PLAXIS
ВЕРСИЯ 8
СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО
Оглавление
Оглавление
1	Введение......................................................1-1
2	Общая информация..............................................2-1
2.1	Единицы измерения и условные обозначения...................2-1
2.2	Обработка файлов...........................................2-3
2.3	Процедуры ввода данных.....................................2-4
2.4	Средства "подсказки".......................................2-4
3	Ввод (предварительная обработка) данных.......................3-1
3.1	Программа Input (ввод данных)..............................3-1
3.2	Меню программы Input (Ввод данных).........................3-3
3.2.1	Считывание существующее проекта............................3-7
3.2.2	Общие настройки............................................3-7
3.3	Геометрия.................................................3-12
3.3.1	Точки и линии.............................................3-12
3.3.2	Плиты.....................................................3-13
3.3.3	Шарниры и вращающиеся соединения..........................3-15
3.3.4	Георешотки................................................3-16
3.3.5	Интерфейсы (контактные поверхности).......................3-17
3.3.6	Межузловые анкеры.........................................3-20
3.3.7	Анкеры с защемленным концом...............................3-21
3.3.8	Туннели...................................................3-22
3.4	Нагрузки и граничные условия..............................3-26
3.4.1	Заданные перемещения......................................3-26
3.4.2	Закрепления...............................................3-28
3.4.3	Стандартные закрепления...................................3-28
3.4.4	Полосовые силы............................................3-29
3.4.5	Сосредоточенные силы......................................3-30
3.4.6	Фиксированное вращение....................................3-31
3.4.7	Дренажи...................................................3-31
3.4.8	Колодцы...................................................3-31
3.5	Свойства материалов.......................................3-32
3.5.1	Моделирование поведения грунта............................3-34
3.5.2	Наборы данных для грунта и интерфейсов....................3-35
3.5.3	Модель материала..........................................3-36
Справочное руководство
3.5.4	Наборы данных для георешеток................................3-53
3.5.5	Наборы данных для анкеров...................................3-53
3.5.6	Присвоение наборов данных геометрическим компонентам........3-54
3.6	Построение сетки............................................3-55
3.6.1	Основные типы элементов.....................................3-55
3.6.2	Глобальная крупность........................................3-56
3.6.3	Глобальное измельчение......................................3-56
3.6.4	Локальная крупность.........................................3-56
3.6.5	Локальное измельчение.......................................3-57
3.6.6	Рекомендуемый метод построения сетки........................3-57
3.7	Начальные условия...........................................3-58
3.8	Гидравлические условия......................................3-58
3.8.1	Удельный вес воды...........................................3-59
3.8.2	Уровни грунтовых вод........................................3-59
3.8.3	Граничные условия для расчета потока грунтовых вод..........3-63
3.8.4	Генерация давления воды.....................................3-65
3.8.5	Расчет установившейся фильтрации потока грунтовых вод.......3-67
3.8.6	Закрытые контуры при расчете консолидации грунта............3-70
3.9	Начальная геометрическая конфигурация.......................3-71
3.9.1	Деактивация геометрических компонентов......................3-71
3.9.2	Просмотр или изменение наборов данных по материалам.........3-72
3.9.3	Генерация начальных напряжений (процедура ко)...............3-72
3.10	Начало расчета..............................................3-75
4	Расчеты.........................................................4-1
4.1	Программа calculations (расчеты).............................4-1
4.2	Меню программы calculations (расчеты)........................4-3
4.3	Задание фазы расчета.........................................4-4
4.3.1	Вставка и удаление фаз расчета...............................4-4
4.4	Общие настройки расчета......................................4-5
4.4.1	Идентификация и порядок очередности фаз......................4-6
4.4.2	Типы расчетов................................................4-7
4.5	Процедуры пошагового приращения нагрузки.....................4-8
4.5.1	Процедуры автоматического задания размера шага...............4-9
Plaxis Версия 8
Оглавление
4.5.2	Развитие нагрузки - предельный уровень.....................4-10
4.5.3	Развитие нагрузки - количество шагов.......................4-11
4.5.4	Автоматическое приращение времени (консолидация грунта)....4-11
4.6	Контрольные параметры расчета..............................4-11
4.6.1	Контрольные параметры итерационной процедуры...............4-13
4.6.2	Входная нагрузка...........................................4-19
4.7	Поэтапное строительство....................................4-22
4.7.1	Изменение геометрической конфигурации......................4-23
4.7.2	Активирование и деактивирование кластеров или конструкционных
объектов..................................................4-24
4.7.3	Активирование и изменение нагрузок.........................4-25
4.7.4	Приложение заданных перемещений............................4-27
4.7.5	Изменение наборов данных по материалам.....................4-27
4.7.6	Присвоение объемной деформации в кластерах.................4-29
4.7.7	Предварительное напряжение анкеров.........................4-29
4.7.8	Усадка туннельной обделки..................................4-30
4.7.9	Изменение распределения давления воды......................4-30
4.7.10	Пластический нулевой шаг..................................4-32
4.7.11	Поэтапное строительство при Xmstage< 1.....................4-32
4.7.12	Незавершенный расчет поэтапного строительства.............4-34
4.8	Коэффициенты нагрузки......................................4-34
4.8.1	Стандартные коэффициенты нагрузки..........................4-35
4.8.2	Прочие коэффициенты и расчетные параметры..................4-37
4.9	Снижение <р, с.............................................4-38
4.10	Расчет по изменяемой сетке................................4-3 9
4.11	Предварительный просмотр этапа строительства...............4-41
4.12	Выбор точек для кривых.....................................4-41
4.13	Выполнение процесса вычислений.............................4-42
4.13.1	Начало процесса вычислений.................................4-43
4.13.2	Группа проектов...........................................4-43
4.13.3	Администратор расчетов....................................4-43
4.13.4	Прекращение вычислений....................................4-44
4.14	Вывод результатов во время вычислений....................  4-44
4.15	Выбор фаз расчета для вывода результатов...................4-46
4.16	Корректировка входных данных между вычислениями............4-46
in
Справочное руководство
4.17	Автоматический контроль ошибок............................4-47
5	Выходные данные (заключительная обработка)...................5-1
5.1	Программа вывода данных (output program)...................5-1
5.2	Меню output (вывод данных).................................5-2
5.3	Выбор шага вычисления для вывода результатов...............5-5
5.4	Деформации.................................................5-6
5.4.1	Деформированная сетка......................................5-6
5.4.2	Полные, горизонтальные и вертикальные перемещения..........5-6
5.4.3	Инкрементальные перемещения................................5-7
5.4.4	Полные деформации..........................................5-7
5.4.5	Декартовые деформации......................................5-7
5.4.6	Приращения деформаций......................................5-8
5.4.7	Декартовые приращения деформаций...........................5-8
5.5	Напряжения.................................................5-8
5.5.1	Эффективные напряжения.....................................5-9
5.5.2	Полные напряжения..........................................5-9
5.5.3	Декартовые эффективные напряжения.........................5-10
5.5.4	Декартовые полные напряжения..............................5-10
5.5.5	Коэффициент переуплотнения................................5-10
5.5.6	Пластические точки........................................5-11
5.5.7	Активное поровое давление.................................5-11
5.5.8	Избыточное поровое давление...............................5-12
5.5.9	Напор грунтовых вод.......................................5-12
5.5.10	Поле фильтрации...........................................5-12
5.5.11	Степень водонасыщения.....................................5-13
5.6	Сооружения и интерфейсы...................................5-13
5.6.1	Плиты.....................................................5-13
5.6.2	Георешетки................................................5-14
5.6.3	Интерфейсы................................................5-14
5.6.4	Анкеры....................................................5-14
5.7	Просмотр выходных таблиц..................................5-15
5.8	Просмотр выходных данных на разрезе.......................5-16
5.9	Просмотр прочих данных....................................5-17
Plaxis Версия 8
IV
Оглавление
5.9.1	Общая информация о проекте................................5-17
5.9.2	Данные о материалах.......................................5-17
5.9.3	Коэффициенты и расчетные параметры........................5-17
5.9.4	Общее изображение.........................................5-18
5.9.5	Усадка....................................................5-18
5.9.6	Обзор возможностей просмотра..............................5-19
5.10	Создание отчета...........................................5-19
5.11	Экспорт данных............................................5-21
6	Кривые зависимости перемещения от нагрузки и траектории напряжений .6-1
6.1	Программа curves (кривые)..................................6-1
6.2	Меню curves (кривые).......................................6-2
6.3	Создание кривых............................................6-3
6.4	Наборы кривых на одной диаграмме...........................6-7
6.5	Регенерация кривых.........................................6-7
6.6	Опции форматирования........................................6-7
6.6.1	Настройки кривых...........................................6-8
6.6.2	Настройки рамки вида.......................................6-9
6.7	Просмотр условных обозначений.............................6-11
6.8	Просмотр таблицы..........................................6-11
7	Библиография...................................................7-1
Приложение А. Генерация начальных напряжений...........................А-]
А.1 Процедура ko (ko-procedure)........................................А-1
А.2 Гравитационное нагружение..........................................А-2
Приложение В. Структура программы и файлов данных......................В-1
В.1 Структура программы................................................В-1
В.2 Файлы данных по проекту............................................В-1
Введение
1	Введение
Программа Plaxis представляет собой специализированную двухмерную
компьютерную программу, основанную на методе конечных элементов, которая
используется для расчетов деформации и устойчивости различных геотехнических
объектов. Реальная ситуация может быть смоделирована с помощью модели плоской
деформации или осесимметричной модели. Программа имеет удобный графический
интерфейс, который дает возможность пользователю быстро создавать геометрическую
модель и сетку конечных элементов, основанную на представленном вертикальном
поперечном разрезе. Пользователям необходимо хорошо знать среду Windows. Для
быстрого усвоения практических знаний основных возможностей Plaxis, пользователи
должны рассмотреть примеры задач, содержащихся в Учебном пособии.
Настоящий Справочник предназначен для пользователей, желающих получить
дальнейшую подробную информацию о программных средствах PLAXIS. Здесь
рассматриваются вопросы, не вошедшие в Учебное пособие, а так же содержатся
практические сведения об использовании PLAXIS для широкого спектра различных
задач.
Пользовательский интерфейс состоит из четырех подпрограмм: Input (Программа ввода
данных), Calculations (Программа расчета), Output (Программа вывода данных) и
Curves (Кривые). Настоящий Справочник организован в соответствии с этими четырьмя
подпрограммами и принадлежащими им соответствующими опциями, перечисленными
в соответствующих меню. В Справочнике отсутствует детальная информация по
определяющим моделям, выводу уравнений для конечных элементов или алгоритмам
нелинейных решений. Эти и другие, связанные с ними вопросы, подробно рассмотрены
в различных работах, перечисленных в главе 7, в Научном руководстве и в Пособии по
моделям грунтов.
1-1

Общая информация
2	Общая информация
Перед тем, как приступить к рассмотрению конкретных программных средств,
содержащихся в четырех частях пользовательского интерфейса программы PLAXIS,
посвятим одну главу общей информации, которая имеет отношение ко всем частям
программы.
2.1	Единицы измерения и условные обозначения
Единицы
При проведении любых расчетов валено придерживаться последовательной и
непротиворечивой системы единиц. Начиная ввод геометрических данных, следует
выбрать подходящую систему основных единиц из перечня стандартных единиц. Эти
основные единицы определяются в окне General settings (Общие настройки)
программы Input (Ввод данных). Таблица 2.1 дает общее представление обо всех
доступных единицах, установках (по умолчанию) и изменениях параметров
установленных по умолчанию единиц. Все последующие входные данные должны быть
выражены в выбранной системе единиц, а выходные результаты должны
интерпретироваться выраженными в этой же системе. Единица измерения для того или
иного вводимого параметра обычно указывается сразу же за полем редактирования или,
при использовании входных таблиц, над столбцами. В таком случае ввод ошибочных
данных менее вероятен. Во всех примерах, приведенных в материалах по программе
PLAXIS, используются выбираемые по умолчанию единицы измерения.
Таблица 2.1 Дополнительные единицы и их изменяемый параметр.
Length	Conversion	Force	Conversion	Time	Conversion
(Длинна) пип (мм)	(Изменение) =0.001ш (м)	(Сила) N	(Изменение) =0.001kN	(Время) s (секунда)	(Изменение) =1/8640 day (дней)
М (м) In (инч)	=1т (м) =0.0254т (м)	kN MN	=1 kN =1000 kN	min (минута) hr(час)	=1/1440 C =1/24 C
Ft (фут)	=0.3048ш (м)	1b (фунт)	=0.0044482kN	day (день)	1 day
		klb (кило фунт)	=4.4482kN		
Для удобства, обычно используемые единицы измерения основных величин приводятся
ниже в двух формах:
		Стандартные	Другие
Основные единицы:	Длина	[т] (м)	[ft.] (фут)
	Сила	[kN] (кН)	[1Ь] (фунт)
	Время	[day] (сутки)	[sec] (сек.)
Геометрические	Координаты	[т] (м)	[ft.] (фут)
характеристики:	Перемещения	[т] (м)	[ft.] (фут)
2-1
Справочное руководство
Свойства материалов:	Модуль Юнга Сцепление Угол трения Угол дилатансии Вес Проницаемость	[kPa] - [kN/п? ] (кПа = кН/м2) [kPa] (кПа) [deg.] (град.) [deg.] (град.) [kN/m3 ] (кН/м3) [m/day] (м/сутки)	[kips] = [klb/sq ft] (кило фунт/фут2) [kips] = [klb/sq ft] (кило фунт/фут") [deg.] (град.) [deg.] (град.) [klb/cu ft.] (кило фунт/фут3) [ft./sec] (фут/сек.)
Нагрузки и напряжения:	Сосредоточенная (нагрузка)	[kN] (кН)	[klb.] (кило фунт)
	Линейная нагрузка	[kN/м] (кН/м)	[к1Ь/Й.](кило фунт/фут)
	Полосовая сила (распределенная нагрузка)	[kPa] (кПа)	[kips] - [klb/sq ft] (кило фунт/фут2)
	Напряжения	[kPa] (кПа)	[kips] = [klb/sq ft] (кило фунт/фут2)
Единицы измерения выводятся только для информации пользователя, но в некоторых
случаях изменение основных единиц в окне General settings повлечет автоматическое
изменение вводимых значений в новые единицы измерения. Это применяется к
параметрам набора данных по материалу и другим свойствам материалов в программе
ввода. Это не применяется к геометрическим параметрам ввода, таким как данные
геометрии, нагрузки, заданные смещения, уровни грунтовых вод или любые другие
значения за пределами программы ввода. Если пользователь хочет изменить систему
единиц для существующего набора входных данных, ему придется вручную
отредактировать все параметры и повторно выполнить все расчеты.
При расчете плоских деформаций расчетные силы представляют собой силы,
действующие на единицу длины в поперечном направлению (направление-z. см.
рис.2.1). При осесимметричном расчете расчетные силы (Force-X и Force-Y) - это силы,
действующие на дугу, стягивающую угол в 1 радиан. Поэтому, для определения
полного значения сил при осесимметричном расчете следует умножить расчетные
значения на коэффициент 2л. Все прочие выходные величины в осесимметричных
задачах даются из расчета на единицу ширины, а не на радиан.
Система координат и правило знаков.
Создание двухмерной конечной элементной системы в Plaxis базируется на
геометрической модели. Эта геометрическая модель создается в плоскости х-у в
системе координат (Рис.2.1), тогда как z-направление находится вне плоскости. В
системе координат направление z отображается по направлению к пользователю.
Напряжения, рассчитываемые программой Plaxis версией 8 определяются в 3-х мерной
декартовой системе координат, показанной на рис.2.1. В расчете плоской деформации
°= - находится вне плоскости. В осесимметричных задачах "х" является радиальной
координатой, "у" соответствует осевому направлению, a "z" -тангенциальному
направлению. В этом случае представляет радиальное напряжение, а °---
кольцевое напряжение.
2-2
Plaxis Версия 8
Общая информация
Рис. 2.1 Координатная система и компоненты положительных напряжений.
Во всех случаях ввода данных, выходные сжимающие напряжения и силы (включая
поровое давление) имеют отрицательную величину, тогда как растягивающие
напряжения и силы положительны. Рисунок 2.1 показывает направления
положительных напряжений.
2.2	Обработка файлов
Все виды обработки файлов в программе PLAXIS производятся с помощью общего
запросчика файлов системы Windows® (см. рис. 2.2) . Запросчик файлов программы
PLAXIS позволяет производить поиск файлов в любой открытой директории
локального компьютера или сетевого окружения. Основной файл с информацией по
проекту программы PLAXIS имеет структурированный формат и носит название
<npoeKT>.PLX, где <проект> - это название проекта. Кроме этого файла
дополнительные данные по проекту хранятся в целом ряде файлов в поддиректории
<проект>.ОТА. Как правило, нет необходимости вводить эту директорию, т.к. файлы в
ней не поддаются индивидуальному считыванию.
