54.560]
это означает, что применяется удельный вес,

[00:08:58.010]
применяются активированные значения собственного веса. В то время как в других

[00:09:00.590]
образованиях штриховки нет, верно?

[00:09:03.410]
Пункт номер три: способность моделировать

[00:09:05.710]
процесс сопряженной консолидации.

[00:09:07.880]
То, что я описал здесь, должно пояснить, что

[00:09:11.150]
при земляных работах в мягкой глине

[00:09:13.610]
предполагается разгрузка грунта, а также понижение уровня грунтовых вод.

[00:09:18.160]
Эти два фактора стоят нам сокращения изменения

[00:09:21.280]
низкого давления воды во время этого процесса.

[00:09:23.500]
Следовательно, вам нужно иметь сопряженную консолидацию.

[00:09:26.610]
В SIGMA традиционно сопряженная консолидация

[00:09:29.260]
может быть решена при помощи анализа типа Био.

[00:09:31.600]
Я думаю, что SIGMA/W — это очень умный инструмент.

[00:09:36.130]
Зависимость деформации от напряжения в сопряжении

[00:09:39.200]
с уравнениями неразрывности и, конечно,

[00:09:41.657]
продолжением уравнения — это

[00:09:44.700]
просто знакомый вам тип программы,

[00:09:47.900]
содержащий ненасыщенные или

[00:09:50.760]
частично насыщенные грунты, механика грунтов.

[00:09:53.360]
Все это делает эту программу очень интересной.

[00:09:59.180]
Выбрать эту взаимосвязанную консолидацию

[00:10:02.000]
на самом деле довольно просто. Вы просто выбираете

[00:10:04.160]
под типом анализа здесь, выбираете

[00:10:06.400]
тип анализа — консолидация, с этой опцией,

[00:10:10.210]
уравнение расхода и уравнение отсутствия напряжений, которые

[00:10:13.180]
будут автоматически связаны в ходе анализа.

[00:10:17.650]
Прекрасная функция номер четыре:

[00:10:19.430]
взаимодействие грунта и подпорной стены —

[00:10:22.190]
мы можем с легкостью включать их в моделирование со многими типами

[00:10:24.820]
элементов интерфейса. Это также показано

[00:10:27.140]
на этой схеме, вы можете указать:

[00:10:29.080]
синие линии здесь обозначают зону контакта

[00:10:31.190]
с двух сторон подпорной стены.

[00:10:33.720]
Выберите здесь элемент контакта,

[00:10:35.970]
и есть целый ряд моделей для вас на выбор.

[00:10:42.320]
Не только модели грунта, которые можно выбрать

[00:10:45.030]
по типу прочности. Доступно множество моделей.

[00:10:47.560]
Также гидравлическое состояние

[00:10:49.760]
для этого элемента контакта, которое указывает

[00:10:53.110]
особенности протечек, если таковые есть

[00:10:57.890]
в подпорных конструкциях.

[00:10:59.320]
Таким образом, здесь вы можете выбрать гидравлическую функцию.

[00:11:02.140]
Вы можете выбрать, имеете вы дело с насыщенным

[00:11:05.440]
или ненасыщенным грунтом. Конечно, если это глубокая выемка,

[00:11:08.540]
большую часть времени он будет насыщенным,

[00:11:10.110]
но ближе к верхней части он также может быть

[00:11:11.870]
немного ненасыщенным.

[00:11:15.340]
Прекрасная функция номер шесть. На самом деле,

[00:11:17.300]
вы можете определить все виды функций,

[00:11:20.670]
применительно к функции напряжения, применительно

[00:11:23.440]
ко всем функциям гидравлической проводимости.

[00:11:24.892]
Используя прекрасную функцию, которая может определить

[00:11:29.330]
всю функцию вместо постоянного значения,

[00:11:32.260]
по уровню напряжения, по временной шкале.

[00:11:38.760]
И прекрасная функция номер семь.