При выборе файла проекта программы PLAXIS (*.PLX) в запросчике файлов
появляется небольшое растровое изображение геометрической конфигурации проекта,
облегчающее и ускоряющее его распознавание.
Рис. 2.2. Запросчик файлов программы PLAXIS
2-3
Справочное руководство
Ввод геометрических объектов
Ввод текста
Ввод значений
Ввод вариантов выбора
2.3	Процедуры ввода данных
Ввод данных в программе PLAXIS осуществляется как с помощью мыши, так и путем
прямого ввода с клавиатуры. В целом, можно выделить четыре типа ввода данных:
(например, рисование слоя грунта)
(например, ввод названия проекта)
(например, ввод параметров модели)
(например, выбор грунтовой модели)
Мышь обычно используется для рисования и выбора, а клавиатура - для введения
текста и значений параметров. Процедуры ввода данных подробно описаны в разделе
2.3 Учебного пособия.
I
2.4	Средства "подсказки"
Для того, чтобы информировать пользователя о различных опциях и возможностях
программы, пользовательский интерфейс оборудован средствами оперативной
подсказки. Как правило, система подсказок может быть активирована путем выбора
опций из меню Help (Помощь). Нажатие кнопки Help (Помощь) в окне или F1 на
клавиатуре активирует контекстно-зависимые подсказки. При нажатии кнопки Help
(Помощь) появляется общая информация о конкретном окне или возможности, в то
время как нажатие кнопки F1 отображает специфическую информацию об
определенном параметре.
1
Многие из программных средств имеют свои кнопки на панели инструментов. Если
задержать курсор мыши над такой кнопкой более чем на секунду, появляется
всплывающая подсказка в виде желтого флажка, содержащего краткое описание
функций этой кнопки.
2-4
Plaxis Версия 8
3	Ввод (предварительная обработка) данных
Для проведения расчета методом конечных элементов с помощью программы Plaxis
пользователь должен: создать конечно-элементную модель, назначить свойства
материалов и указать граничные условия. Это делается в программе Input (Ввод
данных). Для получения конечно-элементной модели пользователь должен создать
двухмерную геометрическую модель, состоящую из точек, отрезков и прочих
элементов в плоскости х-у. Сетка конечных элементов, свойства материалов и
граничные условия на элементном уровне автоматически генерируются программой
Plaxis на основе геометрической модели. Пользователь имеет возможность
отредактировать сетку конечных элементов для получения оптимальных
характеристик. Заключительная часть -ввода-данных- включает в себя -генерацию
давлений воды и начальных эффективных напряжений для задания начального
состояния системы.
При создании геометрической модели в программе Input (Ввод данных) пользователю
предлагается вводить данные в порядке, задаваемом второй панелью инструментов (в
направлении слева направо). В принципе, сначала следует нарисовать геометрический
контур, затем добавить слои грунта, строительные объекты, элементы конструкции,
граничные условия и, наконец, нагрузки. Придерживаясь этой последовательности,
пользователь сможет использовать панель инструментов в качестве "проводника" по
программе Input (Ввод данных) и не пропустит ни один из необходимых элементов
ввода. Конечно же, нет необходимости заполнять все входные опции. Например,
некоторые из строительных объектов или типов нагрузки могут оказаться ненужными,
если вы рассматриваете только нагрузку на грунт. Если в рассматриваемой вами задаче
полностью отсутствует вода, вы можете пропустить ввод давлений воды, а если
начальное поле напряжений рассчитывается методом гравитационного нагружения,
можно пропустить генерацию начальных напряжений. Тем не менее, придерживаясь
последовательности, задаваемой панелью инструментов, пользователь не пропустит ни
одного из элементов ввода и выберет среди них те, которые ему нужны. Кроме того,
программа Plaxis выдает предупреждающие сообщения при отсутствии каких-либо из
необходимых элементов ввода. Изменяя существующую модель, вы должны повторно
сгенерировать сетку конечных элементов и, при необходимости, начальные условия.
Это обстоятельство также контролируется программой Plaxis. Выполняя подсказки и
указания программы, пользователь может быть уверен в получении согласованной
конечно-элементной модели.
3.1	Программа Input (ввод данных)
Этот значок представляет программу Input (Ввод данных). Программа
содержит все средства, необходимые для создания и редактирования
геометрической модели, генерации соответствующей сетки конечных
элементов и задания начальных условий. Для задания начальных условий
предусмотрен отдельный режим программы Input (Ввод начальных данных). Описание
в начале фокусируется на создании геометрических моделей и конечно-элементных
сеток (создание геометрических моделей)
При запуске программы Input (Ввод данных) появляется диалоговое окно, в котором
пользователь должен либо выбрать существующий проект, либо создать новый. При
выборе опции New project (Новый проект) программа выводит диалоговое окно General
Справочное руководство
settings (Общие настройки), в котором пользователь может задать все основные
модельные параметры нового проекта (см. параграф 3.2.2).
При выборе опции Existing project (Существующий проект) пользователь может
выбрать в диалоговом окне один из четырех последних проектов. Если вам нужна
модель, отсутствующая в списке, можно воспользоваться опцией «More files»
(Пролистать файлы). Эта опция вызывает общий запросчик файлов, позволяющий
пользователю просмотреть все доступные директории и выбрать требуемый файл
проекта PLAXIS (*.р1х). После выбора существующего проекта в главном окне
появляется соответствующая геометрическая модель.
Рис. 3.1 Главное окно программы Input (Ввод данных) (режим ввода геометрических
параметров)
Главное окно программы Input (Ввод данных) содержит следующие основные элементы
(см. рис. 3.1)
Input Menu (Меню ввода):
Главное меню содержит все элементы ввода и программные средства программы Input
(Ввод данных). Большинство из элементов ввода имеют свои кнопки на панели
инструментов.
Tool bar (General) (Панель инструментов - Общая):
Эта панель инструментов содержит кнопки общего управления — например, операции с
диском, печать, изменение масштаба изображения или выбор объектов. Кроме того,
3-2
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
здесь находятся кнопки для запуска других программ пакета PLAXIS (Calculations
(Расчеты), Output (Вывод данных), Curves (Кривые)).
Tool bar (Geometry) (Панель инструментов—Геометрия):
Эта панель инструментов содержит кнопки, связанные с созданием геометрической
модели. Кнопки расположены в таком порядке, что, проходя их слева направо, вы
можете полностью задать геометрическую модель.
Rulers (Линейки):
Линейки, расположенные слева и сверху от чертежного поля, показывают физические х
и у координаты. Это обеспечивает прямой показ геометрических размеров. Показ
линеек можно выключить из подменю View (Вид). При нажатии на линейку появляется
окно General setting (Обычные установки), в котором геометрические размеры могут
быть изменены.
Draw area (Чертежное поле):
Чертежное поле - это лист, на котором создается и изменяется геометрическая модель.
Геометрическая модель, в основном, создается и изменяется с помощью мыши, однако
для некоторых опций предусмотрен прямой ввод данных с клавиатуры (см. Manual
input - Ручной ввод данных). Чертежное поле может использоваться как обычная
программа для обработки графических изображений. Имеющаяся на нем сетка из
мелких точек позволяет производить привязку объектов к узлам сетки.
Axes (Оси):
Если начало физических координат находится в пределах заданного поля, система
показывает его в виде небольшого кружка, в котором оси х и у представлены
стрелками. Показ осей может быть выключен из подменю View (Вид).
Manual input (Ручной ввод данных):
Если рисование с помощью мыши не дает требуемой точности, можно воспользоваться
строкой ручного ввода данных. Здесь вы можете ввести значения х- и у-координат
напрямую с клавиатуры, разделив их пробелом (х-координата <пробел> у-координата).
Ручной ввод может быть использован для всех видов геометрических данных за
исключением Hinges and rotation springs (Шарниры плиты).
Вместо того, чтобы вводить абсолютные координаты, можно указать их приращение
относительно координат предыдущей точки, путем ввода символа @ перед значением
приращения координат (@х-приращение, пробел, @у-приращение). Кроме ввода
координат можно задавать точки существующей геометрической модели с помощью их
номеров.
Cursor position indicator (Указатель положения курсора):
Указатель положения курсора показывает текущее положение курсора мыши как в
физических единицах, так и в пикселях.
3.2	Меню программы Input (Ввод данных)
Главное меню программы Input (Ввод данных) содержит падающие подменю, которые
охватывают большинство опций для работы с файлами, передачи данных, просмотра
графиков, создания геометрических моделей, генерации сеток и просто ввода данных.
3-3
Справочное руководство
Существует разница между главным меню в режиме ввода геометрических данных и
этим же меню в режиме задания начальных условий. В режиме ввода геометрических
данных меню содержит подменю File (Файл), Edit (Редактирование), View (Вид),
Geometry (Геометрия), Loads (Нагрузки), Materials (Материалы), Mesh (Сетка), Initial
(Начальные параметры) и Help (Помощь). В режиме задания начальных условий
(Initial conditions) в состав главного меню входят подменю File (Файл), Edit
(Редактирование), View (Вид), Geometry (Геометрия), Generate (Создать) и Help
(Помощь).
Подменю File (Файл):
New (Создать...).	Создание нового проекта. При запуске команда выводит окно General settings (Общие настройки).
Open (Открыть...).	Открытие существующего проекта. При запуске команда выводит окно запросчика файлов.
Бауе(Сохранить).	Сохранение текущего проекта под его именем. Если проекту еще не было присвоено имени, программа выведет окно запросчика файлов.
Save as (Сохранить как...).	Сохранение текущего проекта под новым именем. На экран выводится окно запросчика файлов.
Print (Печать...).	Вывод геометрической модели на выбранный принтер. На экран выводится окно печати.
Work directory (Рабочая директория...).	Задание директории, в которой по умолчанию будут храниться файлы проектов программы PLAXIS.
Import (Импорт...).	Импорт геометрических данных из файлов других типов (см. параграф 3.2.1).
General settings (Общие настройки).	Задание	основных	параметров геометрической модели (см. параграф 3.2.2).
(recent projects) (список последних проектов). Команда используется для быстрого
Exit (Выход).	открытия одного из четырех последних проектов, вызывавшихся программой. Выход из программы Input (Ввод данных).
Подменю Edit (Редактирование): Undo (Отменить).	Восстановление предыдущего состояния геометрической модели с отменой
3-4
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ) ДАННЫХ
	ошибочно произведенной операции. Список действий, которые могут быть отменены, ограничен 10 последними операциями.
Сору (Копировать).	Копирование геометрической модели в буфер обмена Windows.
Подменю View (Вид): Zoom in (Увеличить).	Увеличение масштаба изображения для его более детального просмотра. После выбора этой функции необходимо с помощью мыши указать область, для которой должен быть увеличен масштаб. Для этого разместите курсор в углу выделяемой области и нажмите левую кнопку мыши. Удерживая кнопку' нажатой, переместите курсор к противоположному углу выделяемой области и затем отпустите кнопку. Программа	увеличит	масштаб выделенной части	изображения. Экранное увеличение изображения можно последовательно производить до тех пор, пока вы не достигнете нужной степени детализации.
Zoom out (Уменьшить).	Восстановление предыдущего масштаба изображения (имевшего место до последнего увеличения масштаба).
Reset view (Исходный вид).	Возвращение к показу всего чертежного поля.
Table (Таблица).	Показ таблицы с х, у - координатами геометрической модели. Таблица может использоваться для корректировки существующих координат.
Rulers (Линейки).	Включение и выключение линеек по краям чертежного поля.
Cross hair (Перекрестье курсора).	Включение и выключение перекрестья курсора во время ввода геометрической модели.
Grid (Сетка).	Включение и выключение сетки в чертежном поле.
Axes (Оси).	Включение и выключение стрелок, показывающих оси х и у.
3-5
Справочное руководство
Snap to grid (Привязка к сетке).	Включение и выключение привязки к узлам сетки.
Point numbers (Номера точек).	Включение и выключение номеров геометрических точек.
Chain numbers (Номера цепочек)	Включение и выключение номеров цепочек геометрических объектов. Цепочки это области сходных геометрических объектов, которые написаны в активном поле без промежуточного нажатия правой кнопки мыши или кнопки «Esc».
Подменю Geometry (Геометрия):
Подменю Geometry (Геометрия) содержит основные опции для создания
геометрической модели. Кроме обычной геометрической линии пользователь может
выбрать плиты, сетки, контактные элементы, анкеры или туннели. Различные опции
этого подменю подробно рассмотрены в параграфе 3.3.
Подменю Loads (Нагрузки):
Подменю Loads (Нагрузки) содержит опции для добавления нагрузок и граничных
условий к базовой геометрической модели. Различные опции этого подменю подробно
рассмотрены в параграфе 3.4.
Подменю Materials (Материалы):
Подменю Materials (Материалы) используется для активации процессора базы данных,
создающего и редактирующего наборы данных по материалам для грунта и контактных
элементов, плит, георешоток и анкеров. Использование базы данных и параметров из
наборов данных подробно рассмотрено в параграфе 3.5.
Подменю Mesh (Сетка):
Подменю Mesh (Сетка) содержит опции для создания сетки конечных элементов и ее
локального и глобального измельчения. Опции этого подменю подробно рассмотрены в
параграфе 3.6.
Подменю Initial (Начальные параметры):
Подменю Initial (Начальные параметры) ) содержит опцию для перехода в режим
Initial conditions (Начальные условия) программы Input (Ввод данных).
Подменю Geometry (Геометрия) режима Initial conditions (Начальныеусловия):
Это подменю содержит опции для ввода веса воды, рисования депрессионной кривой
грунтовых вод или создания дополнительных граничных условий для расчета
фильтрации или консолидации грунта. Опции этого подменю подробно рассмотрены в
параграфе 3.8.
Подменю Generate (Создать) режима Initial conditions (Начальныеусловия):
Это подменю содержит опции для генерации начальных давлений воды или начальных
эффективных напряжений. Опции этого подменю подробно рассмотрены в параграфах
3.8 и 3.9.
3-6
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
3.2.1 Считывание существующее проекта
Для считывания однго из существующих проектов программы PLAXIS следует
выбрать опцию Open (Открыть...) в меню File (Файл). По умолчанию запросчик файлов
показывает директорию, в которую в ходе установки были записаны все программные
файлы. Для изменения открываемой по умолчанию директории используется опция
Work directory (Рабочая директория) в меню File (Файл). В поле Files of type (Тип
файлов) запросчика файлов по умолчанию установлено 'PLAXIS project files (*. PLX)'
(Файлы проектов программы 'PLAXIS), что означает, что программа будет искать
файлы с расширением .PLX. После выбора нужного вам файла этого типа щелкните по
кнопке <Ореп> (Открыть). Программа считает файл проекта и выведет на экран
соответствующую геометрическую модель. Кроме того, структура версии 8 программы
Plaxis немного отличается от версии 7. Стало возможным выбрать и старые проекты,
после того как они автоматически конвертируются для версии 8.
Предусмотрена возможность считывания данных по геометрическим моделям и
материалам из файлов программы GeoDelf серии М при выборе команды Import
(Импорт). Для этого следует установить в поле Files of type (Тип файлов) 'M-series
geometry files (*.GEO)' (Геометрическиефайлы серии M). Эта опция может
использоваться только для считывания геометрических данных, данные по грунтам, не
импортируются. После того как выбран один из таких файлов и нажата кнопка <Ореп>
(Открыть), программа считает файл и выведет в чертежное поле соответствующую
геометрическую модель. Эта модель будет рассматриваться как новая, а не как
расширение существующей модели.
3.2.2 Общие настройки
Окно General settings (Общие настройки) выводится на экран в начале любого нового
проекта и позднее может быть вызвано из подменю File (Файл). Окно General settings
(Общие настройки) имеет две вкладки: Project (Проект) и Dimensions (Размеры).
Вкладка Project (Проект) содержит имя и описание проекта, тип модели и тип
элементов. Вкладка Dimensions (Размеры) содержит основные единицы измерения
длины, силы и времени (см. параграф 2.1) и размеры чертежного поля.
3-7
Справочное руководство
Рис. 3.2 Окно General settings (Общие настройки) (вкладка Project - Проект)
Model (Модель):
Программа PLAXIS версии 8 может быть использована для выполнения двухмерного
конечно-элементного анализа. Конечные элементы могут использовать как в модели
плоской деформации, так и в осесимметричной модели. Существует отдельная
программа PLAXIS для трехмерного анализа. По умолчанию модель устанавливается
как Plane strain (Плоская деформация).
Модель Plane strain (Плоская деформация) используется для сооружений с (более или
менее) постоянным сечением, имеющим соответствующее напряженное состояние и
схему нагружения на определенном отрезке длины в направлении, перпендикулярном
поперечному сечению (направление-z). Предполагается, что перемещения и
напряжения в направлении-z равны нулю. В любом случае нормальные напряжения в
направлении z полностью включены в расчет.
Модель Axisymmetry (Осесимметрия) используется для круговых сооружений с (более
или менее) постоянным радиальным сечением и равномерной схемой нагружения
относительно центральной оси, для которых предполагается, что в любом из
радиальных направлений деформация и напряженное состояние являются
одинаковыми. Обратите внимание на то, что в осесимметричных задачах х-координата
представляет радиус, а ^-координата соответствует оси симметрии. Отрицательных
значений х-координаты быть не должно.
Выбор опции Plane strain (Плоская деформация) или Axisymmetry (Осесимметрия)
приводит к созданию двухмерной конечно-элементной модели, имеющей на каждый
узел только две поступательных степени свободы (в направлении х и у) .
3-8
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Рис. 3.3 Пример плоской деформации и осесимметричной модели
Elements (Элементы):
Пользователь может выбрать треугольные элементы с 6 или 15 узлами (см. рис. 3.2) для
моделирования слоев грунта и других объемных групп (кластеров). По умолчанию
используются 15-узловые треугольники. Это обеспечивает для перемещений
интерполяцию четвертого порядка и использует численное интегрирование по
двенадцати гауссовским точкам (точкам напряжения). В случае 6-узловых
треугольников имеет место интерполяция второго порядка, а интегрирование
производится по трем точкам напряжения. Тип элементов для структурных элементов и
контактных поверхностей автоматически берутся таким образом, чтобы быть
совместимым с типом элемента грунта.
Как показывает опыт, 15-узловой треугольник представляет собой очень точный
элемент, который обеспечивает высокую степень надежности расчетов напряжения в
сложных случаях как, например, при расчете разрушения несжимаемых грунтов (8, 12,
13). Однако, использование 15-узловых треугольников ведет к относительно высоким
затратам памяти замедляет работу системы и понижает ее эффективность. Поэтому
также существуют более простые элементы.
Треугольные б-узловые элементы дают хорошие результаты для стандартных
деформационных задач, при условии, что используется достаточное количество
элементов. Однако, следует быть осторожнее с осесимметричными моделями или
ситуациями, где возможно разрушение, например, расчеты устойчивости методом phi-c
reduction. Разрушающие нагрузки или коэффициент надежности обычно завышены при
использовании 6-узловых элементов. В этих случаях предпочтительнее использование
15-узловых элементов.
Один 15-узловой элемент может быть представлен соединением четырех 6-узловых
элементов, (т.к. общее число узлов и точек напряжений равно). Тем не менее, один 15-
узловой элемент более эффективный, чем четыре 6-узловых элемента.
Кроме элементов грунта в программе существуют схожие плитные элементы для
моделирования поведения стен, плит и оболочек (см. параграф 3.3.2) и георешоточные
элементы, которые используются для моделирования поведения георешоток и
геотекстилей. Кроме того, создание геометрической модели позволяет ввести анкеры с
защемленным концом и межузловые анкеры.
3-9
Справочное руководство
6-node triangle
nodes
15-node triangle
Рис. 3.4 Положение узлов и точек напряжения в элементах грунта
Сила тяжести и ускорения:
По умолчанию, сила тяжести и ускорения, g, установлена равной 9,8 м/с2. Сила тяжести
имеет заданное направление -90°, что соответствует отрицательным значениям по оси
у. Ускорение силы тяжести указывать не обязательно, т.к. сила тяжести неявным
образом учитывается в объемном весе, задаваемом пользователем (см. параграф 3.5.2).
При таком подходе сила тяжести контролируется общим коэффициентом нагрузки для
веса материалов, XMweight (см. параграф 4.8.1) .
Кроме обычной силы тяжести пользователь может задать независимое ускорение,
позволяющее смоделировать динамические силы в псевдо-статической задаче.
Значения х- и у-составляющих дополнительного ускорения вводятся во второй вкладке
окна General settings (Общие настройки). Составляющие ускорения выражены через
нормальное ускорение силы тяжести G. Включение дополнительного ускорения в
расчеты контролируется коэффициентами нагрузки Maccel и XMaccel (см. параграф
4.6.1).
В реальных динамических расчетах (существует отдельный модуль PLAXIS) значение
ускорения силы тяжести, g, используется для вычисления плотности материала, р , по
удельному весу у (р = ylg)-
Единицы измерения:
Используемые в расчетах единицы измерения длины, силы и времени задаются
одновременно с входными данными. Эти основные единицы вводятся на вкладке
Dimensions (Размеры) окна General settings (Общие настройки).
3-10
PLAXIS Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Рис. 3.5 Окно General settings {Общие настройки) (вкладка Dimensions - Размеры)
По умолчанию программа предлагает использовать для измерения длины {Length)
метры (т), силы {Force) — килоньютоны (kN) и времени {Time) - сутки (day).
Соответствующие единицы измерения для напряжения {Stress) и веса {Weights)
указываются в поле под основными единицами.
Все входные величины должны быть заданы в совместимой системе единиц (см.
параграф 2.1). Единица измерения для вводимой величины обычно указывается сразу за
полем редактирования и основана на заданной пользователем основной системе
единиц.
Dimensions (Размеры):
Начиная новый проект, пользователь должен задать размеры чертежного поля таким
образом, чтобы в него можно было поместить создаваемую геометрическую модель.
Размеры вводятся в вкладке Dimensions (Размеры) окна General settings (Общие
настройки). Размеры чертежного поля не влияют на геометрию проекта и могут быть
изменены при редактировании существующего проекта, при условии, что
существующая геометрическая модель согласуется с изменяемыми размерами. Нажатие
на линейку создания геометрических моделей может использоваться как клавишная
комбинация быстрого вызова для перехода к вводу геометрических размеров в окне
{General settings) Общие настройки.
Grid (Сетка):
Для упрощения создания геометрической модели пользователь может задать в
чертежном поле сетку. Эта сетка используется для привязки указателя к ее узлам. Сетка
задается с помощью параметров Spacing (Шаг) и Number of intervals (Количество
интервалов). Параметр Spacing (Шаг) используется для создания крупной расчетной
сетки, показываемой в чертежном поле с помощью мелких точек. Реальная сетка
определяется как крупная расчетная сетка, поделенная на количество интервалов
{Number of intervals). По умолчанию количество интервалов равно 1, что дает реальную
Справочное руководство
сетку, совпадающую с крупной расчетной сеткой. Параметры сетки вводятся на
вкладке Dimensions (Размеры) окна General settings (Общие настройки). Для
включения и выключения сетки и опции привязки может быть использовано подменю
View (Вид).
3.3	Геометрия
Создание конечно-элементной модели начинается с создания геометрической модели,
представляющей рассматриваемую задачу. Геометрическая модель состоит из точек,
линий и кластеров. Точки и линии вводятся пользователем, а кластеры генерируются
программой. Кроме этих базовых составляющих, конструктивные объекты или особые
условия могут быть также присвоены геометрической модели для моделирования
обделки туннеля, стен, плит, взаимодействия грунта или с конструкцией нагрузок.
Рекомендуется начать создание геометрической модели, нарисовав полный
геометрический контур. Кроме того, пользователь может указать слои материалов,
конструктивные объекты, линии для обозначения этапов строительства, нагрузки и
граничные условия. Геометрическая модель должна включать в себя не только
начальные условия, но также и ситуации, которые возникают на различных этапах
расчета.
После создания геометрической модели пользователь должен задать наборы данных по
свойствам материалов и присвоить их соответствующим компонентам модели (см.
параграф 3.5). После полного задания геометрии системы и указания свойств всех
геометрических компонентов создание геометрической модели считается законченным
и можно переходить к генерации сетки (см. параграф 3.6) .
Выбор геометрических компонентов
При включенной опции Selection (Выбор) (красная стрелка) можно выбирать
геометрические компоненты с помощью однократного щелчка по нужным
компонентам геометрической модели. Удерживая клавишу <Shift> на
клавиатуре, можно за один раз выбрать сразу несколько компонентов одного типа.
Свойства геометрических компонентов
Большинство геометрических компонентов имеют определенные свойства, которые
можно проверить и отредактировать в окнах свойств. После двойного щелчка по
нужному вам геометрическому компоненту появляется соответствующее окно свойств.
Если в выбранной вами точке находится сразу несколько объектов, программа выведет
диалоговое окно выбора, в котором вы можете выбрать нужный вам компонент.
3.3.1 Точки и линии
Основным элементом ввода при создании геометрической модели является
\ геометрическая линия (Geometry line). Этот элемент может быть выбран из
.....'.I подменю Geometry (Геометрия), а также на второй панели инструментов.
При выбранной опции Geometry line (Геометрическая линия) пользователь может
создавать точки и линии в чертежном поле с помощью мыши (графический ввод) или
путем ввода координат в командной строке (ввод с клавиатуры). Щелчок левой
кнопкой мыши в чертежном поле приведет к созданию новой точки при условии, если
3-12
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
рядом с указателем нет уже существующей точки. Если рядом с указателем уже
имеется существующая точка, указатель просто "перескочит" на нее без образования
новой точки. После того, как первая точка будет выбрана, пользователь может
нарисовать линию, введя вторую точку и т.д. Для выхода из режима рисования точек и
линий следует щелкнуть правой кнопкой мыши в любом месте поля или нажать
клавишу <Esc>.
Если новая точка должна быть создана на существующей линии или рядом с ней,
указатель "встает" на линию и создает новую точку точно на этой линии. В результате
эта линия разбивается на две новых. Если новая линия пересекает существующую, в
месте их пересечения создается новая точка. В результате каждая из этих линий
разбивается на две новых. Если новая линия частично совпадает с существующей,
программа проверит, чтобы на отрезке, на'котором линии совпадают, присутствовала
только одна линия. Все это гарантирует создание согласованной геометрической
модели, не содержащей двойных точек или линий.
Для редактирования или удаления существующих точек и линий следует нажать на
кнопку Selection (Выбор) панели инструментов. Для того, чтобы переместить точку или
линию, выделите ее на модели и перетащите в нужное место. Для удаления точки или
линии выделите ее на модели и нажмите клавишу <Del> (Удалить) на клавиатуре. Если
в выбранной вами точке находится сразу несколько объектов, появляется диалоговое
окно удаления, в котором вы можете выбрать подлежащий удалению объект (объекты).
Если в удаляемой точке сходятся только две геометрические линии, то тогда эти линии
объединяются для получения одной прямой линии между наружными точками. Если в
удаляемой точке сходятся более двух линий, то тогда все эти связанные
геометрические линии также будут удалены.
После каждой операции рисования программа определяет кластеры, которые могут
быть образованы. Кластер представляет собой замкнутый контур, образованный
геометрической линией. Другими словами, кластер — это область, полностью
окруженная замкнутой геометрической линией. Обнаруженные кластеры выделяются
легкой штриховкой. Каждому кластеру могут быть приданы те или иные свойства
материала, позволяющие смоделировать поведение грунта в этой части геометрической
модели (см. параграф 3.5.2). Во время генерации сетки кластеры разбиваются на
элементы грунта (см. параграф 3.6).
3.3.2 Плиты
I Плиты представляют собой структурные объекты, использующиеся для
моделирования тонких конструкций в грунте, имеющих значительную
 жесткость на изгиб и нормальную жесткость. Плиты могут использоваться для
моделирования стенок, плит, оболочек или обделок протяженных в направлении оси z.
В геометрических моделях, плиты выделяются голубыми линиями. Примеры
геотехнических сооружений, содержащих плиты, представлены на рис. 3.6.
Плиты могут быть заданы из подменю Geometry (Геометрия) или путем нажатия
соответствующей кнопки на панели инструментов. Создание плит в геометрической
модели сходно с созданием геометрических линий (см. параграф 3.3.1). При создании
плит соответствующие геометрические линии создаются автоматически.
Следовательно, не обязательно сначала создавать геометрическую линию на месте
3-13
Справочное руководство
плиты. Плиты могут быть стерты путем выбора их в геометрии и нажатием кнопки
«Del».
Рис. 3.6 Примеры задач, использующих плиты, анкеры и интерфейсы.
Свойства материалов плит содержатся в наборах данных по материалам (см. параграф
0). Наиболее важными параметрами являются жесткость на изгиб (изгибная жесткость)
EI и нормальная (осевая) жесткость ЕА. На основе этих параметров можно рассчитать
эквивалентную толщину плиты deq с помощью следующей формулы:
Плиты могут быть активированы или деактивированы в расчетных этапах, используя
поэтапное строительство как Loading Input (Входная нагрузка).
Балочные элементы
Плиты в двухмерной конечно-элементной модели состоят из балочных элементов,
имеющих по три степени свободы на узел: две поступательных степени свободы (их и
iiy) и одну вращательную (вращение в плоскости х-у: При использовании 6-узловых
элементов грунта каждый балочный элемент определяется 3 узлами, а 5-узловые
балочные элементы используются с 15-узловыми элементами грунта (см. рис. 3.7).
Балочные элементы основаны на теории балок Миндлииа (Mindlin's beam theory)
[Справочное руководство 2]. Эта теория допускает прогиб балки под действием
сдвигающей нагрузки и ее изгиб. Кроме того, длина элемента может изменяться под
действием осевой нагрузки. Балочные элементы могут стать пластичными при
достижении заданного максимального изгибающего момента или максимальной осевой
нагрузки.
• nodes	* stress point
Рис. 3.7 Положение узлов и точек напряжения для 3-узлового и 5-узлового балочных
элементов.
Изгибающие моменты и осевые усилия определяются по напряжениям в точках
напряжения. 3-узловой балочный элемент содержит две пары точек напряжения, а 5-
узловой — четыре пары.
3-14
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Точки напряжения каждой пары расположены выше и ниже оси плиты на расстоянии
"Л от нее"
На рис. 3.7 показаны 3-узловой и 5-узловой балочные элементы с узлами и точками
напряжения.
Важно заметить, что изменение отношения El / ЕА приведет к изменению
эквивалентной толщины deq и, следовательно, расстоянию между точками напряжений.
Если это сделано, когда существующие силы приложены к балочному элементу, это бы
изменило распределение изгибающих моментов, что недопустимо. По этой причине
если характеристики плиты изменяются во время расчетов (например, в режиме
Поэтапного строительства), то отношение EI/EA должно оставаться неизменными
3.3.3 Шарниры и вращающиеся соединения.
— Под шарниром плиты понимается такой тип соединения плит, который
i’ А позволяет независимое вращение в точке их соединения (шарнир). По
! 1 умолчанию принимается, что вращение в геометрической точке соединения
плит является совместным, и эта точка имеет только одну вращательную
степень свободы. Другими словами, принимаемое по умолчанию соединение плит
является жестким (заделанным). Если вам нужно создать шарнирное соединение плит
(соединение, позволяющее свободное вращение концов плит относительно друг друга)
или вращающегося соединения (соединение, где вращение соединения плит
относительно друг друга требует определенного момента), это можно сделать, выбрав
опцию Hinges and rotation springs (Шарнир плиты) из подменю Geometry (Ггометрия)
или щелкнув по соответствующей кнопке на панели инструментов.
После того, как вы выберете эту опцию и щелкните по точке соединения хотя бы двух
плит на геометрической модели, программа выведет окно Hinges and rotation springs
(Шарниры плит), в котором будет детально представлен созданный шарнир со всеми
подходящими к нему плитами. Для каждой плиты можно указать, будет ли для нее
соединение шарнирным или заделанным. Шарнирное соединение показывается не
заштрихованным кружком, заделанное — полностью заштрихованным.
Рис. 3.8 Окно Hinges and rotation springs (Шарниры плит) с представленным в нем
шарнирным соединением плит.
3-15
Справочное руководство
Щелкнув по любому из кружков, вы можете изменить тип представляемого им
соединения с шарнирного на заделанное и наоборот, повторным щелчком на круге. Для
каждого шарнира вводится дополнительная вращательная степень свободы,
позволяющая независимое вращение плит.