[00:11:40.950]
Это очень красивый и очень инженерно-ориентированный стиль

[00:11:44.445]
ввода данных и вывода результатов. Я лично нахожу его

[00:11:47.510]
очень полезным для таких инженеров, как мы.

[00:11:50.820]
Как видите, мы вводим данные при помощи очень четкого

[00:11:54.740]
графического интерфейса с красивым сочетанием цветов.

[00:11:59.060]
Внутренний ввод данных, а также результат,

[00:12:00.920]
этот слайд с результатами — здесь

[00:12:03.030]
вы можете очень легко увидеть деформацию объекта,

[00:12:06.930]
видеть движение

[00:12:08.930]
каждого элемента или можете двигаться по элементам, даже

[00:12:12.230]
включая цвет слоя материала

[00:12:15.270]
в графическом интерфейсе.

[00:12:18.160]
Вы можете ясно видеть, какая часть

[00:12:19.890]
подпорной стены деформирована сильнее.

[00:12:22.900]
И, конечно же, эта картина иллюстрирует

[00:12:24.930]
простоту выбора уровня грунтовых вод

[00:12:29.820]
по мере того, как постепенно продвигается процесс земляных работ.

[00:12:35.630]
И в этом слайд-шоу один из типичных

[00:12:38.480]
или важнейших результатов, который инженер

[00:12:40.540]
всегда должен учитывать — это

[00:12:42.030]
боковое смещение подпорной стены

[00:12:43.910]
в разное время,

[00:12:45.650]
а также момент изгиба

[00:12:47.340]
подпорной стены во времени.

[00:12:49.450]
Это очень инженерно-ориентированный стиль анализа

[00:12:52.970]
результатов, которые значительно облегчают задачу инженерной интерпретации

[00:12:55.320]
и представления вашего отчета.

[00:13:00.330]
И, конечно, этот результат — то, с чем работает инженер.

[00:13:02.610]
Я надеюсь, что этот результат

[00:13:05.020]
также будет полезен для людей, которые хотят

[00:13:07.610]
проводить анализ подобных проблем в регионе.

[00:13:11.090]
Подводя итоги, я хотел бы сказать, что

[00:13:13.270]
есть много преимуществ, и я выделяю

[00:13:15.740]
не менее пяти из них здесь для использования SIGMA/W

[00:13:19.650]
для моделирования проблемы глубокой выемки грунта,

[00:13:22.280]
особенно в области мягких глин.

[00:13:25.070]
Номер один: прекрасное сопряжение фильтрационного потока

[00:13:27.610]
и определение деформации вследствие напряжений,

[00:13:29.610]
которые делают весь анализ технически обоснованным.

[00:13:32.390]
Номер два: наличие многих подходящих

[00:13:36.470]
моделей грунта. И номер три: простота настройки

[00:13:39.940]
сложных этапов земляных работ,

[00:13:42.670]
включая пошаговое изменение уровня грунтовых вод.

[00:13:46.430]
Это очень важно и очень полезно.

[00:13:49.600]
Прекрасная функция номер четыре:

[00:13:52.230]
хороший элемент интерфейса позволяет реалистично

[00:13:55.690]
моделировать факторы напряжения, перенос напряжения,

[00:13:59.840]
а также дренажное состояние

[00:14:01.870]
в подпорных конструкциях.

[00:14:04.560]
И последнее, но не менее важное: программа отлично продумана.

[00:14:06.810]
Очень удобный тип графического

[00:14:08.910]
интерфейса пользователя GeoStudio

[00:14:11.420]
подарит вам приятные впечатления

[00:14:14.090]
от работы с моделями.

[00:14:16.450]
Надеюсь, что этот обмен информацией поможет

[00:14:19.730]
инженерам, конструкторам в этом регионе

[00:14:22.190]
и по всему миру. Тем, у кого имеются похожие

[00:14:23.840]
проблемы при проведении глубоких земляных работ в мягкой глине,

[00:14:26.690]
а также в решении других геотехнических задач.

[00:14:28.570]
Нам будет полезен опыт работы с SIGMA/W.

[00:14:32.120]
На этом благодарю за внимание.