В реальности, соединения плит могут допускать вращение, но это обычно требует
вращающего момента. Для моделирования такой ситуации Plaxis дает возможность
ввода вращательных соединений между двумя плитами. Эта опция полезна, если хотя
бы одно из двух соединений отдельных плит является шарниром (в ином случае
соединение между двумя плитами - жесткое). Для того, чтобы задать вращательное
соединение в шарнире, шарнир окружается большими секторами круга, в которых
вращательные соединения могут быть заданы. Возможное расположение вращательных
соединений указано маленькими кружками (сопоставимыми с шарнирами) в больших
секторах круга. В случае прямой плиты, больших кругов вокруг соединений не будет. В
этом случае вращательное соединение показано на центральном круге. После выбора
конкретного вращательного соединения путем нажатия на соответствующий круг,
вращательное соединение может включаться и выключаться повторным нажатием на
круг.
Когда создано вращательное соединение, необходимо ввести его параметры прямо в
правую часть окна. Параметры вращательных соединений включают жесткость и
максимальный вращательный момент, который это может выдержать. Вращательная
жесткость задается как вращательный момент на радиан (в единицах произведения
силы на длину, деленное на радиан, на длину вне плана).
3.3.4 Георешотки
------ Георешотки представляют собой узкие объекты с нормальной жесткостью, но
I без жесткости при изгибе. Они выдерживают только растягивающие усилия и
I не выдерживают сжимающих. Эти объекты в основном используются для
моделирования армирующих сеток. Примеры геотехнических сооружений,
содержащих георешотки, представлены на рис. 3.9.

Рис. 3.9 Примеры использования георешоток
Георешотки могут быть выбраны из подменю Geometry (Геометрия) или путем
нажатия на соответствующую кнопку на панели инструментов. Создание георешоток в
геометрической модели сходно с созданием геометрических линий (см. параграф 3.3.1).
Георешотки в геометрической модели выделяются желтым цветом. При создании
георешоток одновременно создаются и соответствующие геометрические линии.
Единственным материальным свойством георешоток является постоянная нормальная
(осевая) жесткость Г?Л, которая может быть задана в базе данных по материалам (см.
параграф 3.5.4). Георешотки могут быть удалены путем их выбора в геометрии и
нажатием кнопки «Del».
3-16
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Георешотки могут быть активированы или деактивированы в процессе расчета,
используя Staget constraction (Поэтапное строительство) как Loading input (Входная
нагрузка).
Георетоточные элементы
Георешотки состоят из георешоточных элементов (линейных элементов) с двумя
поступательными степенями свободы в каждом узле (Ux,Uy). При использовании 6-
узловых грунтовых элементов каждый георешоточный элемент будет определяться 3
узлами, в то время как 5-узловые георешоточные элементы используются в
комбинации с 15-узловыми грунтовыми элементами. Осевые усилия определяются в
точках напряжения Ньютона-Котеса. Эти точки напряжений совпадают с узлами.
Положение узлов и точек напряжения в элементах георешетки представлены на Рис.
3.10.
• nodes
X stress point
Рис. 3.10 Положение узлов и точек напряжений в 3-узловых и 5-узловых
георешоточных элементов
Моделирование грунтовых анкеров
Георешотки могут также использоваться в сочетании с межузловыми анкерами для
моделирования грунтовых анкеров. В этом случае георешотка используется для
моделирования области цементного раствора, а межузловой анкер - для моделирования
анкерной тяги (см. параграф 3.3.6).
3.3.5 Интерфейсы (контактные поверхности)
Каждому элементу присваивается «виртуальная толщина», которая
представляет собой минимальный размер, который используется для
определения материальных свойств интерфейса. Высокая виртуальная
толщина вызывает более упругие деформации. По умолчанию, предполагается, что
элементы интерфейсов имеют очень малые упругие деформации и поэтому
виртуальная толщина должна быть малой. С другой стороны, если виртуальная
толщина очень мала, могут возникнуть неверные числовые параметры. Виртуальная
толщина определяется произведением среднего размера элемента на коэффициент
виртуальной толщины (Virtual thickness factor). Средний размер элемента зависит от
заданной глобальной крупности сетки (см. параграф 3.6.2.). Это значение также
доступно в общем информационном окне в программе вывода данных (Output program).
По умолчанию коэффициент виртуальной толщины принимается равным 0,1. Эту
цифру можно изменить, щелкнув дважды по линии геометрии и выбрав интерфейс из
диалогового окна. Как правило, необходимо быть осторожным при смене реяшма по
умолчанию. В любом случае, если элементы интерфейса подвергаются большим
нормальным напряжениям, может потребоваться уменьшение коэффициента
3-17
Справочное руководство
виртуальной толщины (Virtual thickness factor). Дальнейшая информация содержится в
параграфе 3.5.2.
Создание интерфейса аналогично созданию геометрической линии. Интерфейс
рисуется пунктирной линией справа от геометрической линии (если смотреть в
направлении рисования линии интерфейса), для того, чтобы показать, с какой стороны
от геометрической линии имеет место взаимодействие с грунтом. Сторона, с которой
будет выведен интерфейс, указывается также стрелкой курсора, показывающей
направление, в котором будет нарисована линия интерфейса. Для того чтобы
разместить интерфейс с другой стороны от геометрической линии, необходимо
нарисовать его в противоположном направлении. Заметим что, интерфейсы могут быть
нарисованы по обе стороны от геометрической линии. Это позволит полностью
отразить взаимодействие между структурными объектами (стенки, плиты, георешотки
и т.п.) и вмещающим грунтом. Для того, чтобы различать два возможных интерфейса
геометрической линии, они обозначаются знаками плюс (+) и минус (-). Эти знаки
служат для идентификационных целей, не имеют математического значения и не
оказывают влияния на результат. Интерфейсы могут быть удалены путем выбора их в
геометрии и нажатием кнопки «Del».
Примером типичного применения интерфейсов является моделирование
взаимодействия между шпунтовой стенкой и грунтом, при котором поверхность
контакта занимает промежуточное положение между гладкой и шероховатой.
Шероховатость поверхности контакта моделируется путем подбора подходящей
величины коэффициента понижения прочности в интерфейсе (Rinter). Этот
коэффициент связывает прочность интерфейса (поверхностное трение и липкость) с
прочностью грунта (углом трения и сцеплением). Вместо ввода Rinter, как прямого
свойства интерфейса, этот параметр устанавливается вместе с прочностными
характеристиками грунта в наборе данных по материалам для грунтов и интерфейсов.
Более подробно о свойствах интерфейса говорится в параграфе 3.5.2.
Интерфейсы могут быть активированы и деактивированы в расчетных этапах,
используя Staged construction (Поэтапное строительство) в Loading input (Входная
нагрузка).
Интерфейсные элементы
Интерфейсы состоят из интерфейсных элементов. На рис. 3.11 показано, как
соединяются между собой интерфейсные и грунтовые элементы. Когда используются
15-узловые грунтовые элементы, соответствующие интерфейсные элементы
определены пятью парами узлов, в то время как 6-узловым грунтовым элементам,
соответствуют интерфейсные элементы определенные тремя парами узлов.
На рисунке интерфейсные элементы показаны как имеющие конечную толщину,
однако при выводе уравнений для конечных элементов узлы каждой пары получают
одинаковые координаты, что говорит о том, что толщина элементов равна нулю.
Каждому элементу присваивается "виртуальная толщина", представляющая собой
мнимый размер, который используется для определения материальных свойств
интерфейса. Виртуальная толщина задается как произведение среднего размера
элемента на коэффициент виртуальной толщины (Virtual thickness factor). Средний
размер элемента зависит от заданной глобальной крупности двухмерной сетки,
установленной для двухмерной регенерации сетки (см. параграф 3.6.2). По умолчанию
3-18
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
коэффициент виртуальной толщины принимается равным 0.1. Эту цифру можно
проверить, дважды щелкнув по геометрической линии и выбрав опцию Interface
(Интерфейс) в появившемся диалоговом окне. Однако мы рекомендуем без особой
нужды не менять установленное по умолчанию значение коэффициента. Дальнейшая
информация о виртуальной толщине содержится в параграфе 3.5.2.
д. ж
Рис. 3.11 Распределение узлов и точек напряжения в интерфейсных элементах и их
соединение с грунтовыми элементами.
Матрица жесткости для интерфейсных элементов определяется с помощью точек
интегрирования Ньютона-Котеса. Положение точек напряжения Ньютона-Котеса
совпадает с положением пар узлов. Таким образом, для 6-узловых интерфейсных
элементов используется интегрирование Ньютона-Котеса по трем точкам, а для 10-
узловых интерфейсных элементов — по пяти точкам.
Свойства интерфейсов
Основное свойство интерфейсного элемента это единый набор данных для фунтов и
интерфейсов. Это свойство содержится в окне свойства интерфейсов, которое можно
вывести двойным щелчком по интерфейсу в геометрической модели и выбрав
положительный или отрицательный интерфейсный элемент или цепь интерфейсов из
окна выбора. Как альтернативный вариант, модою нажать правую клавишу мыши,
затем выбрать опцию Properties (Свойства), и, наконец, положительный или
отрицательный интерфейсный элемент и интерфейсная цепь могут быть выбраны из
контекстного меню. В результате появляется окно Свойства интерфейсов,
показывающее соответствующие данные материала, которые можно изменить,
использую кнопку Change.
В дополнение, окно свойства интерфейса показывает коэффициент виртуальной
толщины (Virtual thickness factor). Этот коэффициент используется для расчета
виртуальной толщины элементов интерфейса (см. стр.3-18 Interface elements (элементы
интерфейса)). Стандартная величина коэффициента виртуальной толщины равна 0,1.
Необходимо быть осторожным при изменении стандартных величин. Стандартная
величина может быть переустановлена, используя кнопку Стандарт (Standart).
В расчете консолидации или фильтрационном расчете интерфейсные элементы могут
использоваться для блокировки фильтрации перпендикулярно интерфейсу, например,
для моделирования непроницаемого экрана. На самом деле, когда используются
интерфейсы совместно с плитами, интерфейс используется для препятствия
фильтрации, если плита полностью непроницаемая. В ситуациях, когда интерфейсы
должны быть полностью проницаемыми, возможно деактивировать интерфейс (см.
параграфы 3.8.3, 3.8.6, 3.9.1).
3-19
Справочное руководство
Интерфейсы вокруг угловых точек
Рис. 3.12 и 3.13 иллюстрирует тот факт, что при определении взаимодействия между
грунтом и сооружением могут возникать точки, требующие отдельного рассмотрения.
Углы жестких конструкций и резкие изменения граничных условий могут привести к
появлению пиковых напряжений и деформаций. Обычные конечные элементы не в
состоянии воспроизвести эти резкие пики и, как следствие, дадут колебания
напряжений, не имеющие реального физического смысла. Эта проблема может быть
решена при использовании интерфейсных элементов, показанных ниже.
Рис. 3.13 Нежесткие угловые точки, позволяющие лучшим образом смоделировать
напряжения.
Этот рисунок показывает, что проблемы колебания напряжений можно избежать путем
введения дополнительных интерфейсных элементов внутри слоя грунта. Эти элементы
улучшат трансформируемость сетки конечных элементов, что позволит избежать
появления напряжений, не имеющих физической природы. В любом случае, эти
элементы не должны вносить необоснованную слабость в грунт. Поэтому необходимо
уделять особое внимание свойствам этих интерфейсов. В параграфе [22] приведены
дополнительные теоретические детали этого особого случая использования
интерфейсных элементов.
3.3.6 Межузловые анкеры
Межузловые анкеры представляют собой пружины, использующиеся для
моделирования связей между двумя точками. Этот тип анкеров может быть
°	° выбран из подменю Geometry (Геометрия) или путем нажатия
....I соответствующей кнопки на панели инструментов. Типичные способы
применения включают моделирование анкерной стенки, показанной на рис. 3.6. Не
рекомендуется рисовать геометрическую линию, где предполагается расположить
межузловой анкер. Межузловые анкеры всегда должны быть соединены с
3-20
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
существующими геометрическими линиями, но не обязательно с существующими
геометрическими точками. В последнем случае геометрические точки вводятся
автоматически. Создание межузловых анкеров сходно с созданием геометрических
линий (см. параграф 3.3.1), однако, в отличие от других типов структурных объектов,
при создании анкеров не происходит одновременного создания геометрических линий.
Поэтому межузловые анкеры не приводят к созданию новых кластеров или разбивке на
части существующих.
Межузловой анкер представляет собой 2-узловой упругий пружинный элемент,
имеющий постоянную динамическую жесткость (нормальную жесткость). Такой
элемент может подвергаться как растягивающим (для анкеров), так и сжимающим (для
распорок) нагрузкам. Абсолютная величина силы может быть ограничена для того,
чтобы можно было смоделировать отказ анкера. Свойства анкера могут быть внесены в
базу данных по материалам, (см. параграф 3.5.5) .
Межузловые анкера могут быть активированы, деактивированы или преднапряжены в
ходе расчета используя опцию Staged construction (Поэтапное строительство), выбрав
ее в поле Loading input (Входная нагрузка).
3.3.7 Анкеры с защемленным концом
Анкеры с защемленным концом представляют собой пружины,
использующиеся для моделирования привязки к одной точке. Этот тип
анкеров может быть выбран из подменю Geometry (Геометрия) или путем
нажатия на соответствующую кнопку на панели инструментов. Примером
использования анкеров с защемленным концом является моделирование подкосов
шпунтовых стенок (см. рис. 3.6). Анкеры с защемленным концом всегда должны быть
соединены с существующими геометрическими линиями, но не обязательно с
существующими геометрическими точками. Анкер с защемленным концом
представлен в виде повернутой буквы Т (--1). Длина начерченного Т не имеет какого-
либо физического смысла. По умолчанию анкер с защемленным концом размещается
под углом 0 градусов, указывая в положительном направлении оси х. Если вы два раза
щелкнете в середине буквы "Т", на экран будет выведено окно свойств анкера, в
котором вы можете изменить его угол ориентации. Вводимый угол определяется в
направлении против часовой стрелки, считая от положительного направления оси х в
направлении оси у. Кроме угла в окне свойств анкера можно также ввести его
эквивалентную длину. Под эквивалентной длиной понимается расстояние между
точкой соединения анкера и воображаемой точкой на его продольной оси, в которой
перемещение равно нулю.
Анкер с защемленным концом представляет собой упругий одноузловой пружинный
элемент, имеющий постоянную динамическую жесткость (нормальную жесткость).
Другой конец пружины (задаваемый направлением и эквивалентной длиной) является
неподвижным (заделанным). Свойства анкера могут быть внесены в базу данных по
материалам (см. параграф 3.5.5).
Анкера с защемленном концом могут быть активированы, деактивированы или
преднапряжены в ходе расчета используя опцию Staged construction (Поэтапное
строительство), выбрав ее в поле Loading input (Входная нагрузка).
3-21
Справочное руководство
3.3.8 Туннели
Опция Туннель может быть использована для создания туннеля кругового и
некругового поперечного сечения, который возможно включить в
геометрическую модель. Поперечное сечение туннеля состоит из арок и
линий, так же возможно создать обделку и интерфейс. Поперечное сечение
туннеля может быть сохранено на жестком диске (т.е. файл с расширением .TNL) и
добавлено в в другие проекты. Опция туннелей доступна в подменю Geometry
(Ггометрия) или на панели инструментов.
Tunnel designer (Конструктор туннелей)
После выбора опции Туннель появляется окно конструктора туннелей.
Рис. 3.14 Конструктор туннелей со стандартной формой туннеля
Конструктор туннелей содержит следующие элементы (см. рис. 3.14)
Меню туннеля:
Панель инструментов:
Область изображения:
Линейки:
Меню с опциями для открытия и сохранения туннеля и
установки атрибутов туннеля.
Панель с кнопками для задания атрибутов туннеля.
Область, в которой показывается поперечное сечение
туннеля.
Линейки показывают размеры поперечного сечения
туннеля в локальных координатах. Начало локальной
3-22
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
системы координат используется как базисная точка для
размещения туннеля в геометрической модели.
Групповой блок секции: Блок содержит набор параметров и атрибутов отдельной
секции туннеля. С помощью кнопок I возможно
переходить к другим секциям.
Прочие параметры:	См. ниже.
Стандартные кнопки:	Для принятия (ОК) или отмены созданного туннеля.
Базовая форма туннеля
После выбора опции Туннель, следующие кнопки могут быть использованы для выбора
базовой формы тоннеля:

Целый туннель
Половина туннеля - Левая
Половина туннеля - Правая
Форма Whole tunnel (Целый туннель) используется в том случае, если в
геометрическую модель должно быть включено полное поперечное сечение туннеля.
Форма Half Tunnel используется, если в задаче рассматривается только половина
симметричной геометрической модели, а которой ось симметрии геометрической
модели совпадает с осью симметрии туннеля. В зависимости от стороны симметричной
линии, которая используется в геометрической модели, пользователь может выбрать
правую или левую половину туннеля. Половина туннеля также может быть
использована для построения криволинейных секций большего по размерам
сооружения (например, подземного резервуара-хранилища). Остальные линейные
секции сооружения могут быть добавлены в чертежном поле с помощью
геометрических линий или плит.
Тип туннеля:
Перед созданием поперечного сечения туннеля необходимо выбрать тип туннеля.
Доступные типы: None, Bored tunnel, NATM tunnel:
- None: Выберите эту опцию, когда вы хотите создать внутренний геометрический
контур, состоящий из различных секций, и Вы не хотите создавать туннель.
Каждая секция определяется линией, аркой или утлом. Контур состоит из двух
линий, если вы введете положительное значение для параметра (Thickness)
Толщина. Две линии создадут отдельные кластеры с соответствующей
толщиной, при вставлении контура в геометрическую модель. Каждой секции
внешней поверхности контура можно добавить обделку (контур) и интерфейс.
- Bored tunnel: Выберете эту опцию для создания круглого туннеля, который
включает однородную обделку туннеля (состоящую из круглых контуров) и
3-23
Справочное руководство
интерфейсов для внешней поверхности контура. Очертание туннеля состоит из
различных секций, которые могут быть обозначены дугами. Так как туннель
круглый, каждая секция задается радиусом, который определяется в первой
секции. Если Вы введете положительное значение для параметра (Thickness)
Толщина, очертание туннеля будет состоять из двух линий. Таким образом,
массивный контур туннеля может моделироваться с помощью объемных
элементов.
Очертание туннеля (контур) предполагаются однородными и непрерывными. В
результате, ввод данных материалов и включение или выключение контура в
рабочем окне поэтапного строительства, может осуществляться только для
контура в целом (а не отдельно для каждой секции). Если контур активирован,
то усадка контура туннеля может быть включена для имитации потери объема
при проходке туннеля (Пар. 4.7.8.)
- NATM tunnel: Выберете эту опцию для создания туннеля, который включает
обделку туннеля (состоящую из плит) и интерфейс на внешнем контуре.
Очертание туннеля состоит из различных секций, которые могут быть
определены с помощью дуг. Очертание туннеля будет состоять из двух линий,
если вы введете положительное значение для параметра толщины. Таким
образом, толстый контур туннеля может быть создан с помощью объемных
элементов. Возможно применение обделок для наружных контурных линий,
например для моделирования соединения внешней обделки (набрызг бетона как
плита) и внутренней обделки (конечная обделка как объем).
Обделка туннеля (оболочка) предполагается дискретной. В результате задания
данных по материалам и активирование или деактивирование обделки в рабочем
окне {Staged construction) поэтапное строительство осуществляется для каждой
секции отдельно. Для NATM туннелей невозможно применение сужения
обделки (Усадки). Для моделирования деформаций при сооружении котлована и
строительстве NATM туннелей возможно применение других методов расчета
(параграф 4.7.6 и 4.7.11).
Секции туннеля:
Создание поперечного сечения туннеля начинается с определения внутренней границы
туннеля, которая состоит из секций. Каждая секция является либо другой (частью
окружности, определяемой центром, радиусом и углом), либо линейным (Line)
приращением (определяемым точкой начала и длинной). В дополнение, острые углы
могут быть заданы, то есть резкий переход от одной секции туннеля к другой. По
умолчанию туннель имеет круговое сечение и состоит из 6 секций (по 3 секции для
каждой половины туннеля).
Первая секция начинается с горизонтальной касательной в нижней точке на локальной
оси у (высшая точка для левой половины) и идет в направлении против часовой
стрелки. Положение начальной точки первой секции определяется координатами
центра (Centre) и величиной радиуса (Radius) (если первая секция является дугой) или
координатами начальной точки (если первая секция это линия). Конечная точка первой
секции определяется величиной угла (Angle) (в случае арки) или длинной (в случае
линии).
3-24
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Начальная точка следующей секции совпадает с конечной точкой предыдущей секции.
Начало касательной следующей секции идентично концу касательной предыдущей
секции. Если обе секции являются дугами, то обе секции имеют одинаковый луч
(направленный по нормали к секции туннеля), но не обязательно одинаковый радиус
(см. рис. 3.15). Следовательно, центральная точка следующей секции расположена на
этом общем луче, а ее точное положение определяется радиусом секции. Если
касательная контура туннеля в точке соприкосновения является дискретной, острый
угол может быть введен путем выбора параметра уголок (Comer) для следующей
секции. В этом случае быстрое изменение в касательную может быть внесено с
помощью параметра Угол (Angle). Радиус и угол последней секции определяются
таким образом, чтобы последний луч совпал с осью у.
Рис. 3.15 Соединительная точка между двумя секциями туннеля
Для целого туннеля начальная точка первой секции должна совпадать с конечной
точкой последней секции. Это совсем не обязательно выполняется автоматически.
Расстояние между начальной и конечной точками (в единицах длины) определяется как
невязка. Конечное значение невязки указывается в строке состояния конструктора
туннелей. Правильно заданное поперечное сечение должно иметь нулевую невязку.
При возникновении невязки рекомендуется тщательно проверить данные по секциям
туннеля.
Количество секций определяется суммой углов секций. Для целых туннелей сумма
углов составляет 360 градусов, а для половин туннелей - 180 градусов. Максимальный
угол секции равен 90.0 градусов. При уменьшении угла одной из промежуточных
секций угол последней секции будет увеличиваться на ту же самую величину до тех
пор, пока не будет достигнуто максимальное значение. Если и после этого уменьшать
угол одной из промежуточных секций, программа создаст в конце дополнительную
секцию. При увеличении угла промежуточной секции угол последней секции туннеля
будет уменьшаться, что может привести к полному исчезновению последней секции.
Когда создание поперечного сечения туннеля завершено, он может быть сохранен как
туннель-объект, на жестком диске используя опцию (Save) Сохранить из меню (File)
Файл в окне создания туннеля.
3-25
Справочное руководство
Симметричный туннель:
Опция Symmetric tunnel (Симметричный туннель) используется только для целых
туннелей. При выборе этой опции туннель делается полностью симметричным. В этом
случае ввод данных осуществляется так же, как для половины туннеля (правой). Левая
половина туннеля строится симметрично правой половине.
Туннель кругового сечения:
При изменении радиуса одной из секций туннеля туннель уже не будет круговым. Для
того, чтобы снова сделать сечение туннеля круглым, можно воспользоваться опцией
<Circular> (Круговое сечение). Если выбрана эта опция, все секции туннеля будут
дугами с одинаковым радиусом. В этом случае радиус может быть введен только для
первой секции туннеля. Эта опция выбирается автоматически, если тип туннеля - Bored
tunnel.
Добавление туннеля в геометрическую модель
После нажатия кнопки <ОК> в окне конструктора туннелей оно закрывается, и на
экран снова выводится главное окно ввода данных. Рядом с символом курсора на
экране возникает кружок, что должно напомнить пользователю о необходимости
выбора базисной точки для туннеля. Базисная точка - эта точка, в которой будет
находиться начало локальной системы координат туннеля. Когда базисная точка
указана щелчком мыши в нужном месте экрана или вводом координаты точки в строке
ручного ввода, туннель будет добавлен в геометрическую модель с учетом его
возможных пересечений с существующими геометрическими линиями или объектами.
Редактирование существующего туннеля
Существующий туннель может быть отредактирован путем двойного щелчка мыши по
его базисной точке или на других точках туннеля. В результате появится окно
конструктора туннелей, в котором будет показано существующее поперечное сечение
туннеля. Теперь могут быть внесены необходимые изменения. Путем нажатия на
кнопку <ОК>, вместо "старого" туннеля в геометрической модели появится "новый",
включенный в геометрическую модель, имеющий ту же базисную точку. Обратите
внимание на то, что после редактирования туннеля необходимо переопределить ранее
заданные наборы данных для его модификации.
3.4	Нагрузки и граничные условия
Подменю Loads (Нагрузки) содержит опции для введения распределенных нагрузок
(полосовых), сосредоточенных нагрузок и заданных перемещений в геометрическую
модель. Нагрузки и заданные перемещения могут иметь место, как на ее границах, так
и внутри модели.
3.4.1 Заданные перемещения
Заданные перемещения представляют собой особые условия, которые могут
быть приложены к геометрическим линиям для контроля за перемещениями
этих линий. Заданные перемещения могут быть выбраны из подменю Loads
(Нагрузки) или с помощью соответствующей кнопки на панели инструментов.
Ввод заданных перемещений в геометрическую модель сходен с вводом
3-26
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
геометрических линий (см. параграф 3.3.1). По умолчанию входные значения заданных
перемещений задаются таким образом, чтобы вертикальное перемещение было равно —
минус единице в используемых единицах длины (иу = -1) и горизонтальное
перемещение было свободным.
Рис. 3.16 Окно ввода для заданных перемещений
входные значения заданных перемещений могут быть изменены путем двойного
щелчка по соответствующей геометрической линии и выбора в диалоговом окне опцию
Prescribed displacements (Заданные перемещения). В результате появится окно
заданных перемещений, в котором можно будет изменить входные значения заданных
перемещений для обеих конечных точек геометрической линии. Распределение всегда
проходит вдоль линии. Входные значения могут меняться в диапазоне [-9999, 9999]. В
случае если одно из направлений перемещения задано, а второе нет, можно
использовать соответствующую флаговую кнопку в групповом блоке Free directions
(Свободные направления) для того, чтобы указать, какое направление является
свободным. Кнопка <Perpendicular> (Перпендикуляр) может использоваться для задания
заданного единичного перемещения в направлении, перпендикулярном
соответствующей геометрической линии. Для внутренних геометрических линий
перемещение производится в правую сторону от линии (если считать, что линия
проходит в направлении от первой точки к второй). Для геометрических линий на
границе модели направление перемещения направлено внутрь модели.
В случае геометрической линии, для которой указаны как заданные перемещения, так и
полосовые нагрузки, при проведении расчетов заданные перемещения имеют
преимущество над полосовыми нагрузками за исключением случая, если эти заданные
перемещения не активированы. С другой стороны, если заданные перемещения
действуют на полностью закрепленную линию, полное закрепление будет иметь
преимущество над заданными перемещениями, что означает, что перемещения по этой
линии останутся нулевыми. Таким образом, нет смысла прикладывать заданные
перемещения к полностью закрепленной линии.
Хотя входные значения заданных перемещений могут быть определены в
геометрической модели, действительные значения, которые прикладываются во время
расчета, могут быть изменены в рамках Staged construction (параграф 4.7.4). Кроме
этого, существующее сочетание заданных перемещений может быть глобально
увеличено при помощи множителей нагрузок Mdisp и XMdisp (параграф 4.8.1).
Во время расчета реактивные силы, соответствующие заданным перемещениям, в
направлениях х и у вычисляются и сохраняются как выходные параметры (Force-X,
Force-Y).
3-27
Справочное руководство
3.4.2 Закрепления
Закрепления являются заданными перемещениями, равными нулю. Эти условия могут
быть применены как к геометрическим линиям, так и к геометрическим точкам.
Закрепления выбираются из подменю Loads (Нагрузки). В геометрической модели
различаются горизонтальное закрепление (Horizontal fixity) (их = 0) и вертикальное
закрепление (Vertical fixity) (иу=0). Кроме того, может быть выбрано полное
закрепление (Totalfixity), являющееся комбинацией обоих закреплений (цх=нт=0).
Заданные перемещения и интерфейсы
Для того чтобы ввести резкий переход (скачок) для различных заданных перемещений
или между заданными перемещениями и закреплениями (например, для моделирования
задачи опускного люка — см. рис. 3.17), необходимо создать интерфейс в точке
перехода, перпендикулярно к геометрической линии. Полученная в результате этого
переходная зона между двумя разными перемещениями будет иметь нулевой размер. В
отсутствии интерфейса переход будет иметь место внутри одного из элементов,
соединенных с точкой перехода. При этом переходная зона будет определяться
размером элемента. До этого времени переходная зона будет неограниченно большой.
Рис. 3.17. Моделирование задачи опускного люка с помощью интерфейсов
3.4.3 Стандартные закрепления
_____При выборе опции Standard fixities (Стандартные закрепления) из подменю
' ||_1|| Loads (Нагрузки) или нажатии на соответствующую кнопку на панели
LJI инструментов программа PLAXIS автоматически применит к существующей
геометрической модели комплекс общих граничных условий. Эти общие
условия создаются по следующим правилам:
Вертикальные геометрические линии, у которых координата х равна наименьшему или
наибольшему значению координаты х в модели, получают горизонтальное закрепление
(их = 0).
Горизонтальные геометрические линии, у которых координата у равна наименьшему
значению координаты у в модели, получают полное закрепление (их = иу = 0).
Плиты, доходящие до границ геометрической модели, получают закрепление
относительно вращения в точке пересечения с границей (Фх = 0), если хотя бы одно из
направлений перемещения в этой точке является фиксированным.
3-28
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Стандартные закрепления могут использоваться как быстрый и удобный способ
задания граничных условий в целом ряде практических задач.
3.4.4 Полосовые силы
Г>7£1 ®вод полосовых сил в геометрическую модель производится аналогично вводу
Ффф| геометрических линий (см. параграф 3.3.1). Две системы нагрузок (А и В)
* * I предусмотрены для комбинации сосредоточенных и полосовых сил. Нагрузки
А и В могут быть задействованы независимо друг от друга. Полосовые силы для
системы А или В могут быть выбраны из подменю Loads (Нагрузки) или путем нажатия
на соответствующую кнопку на панели инструментов.
Рис. 3.18 Окно ввода для полосовых сил
Входные значения полосовых сил указываются в единицах силы, отнесенных на
единицу площади (например, в кН/м2). Полосовые силы могут состоять из X и У
составляющих. По умолчанию, полосовые силы, приложенные к геометрической
модели, представляют собой удельное давление, перпендикулярное к границе модели.
Для изменения входного значения полосовой силы следует два раза щелкнуть по
соответствующей геометрической линии и выбрать нужную систему нагрузки в
появившемся диалоговом окне. В результате появится диалоговое окно Distributed
Loads (П°л°совые силы), в котором вы можете указать обе составляющие полосовой
силы для обоих концов геометрической линии. Распределения усилий вдоль линии
всегда имеет линейный характер.
Хотя ввод величин полосовых сил может быть осуществлен в геометрической модели,
реальные значения, которые применены в расчетах, могут быть изменены в рабочей
области Поэтапного строительства Staget constraction (см. параграф 4.7.3). Кроме того,
существующие комбинации сил могут быть глобально увеличены с помощью
коэффициентов нагрузок М|(1а1)Л (или £М|са(]А) для системы нагрузки А и MiIlaliri (или
LM|cadB) для системы нагрузок В (см. параграф 4.8.1).
В случае геометрической линии, на которую действуют как заданные перемещения, так
и полосовые силы, заданные перемещения в ходе расчетов имеют преимущество над
полосовыми силами при условии, что заданные перемещения активированы. Таким
образом, не имеет смысла прикладывать полосовые силы к линии с полностью
заданными перемещениями. Если задано только одно из направлений перемещения, а
второе является свободным, полосовые силы могут быть приложены в свободном
направлении перемещения.
3-29
Справочное руководство
3.4.5 Сосредоточенные силы
Л! оп,(и!| может быть использована для создания сил действующих на
ф, I геометрическую точку, которые, по сути, являются сосредоточенными
* силами. Входные значения сосредоточенных сил указываются в единицах
силы на единицу длинны (например, кН/м). В осесиметричных моделях,
сосредоточенные силы, по сути, являются линейными нагрузками в секции круга в
один радиан. В этом случае входные значения сосредоточенных сил так же даются в
единицах силы (например, кН, если окно ввода все еще не показывает кН/м). Заметим,
что эта сила действует только в секции круга с единичным радианом. Для ввода
входных значений из реальной ситуации настоящая сосредоточенная сила должна быть
разделена на 2л для получения входного значения сосредоточенной силы в центре
осесиметричной модели.
Создание сосредоточенных или линейных нагрузок в геометрической модели сходно с
созданием геометрических точек (Пар. З.З.1.). Две системы нагрузок (А и В)
предусмотрены для комбинации рассредоточенных, полосовых и сосредоточенных
нагрузок. Системы нагрузок А и В могут быть задействованы независимо друг от
друга. Сосредоточенные силы для системы А и В могут быть выбраны из подменю
Loads (Нагрузки) или путем нажатия на соответствующую кнопку на панели
инструментов.
Рис. 3.19 Окно ввода для сосредоточенных сил
Входные значения сосредоточенных (или полосных сил) указываются в единицах силы
на единицы длины (например, kN/m). Сосредоточенные силы могут состоять из X и Y
составляющих. По умолчанию, сосредоточенная сила, приложенная к геометрической
модели, представляет собой единичную силу, действующую по вертикали в
отрицательном направлении. Входное значение может быть изменено двойным
щелчком по соответствующей геометрической точке и выбором нужной системы
нагрузки в появившемся диалоговом окне. После этого появится диалоговое окно Point
force (Сосредоточенная сила), в котором вы можете указать две составляющих
сосредоточенной силы.
Хотя значения сосредоточенных сил могут быть обозначены в геометрической модели,
реальные нагрузки, которые применяются в расчетах, могут быть изменены в рабочей
области поэтапного строительства Staget constraction. Кроме того, существующие
комбинации нагрузок могут быть значительно увеличены с помощью коэффициентов
нагрузок М|0М1а (или ЕМ|()ас,д) для системы нагрузки А и М|ом|в (или £M|(ia[IB) для системы
нагрузок В (см. параграф 4.8.1).
3-30
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
В части геометрической модели, где применяются заданные перемещения и
сосредоточенные силы, заданные перемещения имеют преимущество перед
сосредоточенными силами при условии, что заданные перемещения активированы.
Таким образом, не имеет смысла применять сосредоточенные силы на линии с
полностью заданными перемещениями. Когда только одно направление перемещения
задано, в то время как второе направление свободно, полосовые силы могут быть
приложены в свободном направлении перемещения.
3.4.6 Фиксированное вращение
Фиксированное вращение используется для того, чтобы зафиксировать
-вращательную степень свободы плиты вокруг основания. После выбора опции
Fixed rotation (Фиксированное вращение) из подменю Loads (Нагрузки) или
путем нажатия на соответствующую кнопку на панели инструментов необходимо
указать с помощью мыши геометрическую точку (или точки), к которой
будетприменяться фиксированное вращение. Это может быть применено только к
плитам, но не обязательно к существующим геометрическим точкам. Если выбрана
точка в середине плиты будет введена новая геометрическая точка.
Существующие установки фиксированного вращения можно убрать, выбрав
фиксированное вращение на геометрической модели и нажав клавишу <Del> на
клавиатуре.
3.4.7 Дренажи
Дренажи обычно задаются линиями внутри геометрической модели, где
поровое давление (избыточное) равно нулю. Эта опция подходит только для
31 > ' расчета консолидации или фильтрационного расчета. Опцию Drain можно
выбрать из подменю Geometry (Геометрия) или путем нажатия на
соответствующую кнопку на панели инструментов. Создание дренажа в
геометрической модели схоже с созданием геометрической линии (см. параграф 3.3.1).
В расчете консолидации, избыточное поровое давление устанавливается нулевым во
всех точках, которые принадлежат дренажу, тогда как при расчете фильтрации
грунтовых вод, активное поровое давление устанавливается равным нулю, при условии,
что дренаж активирован.
Дренажи могут быть активированы и деактивированы на этапах расчета, используя
Staged construction (Поэтапное строительство) как Loading input (Входная нагрузка).
3.4.8 Колодцы
можно
Колодцы обычно задаются точками внутри геометрической модели, где
определенный расход вычитается из (источник) или прибавляется (сток) в
грунте. Эта опция подходит только для фильтрационного расчета. Опцию Well
выбрать из подменю Geometry (Геометрия) или путем нажатия на
соответствующую кнопку на панели инструментов. Создание колодца в
геометрической модели подобно созданию анкера с защемленным концом, но он не
привязывается к существующей геометрической линии.
3-31
Справочное руководство
После создания колодца, его расход задается, дважды щелкнув по колодцу в
геометрической модели. Это может потребовать изменения масштаба в области, где
находится колодец. В результате появится диалоговое окно. В этом окне расход
вводится как положительное значение в единицах объема на единицу времени на
расстояние вне плоскости. Дополнительно, это может быть применено, если колодец
используется для моделирования Источника (Extraction) из грунта (положительный
расход) или для моделирования Инфильтрации (Infiltration) в грунте (отрицательный
расход).
Перед выполнением фильтрационного расчета колодец может быть активирован или
деактивирован (см. параграф 3.9.1).
3.5	Свойства материалов
В программе PLAXIS свойства грунта и материалов, из которых выполнены
сооружения, хранятся в наборах данных по материалам. Имеется 4 типа наборов
данных: для грунтов и интерфейсов, плит, георешоток и анкеров. Все наборы данных
хранятся в базе данных по материалам. Наборы данных из этой базы могут быть
присвоены кластерам грунта и соответствующим структурным объектам
геометрической модели.
База данных но материалам
База данных по материалам может быть активирована с помощью одной из
опций из подменю Materials (Материалы) или кнопки Material sets (Наборы
данных по материалам) на панели инструментов. На экран будет выведено
окно Material sets (Наборы данных по материалам) с проектной базой данных.
Проектная база данных содержит наборы данных по материалам для текущего проекта.
База данных нового проекта является пустой. Кроме проектных баз данных имеется
также глобальная база, которая может использоваться для хранения наборов данных по
материалам в глобальной директории и для обмена наборами данных между
различными проектами. Для просмотра глобальной базы данных щелкните по кнопке
<GIobaI>»> (Глобальная база данных) в верхней части окна. Окно увеличится и
примет вид, показанный на рис. 3.20.
В обеих частях окна (Project data base — Проектная база данных и Global data base —
Глобальная база данных) имеется по списковому окну и дереву наборов данных. В
левом списковом окне можно задать тип набора данных. Параметр Set type (Задать
тип) определяет, какой из четырех типов наборов данных будет показан в находящемся
ниже дереве (Soil & Interfaces — Грунт и интерфейсы, Plates - Плиты, Geotextiles -
Георешотки, Anchors - Анкеры). Наборы данных в дереве идентифицируются
пользовательскими именами. Наборы данных типа Грунт и интерфейсы могут быть
сгруппированы в зависимости от модели материала, его типа или имени набора данных.
Порядок группирования данных может быть выбран в списковом окне Group order
(Порядок групп). При выборе опции None (Без упорядочения) наборы данных не будут
упорядочены по группам.
Небольшие кнопки между двумя деревьями (> и <) могут использоваться для
копирования отдельных наборов данных из проектной базы данных в глобальную и
наоборот. Кнопка » используется для копирования всех наборов данных из проектной
базы данных в глобальную.
3-32
Plaxis Версия 8
Ввод (предварительная обработка) данных
Под деревом набора глобальной базы данных находится три кнопки. Кнопка открыть
(Open) используется для открытия существующей базы данных с данными по
материалам (то есть файл с расширением .MDB), который в дальнейшим используется
как глобальная база данных. Кнопка Удаление (Delete) используется для удаления
выбранной базы данных по материалам из глобальной базы данных. Кнопка Создать
(Create) используется для сохранения глобальной базы данных по материалам как
раздельные базы данных. По умолчанию глобальная база данных для грунтов и база
интерфейсов содержит данные всех обучающих уроков и содержится в файле
«Soildata.MDB», который распологается в поддиректории DB в директории программы
Plaxis. Этот файл совместим со схожими файлами баз данных других продуктов Plaxis.
Подобным образом, глобальные базы данных для плит (или балок), георешеток (или
георешоток) и анкеров содержится в файлах «Beams.MDB», «Geotex.MDB» и
«Anchors.MDB» соответственно. Эти совместимые файлы Plaxis также располагаются в
поддиректории DB программной директории Plaxis.
Расположенные под деревом кнопки используются для просмотра создания,
редактирования, копирования или удаления наборов данных. Для создания нового
набора данных щелкните по кнопке <New> (Новый). Появится новое диалоговое окно,
в котором вы сможете указать свойства материалов или параметры модели. Первым
всегда вводится параметр Identification (Идентификация), представляющий собой
пользовательское имя набора данных. По завершению ввода данных новый набор
появится на дереве под тем именем, которое было введено в поле Identification
(Идентификация).
Для редактирования существующего набора данных следует выбрать его на дереве и
щелкнуть по кнопке <Edit> (Редактировать). Если вы выберете существующий набор
данных и щелкните по кнопке <Сору> (Копировать), программа создаст новый набор
данных, все параметры которого будут идентичны параметрам выделенного набора
(равны им). Если какой-то набор данных вам более не нужен, следует выделить его и
щелкнуть по кнопке <Del> (Удалить). В ситуациях, где невозможно изменить базу
данных проекта (то есть в начальных условиях или в режиме поэтапного
строительства), кнопка Редактировать (Edit) заменяется кнопкой Вид (View). Нажав на
эту кнопку можно просмотреть существующие данные.
3-33
Справочное руководство
Рис. 3.20. Окно наборов данных по материалам с выведенными проектной и глобальной
базами данных.
3.5.1 Моделирование поведения грунта
Характеристики нагруженного грунта или скальной породы отличаются крайней
нелинейностью. Эта нелинейная деформируемость материала может быть
смоделирована на разном уровне сложности. Совершенно очевидно, что с повышением
уровня сложности возрастает количество модельных параметров. Хорошо известная
модель Мора-Кулона может рассматриваться как приближение первого порядка по
отношению к реальному поведению грунта. Эта упругопластическая модель требует
знания пяти основных входных параметров, а именно, модуля Юнга, Е, коэффициента
Пуассона, ц сцепления, с, угла внутреннего трения, <р, и угла дилатансии, у/. Так как
инженеры-геотехники обычно хорошо знакомы с этими пятью параметрами, но почти
не имеют данных по остальным характеристикам грунта, мы здесь подробно
остановимся именно на этой базовой модели грунта. Программа PLAXIS также
поддерживает некоторые более совершенные модели грунта. Эти модели и их
параметры рассмотрены в Пособии по моделям грунтов.
3-34
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Рис. 3.21. Результаты, полученные с помощью стандартных дренированных испытаний
на трехосное сжатие и обработанные для упругопластической модели.
Сравнение базовых модельных параметров с реальным поведением грунта
Для лучшего понимания пяти базовых модельных параметров рассмотрим типичные
диаграммы напряжений-деформаций, полученные в ходе стандартных дренированных
испытаний на трехосное сжатие (см. рис. 3.21). Материал подвергается изотропному
сжатию вплоть до достижения определенного ограничивающего напряжения 03. После
этого осевое давление aj будет возрастать, в то время как радиальное напряжение
остается постоянным. На этой второй стадии нагружения геоматериалы обычно дают
кривые, показанные на рис. 3.21а. Увеличение объема (относительная объемная
деформация) типично для песка и достаточно часто наблюдается для скальных пород.
На рис. 3.21b показаны результаты испытаний, представленные в идеализированной
форме с помощью модели Мора-Кулона. Этот рисунок дает представление о пяти
базовых модельных параметрах и объясняет их смысл. Обратите внимание на то, что
угол дилатансии необходим для моделирования необратимого увеличения объема
грунта.
3.5.2 Наборы данных для грунта и интерфейсов
Свойства и модельные параметры для кластеров грунта вводятся в наборы данных.
Свойства интерфейсов связаны со свойствами грунта и вводятся в те же наборы
данных, что и свойства грунтов. Набор данных по грунту и интерфейсам обычно
представляет определенный слой грунта и может быть присвоен соответствующему
кластеру (кластерам) геометрической модели. Имя базы данных отображается в окне
свойств кластеров. Интерфейсы, которые представлены в или вдоль кластера получают
тот же набор данных. В окне свойств интерфейса этот материал обозначается как
Cluster material (Матерная кластера).
3-35
Справочное руководство
Рис. 3.22 Окно набора данных по грунту и интерфейсам (вкладка General — Общие
свойства}
Для того, чтобы различать разные слои грунта, можно создать несколько наборов
данных. Пользователь может указать любое идентификационное имя для набора
данных. Рекомендуется использовать значащие имена, т.к. под ними наборы данных
выводятся на дереве базы данных. Для облегчения ориентации в модели,
определенному набору данных присваивается свой цвет. Этот цвет также появляется в
дереве набора данных. PLAXIS выбирает цвет по умолчанию для каждого набора
данных, но этот цвет пользователь может изменить. Цвет меняется нажатием на
цветной квадрат в нижнем левом углу окна набора данных.
Свойства наборов данных разбиты по трем вкладкам: General (Общие свойства),
Parameters (Параметры) и Interfaces (Интерфейсы). Вкладка General (Общие
свойства) содержит данные по типу модели, типу поведения и общим свойствам
грунта, таким как удельные веса. Вкладка Parameters (Параметры) содержит
жесткостные и прочностные параметры выбранной модели грунта. Вкладка Interfaces
(Интерфейсы) содержит параметры, связывающие свойства интерфейсов со
свойствами грунта.
3.5.3 Модель материала
Программа PLAXIS поддерживает различные модели, воспроизводящие поведение
грунта и других материалов. Модели и их параметры подробно рассмотрены в Пособии
по моделям грунтов. Ниже приведено краткое описание имеющихся моделей:
Linear elastic (Линейная упругая модель):
3-36
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Эта модель представляет закон Гука о изотропной линейной упругости. Модель
включает два постоянных параметра жесткости: модуль Юнга, Е, и коэффициент
Пуассона, и Линейная упругая модель имеет очень ограниченное применение для
моделирования поведения грунтов. Она, в основном, используется для жестких
массивных сооружений, находящихся в толще грунта.
Mohr-Coulomb (Модель Мора-Кулона):
Эта хорошо известная модель используется для представления поведения грунта в
первом приближении, т.е. как первое, общее приближение к реальному поведению
грунта. Эта модель требует задания пяти основных параметров, а именно, модуля
Юнга, Е, коэффициента Пуассона, и, сцепления, с, угла трения, tp, и угла дилатансии, цг.
Jointed Rock (Модель скального грунта):
Эта анизотропная упругопластическая модель, где пластический сдвиг имеет место в
ограниченном числе направлений. Эта модель может использоваться для
моделирования слоистых горных пород.
Hardening Soil (Модель упрочняющегося грунта):
Это упругопластическая разновидность гиперболической модели, описывающая
пластичность грунтов при их упрочнении. Кроме того, модель затрагивает упрочнение
при сжатии для моделирования необратимого сжатия грунта в условиях первичного
уплотнения. Эта модель может использоваться для моделирования поведения как
песков и гравия, так и слабых грунтов, таких как глины и илы.
Soft Soil (Модель слабого грунта):
Это модель типа Cam-Clay, которая используется для моделирования поведения слабых
грунтов, таких как нормально уплотненные глины и торф. Модель лучше всего
работает в ситуациях первичного уплотнения.
Soft Soil creep (Модель ползучести слабого грунта):
Эта модель, описывающая вязкопластичное поведение грунта, может использоваться
для моделирования зависящего от времени поведения слабых грунтов.
User-defined (Пользовательская модель грунта):
С помощью этой опции возможно использование других моделей, отличных от
стандартных моделей PLAXIS. Для детального описания этой опции дана справочная
информация в руководстве Material Models.
Material type (Тип поведения материала)
В принципе, все модельные параметры в программе PLAXIS представляют
эффективную реакцию грунта, т.е. связь между напряжениями и деформациями скелета
грунта. Важной особенностью грунта является присутствие в нем поровой воды.
Реакция грунта существенно зависит от порового давления. Для того, чтобы можно
было учесть взаимодействие между поровой водой и скелетом грунта при
моделировании реакции последнего, программа PLAXIS позволяет выбрать для каждой
из моделей грунта один из трех типов поведения:
3-37
Справочное руководство
Drained (Дренированное поведение грунта):
При выборе этой опции избыточное поровое давление генерироваться не будет. Это
имеет место для сухих грунтов, а также в случае полного дренирования из-за высокой
проницаемости грунта (песок) и/или низкой скорости нагружения. Эта опция может
также использоваться для моделирования стабилизированного поведения грунта без
необходимости воспроизводить точную историю недренированного нагружения и
консолидации грунта.
Vndrained (Недренированное поведение грунта):
Эта опция дает возможность учета полного развития избыточного порового давления.
Фильтрацией поровой воды в ряде случае можно пренебречь из-за низкой
проницаемости грунта (глины) и/или высокой скорости нагружения.
Все кластеры, указанные как недренированные, будут вести себя соответствующим
образом, даже если они полностью или частично находятся над уровнем грунтовых
вод. Обратите внимание на то, что в модель должны быть введены эффективные
параметры, т.е. £', V, с', гр' , а не Еи, ии, cu (s„), фа. Программа PLAXIS автоматически
добавляет к жесткости и прочности скелета грунта объемную жесткость воды и
проводит различие между полными напряжениями, эффективными напряжениями и
избыточным поровым давлением:
Полные напряжения: Др = Kti  Леу
Эффективное напряжение: Др'= (1-й)-Ад =
Избыточное поровое давление: Bpw = В  Ар = —-  Аг’„
п
Здесь Др - приращение полного напряжения, Др' — приращение эффективного среднего
напряжения и Дри - приращения избыточного парового давления. В - параметр
Скептона, относящийся к пропорции приращения общего напряжения к приращению
избыточного порового давления. Ки- недренированный объемный модуль, К - объемный
модуль скелета грунта, К„ - модуль объемного сжатия поровой воды, п - пористость
грунта и Ле, - приращение относительной объемной деформации.
Для недренированных слоев PLAXIS не использует слишком большой модуль
объемного сжатия воды, т.к. это может привести к плохой обусловленности матрицы
жесткости и вычислительным проблемам. Фактически, зависимость общей жесткости
от изотропного сжатия грунта и воды, по умолчанию, выражается объемным модулем
скелета грунта:
2G(l+v„)
3(l-2v„)
где G - ——------и и = 0.495
2(1 +v')
В результате, считается, что поровая вода обладает определенной сжимаемостью и
таким образом В- параметр не существенно меньше 1.0. При изотропном нагружении
часть нагрузки перейдет в эффективные напряжения (по крайней мере, при небольших
эффективных значениях коэффициента Пуассона). Для недренированного материала
эффективное значение коэффициента Пуассона должно быть менее 0.35.
3-38
Plaxis Версия 8
___________________________________Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Использование больших значений коэффициента Пуассона означало бы, что вода не
обладает достаточной жесткостью по отношению к скелету грунта.
Значение по умолчанию недренированного коэффициента Пуассона, vu, может быть
переопределено ручным заданием В-параметра Скемптона в окне
усовершенствованных параметров Мора - Кулона. (Для больших подробностей см. стр.
3-43).
Non-porous (Непористый материал):
При использовании этой опции программа не будет учитывать ни начального, ни
избыточного порового давления в кластерах соответствующего типа. Опция может
быть использована для моделирования бетона и скалы или работы конструкций. Опция
Non-porous (Непористый материал) часто используется в комбинации с Linear elastic
(Линейная упругая модель). Для непористых материалов нет необходимости вводить их
вес во влажном состоянии.
Опция Non-porous (Непористый материал) может также быть применена к
интерфейсам. Для того чтобы полностью заблокировать поток через шпунтовую стенку
или любую другую водонепроницаемую конструкцию, молено присвоить окружающим
ее интерфейсам отдельный набор данных, в котором тип материала будет задан как
непористый.
Вес грунта в естественном и насыщенном состоянии (ysat и yunsat)
Понятие удельного веса насыщенного грунта и в естественном состоянии относится к
общему удельному весу грунта, включая материал, содержащийся в порах. Удельный
вес в естественном состоянии yunsat применим ко всем материалам, находящимся выше
уровня грунтовых вод, а удельный вес насыщенного грунта ysat - ко всем материалам
ниже уровня грунтовых вод. Объемный вес измеряется как сила, отнесенная к
единичному объему. Для непористых материалов применим только вес в естественном
состоянии, который практически является общим весом. У пористых материалов
удельный вес в естественном состоянии заметно меньше удельного веса в насыщенном
состоянии. Например, у песка вес в насыщенном состоянии - порядка 20 кН/м3, в то
время как в естественном сотоянии вес может быть значительно ниже, в зависимости от
степени насыщения. Обратите внимание на то, что грунты типа глин никогда не
бывают полностью сухими. Следовательно, целесообразно не вводить реальный вес в
сухом состоянии для YUnsai. Глина, находящаяся выше уровня грунтовых вод, может
быть полностью водонасыщенной из-за капиллярного эффекта. Прочие зоны выше
уровня грунтовых вод могут быть частично водонасыщенными. Однако, поровое
давление выше уровня грунтовых вод всегда равно нулю. В этом случае капиллярное
давление игнорируется.
Объемный вес активируется с помощью параметра EMweight при генерации начальных
напряжений (процедура Кв) (см. параграф 3.9.3) или опции Gravity loading
(Гравитационное нагружение) в программе Calculation (Расчеты).
Проницаемость материалов (кх и ку)
Проницаемость имеет размерность скорости (отношение единицы длины к единице
времени). Ввод значений проницаемости требуется только при расчете консолидации
грунта и фильтрации грунтовых вод. В этом случае необходимо указать проницаемость
для всех кластеров, включая почти непроницаемые слои. Программа PLAXIS различает
3-39
Справочное руководство
горизонтальную, кх, и вертикальную, ку, проницаемость, т.к. у некоторых типов грунтов
(например, у торфа) проницаемости в вертикальном и горизонтальном направлениях
могут существенно отличаться.
В реальных грунтах разница в проницаемости различных слоев может быть весьма
велика. Однако, следует с осторожностью относиться к таким ситуациям, когда в
пределах одной конечно-элементной модели одновременно встречаются и очень
высокая и очень низкая проницаемость, т.к. это может привести к плохой
обусловленности матрицы потока. Для получения точных результатов отношение
между максимальным и минимальным значением проницаемости в геометрической
модели не должно превышать 105.
Для моделирования почти непроницаемого материала (например, бетона или не
трещиноватой скалы) пользователь должен ввести не реальное значение
проницаемости, а более низкую величину по сравнению с проницаемостью
окружающего грунта. В целом, для получения удовлетворительного результата
достаточно, чтобы проницаемости отличались в 1000 раз.
Advanced general properties (Дополнительные общие свойства)
Можно воспользоваться кнопкой <Advanced> на вкладке General (Общие свойства).
Для задания ряда дополнительных свойств, позволяющих создание более сложных
моделей. В результате нажатия кнопки программа выведет дополнительное диалоговое
окно, показанное на рис. 3.23.
Рис. 3.23. Окно Advanced General Properties (Дополнительные общие свойства)
Одна из дополнительных возможностей программы состоит в учете изменения
проницаемости грунта при расчете консолидации. Для задействования этой функции
необходимо ввести соответствующие значения параметра сь и коэффициента
пористости.
Change of permeability - Изменение проницаемости (ск)
По умолчанию параметр ст в поле Change of permeability (Изменение пронгщаемости)
равен 1015, что говорит о том, что изменение проницаемости в расчет не принимается.
При введении здесь какого-либо реального значения проницаемость будет меняться в
соответствии со следующей формулой:
Де
3-40
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Где Ае - изменение коэффициента пористости, к — значение проницаемости,
используемое в расчетах, и ко - входное значение проницаемости в наборе данных (= кх
и ку). Рекомендуется использовать изменение проницаемости только в сочетании с
моделью Soft Soil (Слабый грунт). В этом случае параметр обычно имеет тот же
порядок, что и коэффициент сжимаемости грунта Сс. Для всех остальных моделей
должно быть оставлено используемое по умолчанию значение параметра Ск, т.е. 1015 .
Void ratio - Коэффициент пористости (einit, emin, emax)
Коэффициент пористости, е, связан с пористостью материала, п (е = п /(1-п)). Этот
параметр используется в ряде специальных опций. Начальное значение коэффициента
пористости, ещ, соответствует начальной ситуации. Фактический коэффициент
пористости определяется на каждом из. этапов расчета на основе начального значения и
относительной объемной информации Aev. Кроме e;nit пользователь может ввести также
минимальное, emi„, и максимальное, emnx, значения коэффициента пористости. Эти
значения относятся к минимальной и максимальной плотности, которая может быть
достигнута в грунте. При использовании модели Hardening Soil (Упрочняющийся
грунт) с определенным (положительным) значением угла дилатансии, задействованный
угол дилатансии становится равным нулю при достижении максимального
коэффициента пористости (ограничение дилатансии). Для всех остальных моделей эта
опция недоступна. Для того, чтобы избежать ограничения дилатансии в модели
Hardening Soil (Упрочняющийся грунт). Опция может быть переустановлена в
появившемся окне основных свойств.
Рис. 3.24 Окно набора данных по грунтам и интерфейсам (показана вкладка Parameters
- Параметры для модели Мора-Кулона)
Модуль Юнга (Е)
Программа PLAXIS использует модуль Юнга в качестве базового модуля жесткости в
упругой модели и модели Мора-Кулона, однако пользователю доступны и другие,
альтернативные модули жесткости. Модуль жесткости имеет размерность напряжения
(сила на единицу площади). Обратите особое внимание на принятые в расчетах
параметры жесткости, т.к. некоторые геоматериалы имеют нелинейные характеристики
с самого начала процесса нагружения.
3-41
Справочное руководство
В механике грунтов начальный наклон кривой зависимости деформации от напряжений
обычно обозначается как Ео, а наклон секущей при 50% прочности - как Е$о (см. рис.
3.25). Для сильно переуплотненных глин и некоторых скальных пород, проявляющих
линейные упругие свойства в широком диапазоне нагрузок, реалистичные результаты
можно получить, используя Ео, в то время как для песков и нормально уплотненных
глин более часто используется Esq.
Рис. 3.25. Определение Ео и Esq
Для грунтов как начальный модуль, так и секущий модуль имеют тенденцию к
увеличению при возрастании ограничивающего давления. Следовательно, более
глубокие слои грунта, как правило, имеют большую жесткость, чем поверхностные
слои. Кроме того, наблюденная жесткость зависит от выбранного пути развития
напряжений. Жесткость намного выше для случая снятия нагрузки и повторного
нагружения, чем при первичном нагружении. Кроме того, наблюденная жесткость
грунта, выраженная через модуль Юнга, в целом ниже при дренированном сжатии, чем
при сдвиге грунта. Таким образом, используя постоянный модуль жесткости для
моделирования поведения грунта, необходимо выбрать такое значение, которое
соответствовало бы уровню напряжений и пути нагружения. Обратите внимание на то,
что более сложные модели программы PLAXIS, описанные в Пособии по моделям
грунтов, до определенной степени учитывают зависимость поведения грунта от
напряжений. Для модели Мора-Кулона программа PLAXIS предлагает специальную
опцию для задания жесткости, увеличивающейся с глубиной (см. Advanced parameters —
Дополнительные параметры).
Коэффициент Пуассона (v)
Стандартные дренированные испытания на трехосное сжатие могут в самом начале
приложения осевой нагрузки дать быстрое уменьшение объема образца и,
следовательно, низкое начальное значение коэффициента Пуассона ( Ио) .
В некоторых случаях, например в задачах частичного разгружения, использование
такого низкого значения коэффициента Пуассона представляется оправданным, однако,
в целом, при использовании модели Мора-Кулона лучше брать более высокие
значения.
3-42
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Выбор величины коэффициента Пуассона особенно упрощается, когда упругая модель
или модель Мора-Кулона используются для гравитационного нагружения (увеличение
SMweight в деформационных расчетах с 0 до 1). Для этого типа нагружения программа
PLAXIS должна дать реалистичное значение Ко = од / од. Т.к. для одномерного сжатия
обе модели должны дать хорошо известную зависимость од / од = р/ (1-0, достаточно
просто выбрать такое значение коэффициента Пуассона, которое давало бы
реалистичное значение Ко. Таким образом, v подбирается в зависимости от значения
Ко. Более подробно этот вопрос рассмотрен в Приложении А там, где говорится о
распределении начальных напряжений. Очень часто полученные значения v лежат в
диапазоне между 0.3 и 0.4. В целом, эти значения могут быть использованы не только
для одномерного сжатия, но и для других условий нагружения.
В случае недренированного грунта, советуем ввести эффективное значение
коэффициента Пуассона и выбрать недреннированный (Undrained) в качестве типа
поведения материала. В результате Plaxis автоматически добавит объемную жесткость
поровой жидкости, на основе скрытого недреннированного коэффициента Пуассона
равным 0,495 (см. стр. 3-35 недреннированное поведение). В этом случае эффективное
значение коэффициента Пуассона, должно быть меньше чем 0,35. Использование
больших величин коэффициента Пуассона будет означать, что вода не будет
достаточно жесткой, для моделирования недреннированного поведения скелета грунта.
Альтернативные параметры жесткости
В дополнению к модулю Юнга, Plaxis позволяет вводить альтернативные модули
жесткости, такие как модуль сдвига, G, и одометрический модуль, Еоа]. Эти модули
жесткости совместимы с модулем Юнга в соответствии с законом Гука, изотропной
упругости, который включает коэффициент Пуассона, v:
G = —-—
2(1+Е)
Eoed=
(l~v)£
(l-2v)(l + v)
После вывода одного из альтернативных параметров жесткости, Plaxis запомнит
введенный коэффициент Пуассона и рассчитает соответствующий модуль Юнга.
Сцепление (с)
Сцепление имеет размерность напряжений. Программа PLAXIS позволяет
моделировать несвязные пески (с = 0), однако при этом некоторые опции работают
недостаточно хорошо. Чтобы избежать проблем, мы рекомендуем неопытным
пользователям указывать хотя бы небольшое значение сцепления (используйте с > 0.2
кПа). Программа PLAXIS имеет специальную опцию для задания слоев, у которых
сцепление грунта увеличивается с глубиной (см. Advanced parameters —
Дополнительные параметры).
Угол трения (<р)
Угол трения, <р (phi), указывается в градусах. Большие углы трения, которые иногда
получаются для плотных песков, в значительной степени увеличивают вычислительные
затраты при деформационном расчете.
Время расчета возрастает по экспоненциальной зависимости от угла трения. Т.о.
следует избегать высоких значений угла трения при проведении предварительных
3-43
Справочное руководство
расчетов для конкретного проекта. Время расчета начинает возрастать при
использовании угла трения свыше 35 градусов.
Рис. 3.26. Круги напряжений при предельном состоянии (один из кругов касается
огибающей Кулона).
Угол трения в значительной степени определяет сопротивление грунта сдвигу, как это
показано на рис. 3.26 с помощью кругов напряжений (кругов Мора). Более общее
представление критерия текучести дано на рис. 3.27. Как показывает практика,
критерий разрушения Мора- Кулона лучше описывает поведение грунта, чем
аппроксимация Друкера-Прагера, т.к. последняя очень неточно дает поверхность
разрушения для осесимметричных конфигураций.
-G,
Рис. 3.27 Поверхность разрушения в пространстве главных напряжений для несвязного
грунта
3-44
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Угол дилатансии (у/)
Угол дилатансии, у/ (psi), указывается в градусах. Глинистые грунты, за исключением
крайне переуплотненных слоев, как правило, вообще не увеличивают свой объем при
сдвиге (i//= 0). У песков дилатансия зависит как от их плотности, так и от угла трения.
В случае кварцевого песка у/ составляет порядка у/ ~ <р - 30°. Однако в большинстве
случаев угол дилатансии равен нулю для значений <р менее 30°. Очень небольшое
отрицательное значение у/ имеет смысл только для крайне рыхлого песка. Более
подробно о связи между углом трения и углом дилатансии см. в работе [3].
Дополнительные параметры модели Мора-Кулона
При использовании модели Мора-Кулона можно воспользоваться кнопкой <Advanced>
на вкладке Parameters (Параметры) для перехода к дополнительным параметрам,
позволяющим задействовать дополнительные возможности модели. После нажатия
кнопки появляется новое диалоговое окно, показанное на рис. 3.28. В число
дополнительных возможностей входит увеличение жесткости и сцепления с глубиной и
использование ограничения области растяжения. Фактически, последняя опция
применяется по умолчанию, однако здесь она может быть при необходимости
отключена.
Рис. 3.28. Окно дополнительных параметров модели Мора-Кулона.
Увеличение жесткости (EIncrement):
Жесткость реальных грунтов в значительной степени зависит от уровня напряжений,
что означает, что она в целом возрастает с глубиной. При использовании модели Мора-
Кулона жесткость грунта является постоянной величиной. Для учета возрастания
жесткости с глубиной можно воспользоваться параметром (increment, задающим
увеличение модуля Юнга на единицу глубины (выражается в единицах напряжения на
3-45
Справочное руководство
единицу глубины). На отметке, задаваемой параметром угсг, жесткость равна
контрольному значению модуля Юнга, £гег, указанному на вкладке Parameters
(Параметры). Фактическое значение модуля Юнга в точках напряжения определяется
на основе его контрольного значения и Emcrcmcm- Обратите внимание на то, что при
проведении расчетов жесткость, возрастающая с глубиной, не является функцией
напряженного состояния.
Увеличение сцепления (cincrement):
Программа PLAXIS имеет дополнительную опцию для задания слоев глины, у которых
сцепление возрастает с глубиной. Для учета возрастания сцепления с глубиной можно
воспользоваться параметром Ci,lcrcmim, задающим увеличение сцепления на единицу
глубины (выражается в единицах напряжения на единицу глубины). На отметке,
задаваемой параметром угсг, сцепление равно контрольному значению сцепления, cref,
указанному на вкладке Parameters (Параметры). Фактическое значение сцепления б
точках напряжения ниже yref определяется на основе его контрольного значения и
Cincrement-
Параметр Скемптона В
Когда установлен тип материала (тип поведения материала) как недренируемый,
PLAXIS автоматически принимает неявный недренируемый объемный модуль Ku для
всего грунта (скелет грунта + вода) и различает полные напряжения, эффективные
напряжения и избыточное поровое давление (см. Недренированное поведение).
Полное напряжение:
Эффективное напряжение:
Избыточное поровое давление:
Др = Kuisev
Лр' = (1-В)Лр = К'^
Лр^ВЛр^Ье,
п
Заметьте, что эффективные параметры модели следует вводить в наборе данных
по материалам, т.е. Е', v', с', <р', а не Eu, vu, си , <ри. Недренируемый объемный
модуль автоматически рассчитывается программой, используя закон Гука:
2G(l+v,.)
3(1-2v„)
и vu= 0.495
или
3v' + B(l-2v')
3-В(1-2и')
где	2(1 + и')
(когда используются Standard settings
(Стандартные настройки))
(когда используются Manual settings
(Ручные настройки))
Практическое значение недренируемого коэффициента Пуассона, vu,
подразумевает соответствующую объемную жесткость поровой жидкости,
Kw,ref7n:
3-46
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Это значение Kw,ref/n как правило намного меньше, чем действительное
к°
объемная жесткость чистой воды, (=2-106 kN/m2).
Если значение параметра Скемптона В неизвестно, а известны степень
насыщения S и пористость п, объемная жесткость скелета грунта может быть
получена из:
К„	1
п Ж„(г+(1-5Х>
и Kair= 200 kN/m2 для воздуха под атмосферным давлением. Значение
параметра Скемптона В, теперь, может быть рассчитано, зная коэффициент
объемной жесткости скелета грунта и поровой жидкости:
1 +-- /Г'=-г-=------------------------------ч
где 3(!-2и')
Tension cut-off (Ограничение в области растяжения):
В некоторых практических задачах возможно появление области, в которой действуют
растягивающие напряжения. В соответствии с огибающей Кулона, показанной на рис.
3.26, это допустимо при достаточно низких значениях напряжения сдвига (радиуса
круга Мора). Однако, поверхность глинистого грунта вблизи от вырытой в нем
траншеи зачастую имеет трещины разрыва. Это говорит о том, что грунт может не
выдержать не только сдвига, но и растяжения. Этот аспект может быть включен в
анализ PLAXIS путем выбора опции Tension cut-off (Усечение в области растяжения).
При этом круги Мора с положительными значениями главных напряжений становятся
недопустимыми. При выборе опции усечения в области растяжения пользователь
может задать допустимое значение прочности на растяжение. Для моделей Мора-
Кулона и Hardening Soil (Упрочняющийся грунт) усечение в области растяжения по
умолчанию выбирается при прочности на растяжение, равной нулю.
Interface strength — Прочность интерфейсов (Rinter)
Упругопластическая модель применяется для описания поведения интерфейсов при
моделировании взаимодействия между грунтом и сооружением. Для проведения
границы между упругим поведением интерфейса, при котором внутри него могут иметь
место небольшие перемещения, и его пластичным поведением (проскальзыванием)
используется критерий Кулона.
Для того, чтобы интерфейс оставался упругим, напряжение сдвига гдолжно задаваться
следующим выражением:
|г|<<г„ -tan^J+c,.
а для пластического поведения:
|r| = <T„-tan(p,.)+cf
3-47
Справочное руководство
где pi и q - соответственно, угол трения и сцепление интерфейса. Прочностные
свойства интерфейсов связаны с прочностными свойствами слоя грунта. Каждый набор
данных имеет свой коэффициент понижения прочности в интерфейсах (7?„11сг). Свойства
интерфейсов определяются на основе свойств грунта из соответствующего набора
данных и коэффициента понижения прочности по следующим правилам:
Cl ~	* Csoil
tan(p,) = Rmtcr  tan(p„;,)< tan(p„;;)
ул = 0° для winter < 1, в остальных случаях ул = («soil
Описанный выше критерий усечения в области растяжения, использующийся
дополнительно к критерию Кулона для напряжения сдвига, относится также и к
интерфейсам (если включена соответствующая опция):
&п < °,J Writer
где at,soil — прочность грунта на растяжение.
Рис. 3.29 Набор данных по грунтам и интерфейсам (ВкладкаInterfaces)
Прочность интерфейса может быть задана с использованием следующих опций:
Rigid (Жесткий интерфейс):
Эта опция используется, когда интерфейс не должен влиять на прочность окружающего
грунта. Например, продленные интерфейсы по углам структурных объектов (см. рис.
3.13) не предназначены для отражения взаимодействия между грунтом и сооружением
и не имеют пониженной прочности. Для этих интерфейсов должна быть задана опция
Rigid (Жесткий интерфейс) (что соответствует 7?inlcr = 1.0). В результате свойства
интерфейсов, включая угол дилатансии yrh будут те же, что и свойства грунта в наборе
данных, за исключением коэффициента Пуассона ц.
3-48
Plaxis Версия 8
______________________________________Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Manual (Ручное задание прочности):
Если режим задания прочности установлен на Manual (Ручное задание), пользователь
может вручную ввести величину Ятиг- В целом, при реальном взаимодействии между
грунтом и сооружением интерфейс имеет меньшую прочность и является более гибким,
чем соответствующий слой грунта, что означает, что Я|гам меньше 1. Значения Я,пи, для
взаимодействия сооружений с различными видами грунта можно найти в литературе. В
отсутствии детальной информации молено предположить, что 1{та составляет порядка
2/3. Не рекомендуется использовать величину больше 1.
При упругом интерфейсе может иметь место как проскальзование (Относительные
перемещения параллельно интерфейсу) так и образование зазора или покрытие грунтом
(то есть относительные перемещения перпендикулярно интерфейсу).
Эти перемещения имеют следующие величины:
Зазор =-----
ГТ	г h
Проскальзывание - —^L
где G, - модуль сдвига интерфейса, , - модуль одномерного сжатия интерфейса и I,
- виртуальная толщина интерфейса, полученная в ходе создания интерфейсов в
геометрической модели. Модуль сдвига и модуль сжатия связаны следующими
выражениями:
„ _ l-vr
boedj -сСт,-
1-2и,.
^,=Л-мСг -Gsoil<Gscil
И = 0.45
Из приведенных выше уравнений следует, что при небольших значениях параметров
упругости упругие перемещения могут быть чрезмерно велики. Однако, при слишком
больших значениях параметров упругости может иметь место плохая обусловленность
численных результатов. Ключевым фактором при определении жесткости является
виртуальная толщина. Ее величина автоматически выбирается так, чтобы получить
адекватную жесткость. Виртуальная толщина может быть изменена пользователем. Это
делается в окне свойств, которое появляется после двойного щелчка по интерфейсу (см.
параграф 3.3.5).
Фактическая толщина интерфейса (Sinter)
Фактическая толщина интерфейса, <5j„ter, является параметром, представляющим
фактическую толщину зоны сдвига между сооружением и грунтом. Величина <5'111сг
имеет значение только тогда, когда интерфейсы используются в комбинации с моделью
Hardening Soil (Упрочняющийся грунт). Фактическая толщина интерфейса выражается
в единицах длины и обычно в несколько раз превышает средний размер частиц. Этот
параметр используется для расчета изменений коэффициента пористости в
интерфейсах для опции ограничения дилатансии. Эта опция может иметь значение для
3-49
Справочное руководство
интерфейсов, когда, например, вам надо правильно определить несущую способность
свай.
Интерфейсы ниже и вокруг углов конструкций
Когда интерфейсы продлены ниже или вокруг углов конструкций, чтобы избежать
концентрацию напряжений (параграф 3.3.5), эти продленные интерфейсы не
представляют моделирование взаимодействия между грунтом и сооружением, а служат
только для достаточной гибкости. При использовании R„:iLr < 1 для этих интерфейсных
элементов снижение прочности может привести к нереалистичному поведению грунта
или разрушению. Поэтому, рекомендуется создать особый набор данных с Rinler= 1 и
присвоить его интерфейсным элементам. Это лучше сделать путем присваивания
соответствующих наборов данных индивидуальным интерфейсам (штриховые линии),
чем присваивать их соответствующим кластерам (штриховые линии будут мигать
красным; соответствующий кластер грунта не будет менять цвет). Как альтернативный
вариант, вы можете щелкнуть правой клавишей мыши на данном интерфейсном
элементе и выбрать Properties и затем Positive interface elements или Negative interface
elements. В окне свойства интерфейса нажмите кнопку Change, после чего
соответствующий набор материала может быть присвоен к интерфейсному элементу.
Проницаемость интерфейса
Интерфейсам не присваиваются характеристики проницаемости; они по умолчанию
принимаются полностью непроницаемыми. Таким образом, интерфейсы могут
использоваться для ограничения фильтрации перпендикулярно интерфейсу в расчете
консолидации или фильтрационном расчете, например, для моделирования
непроницаемого экрана. Это достигается путем полного разделения распределенного
порового давления и интерфейсов связанных пар. С другой стороны, если интерфейсы
представлены в сетке, пользователю следует остерегаться влияния интерфейса на
фильтрацию и распределение растущего порового давления, например в интерфейсах
вокруг угловых точек конструкций (параграф 3.3.5). В таком случае интерфейс следует
деактивировать в гидравлическом режиме. Это возможно сделать отдельно для расчета
консолидации и фильтрационного расчета. Для неактивного интерфейса
распределенное поровое давление и интерфейс связанных пар полностью соединены.
В заключение:
Активный интерфейс полностью непроницаемый (разделение распределенного
порового давления и связанных пар).
Неактивный интерфейс полностью проницаемый (соединение распределенного
порового давления и связанных пар).
В предыдущих версиях PLAXIS интерфейсы задавались физически проницаемыми в
поперечном и в продольном направлениях, несмотря на то, что фактически
использовались для создания относительно проницаемых или непроницаемых
контактов. Этот подход может привести к неудовлетворительным результатам
(значительный поток сквозь непроницаемые интерфейсы или проблемы численного
решения). Учитывая, что проницаемость в интерфейсах это чисто численное свойство,
а не физическое, был выбран новый описанный выше подход. Опция, имевшаяся в
предыдущих версиях Plaxis, для установки проницаемости интерфейса Drain (Дренаж)
исчезла, т.к. теперь доступны специальные дренируемые элементы (Пар.3.4.7).
3-50
PLAXIS Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Наборы данных для плит
Плиты используются для моделирования поведения тонких стен, плит или оболочек.
Программа позволяет различать упругое и упругопластическое поведение плит.
Жесткостные параметры
При упругом поведении плиты осевая жесткость, ЕА, и изгибная жесткость, EI, должны
быть заданы как свойства материала. Как для осесимметричной модели, так и для
модели плоских деформаций значения ЕА и EI представляют жесткость, отнесенную на
единицу ширины в боковом направлении. Т.о., осевая жесткость, ЕА, выражается как
сила, отнесенная на единицу ширины, а изгибная жесткость, EI, - как произведение
силы на длину в квадрате, отнесенное на единицу ширины. Из соотношения между EI и
ЕА автоматически рассчитывается эквивалентная толщина массивной плиты
При моделировании плит программа PLAXIS использует теорию плит Миндлина
(Mindlin beam theory), описанную в работе [2]. Это означает, что деформация сдвига
принимается в расчет. Жесткость плиты при сдвиге определяется с помощью
следующей формулы:
SEA 5E(d •Хт)
Жесткость при сдвиге =------=------------
12(1 +и) 2(1 +г)
Из этого следует, что жесткость при сдвиге определяется при предположении, что
плита имеет прямоугольное сечение. При моделировании сплошной стенки это даст
правильные значения деформации сдвига. Однако в случае стальных профилей как, в
стальных шпунтовых стенках расчет может дать завышенные значения деформации
сдвига. Это можно проверить по величине <4Ч. Для того, чтобы деформацией сдвига
можно было пренебречь, deq для стальных профилей должно быть, по крайней мерс, в
10 раз меньше длины плиты.
Коэффициент Пуассона
В дополнение к указанным выше параметрам жесткости необходимо также указать
коэффициент Пуассона, у. Для конструкций, которые являются относительно гибкими
в боковом направлении (например, шпунтовые стенки) коэффициент Пуассона обычно
равен нулю. Для более массивных конструкций (например, для бетонных стенок)
представляется более реалистичным ввести истинное значение коэффициента
Пуассона, которое составляет порядка 0.15.
Т.к. программа PLAXIS работает скорее с плитами (двухмерными объектами), чем с
балками (одномерными объектами), величина коэффициента Пуассона будет влиять на
пзгибную жесткость плиты следующим образом:
Входное значение изгибной жесткости EI
„ ,	к -	EI
Наблюдаемая величина изгибнои жесткости----
1 — V ~
3-51
Справочное руководство
Это повышение жесткости, обусловленное коэффициентом Пуассона, объясняется
напряжениями, действующими в боковом направлении (cfe) и тем фактом, что нагрузки
в этом направлении не допустимы.
Вес
В наборе данных по плитам можно указать удельный вес, имеющий размерность силы,
отнесенной на единицу площади. Для относительно массивных конструкций эта сила, в
принципе, определяется путем умножения объемного веса материала плиты на ее
толщину. Обратите внимание на то, что в конечно-элементной модели плиты
накладываются на сплошную среду и т.о. “перекрывают” грунт. Для того чтобы точно
рассчитать общий вес грунта и конструкций в модели, необходимо вычесть объемный
вес грунта из объемного веса материала плиты. В случае шпунтовых стенок удельный
вес материала (единица силы на единицу площади) обычно указывается изготовителем.
Эту величину можно напрямую использовать для расчетов, т.к. шпунтовые стенки
обычно занимают небольшой объем.
Вес плит, как и вес грунта, активируется с помощью параметра XMweight.
Параметры прочности (пластичности)
Пластичность можно учесть, задав максимальный изгибающий момент, Мр.
Максимальный изгибающий момент задается в единицах силы, умноженных на длину,
на единицу ширины. Кроме изгибающего момента необходимо также знать осевое
усилие Np. Максимальное осевое усилие, A'p, рассчитывается в единицах силы на
ширину. Когда комбинация изгибающего момента и осевой силы возникает в плите,
тогда реальный изгибающий момент и осевая сила, в которых возникает пластичность,
становится меньшими, чем соответственно Мр или Np. Связь между Мр и Np отражена на
рисунке 3.30. Форма ромба отражает основную комбинацию сил, для которой
возникает пластичность. Комбинация сил внутри ромба будет в результате иметь
только пластические деформации. Scientific Manual (Научное руководство) описывает
более детально как Plaxis работает с пластичностью в плитах. По умолчанию
максимальный момент равен ЫО15 если тип материала задан как упругий (Установка
по умолчанию).
Изгибающие моменты и осевые усилия рассчитываются в точках напряжения балочных
элементов (см. рис. 3.7). При превышении значений Мр или Np напряжения
перераспределяются в соответствии с теорией пластичности таким образом, чтобы
максимумы снова вернулись к заданным значениям. Это приводит к необратимым
деформациям. Выходные значения изгибающих моментов и осевых усилий даются для
узлов, что требует экстраполяции значений, полученных в точках напряжения. С
учетом расположения точек напряжения в балочном элементе может оказаться так, что
узловые значения изгибающего момента слегка превысят Мр.
Plaxis Версия 8
3-52
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Рис. 3.30 Различные комбинации максимального изгибающего момента и осевого
усилия
Наборы данных для плит могут быть изменены в рабочей области поэтапного
строительства. В любом случае, очень важно, что коэффициенты EI/EA не меняются до
того, как введена неуравновешенная сила (Пар. 3.3.2).
3.5.4 Наборы данных для георететок
Георешетки представляют собой гибкие упругие элементы, моделирующие полотнище
ткани, расположенное в боковой плоскости. Единственным свойством, включенным в
набор данных по георешеткам, является упругая осевая жесткость, ЕА, выраженная в
единицах силы, отнесенной на единичную ширину. Осевая жесткость ЕА обычно
обеспечивается материалом георешетки и может быть определена из диаграмм, в
которых усечение георешетки представлено в продольном направлении к приложенной
силе. Осевая жесткость это отношение осевой силы на единицу ширины и осевой
деформации (Д1/1, где Д1 растяжение и 1 длинна).
ЕА = —
Ы/1
3.5.5 Наборы данных для анкеров
Набор данных для анкеров может содержать свойства, как межузловых анкеров, так и
анкеров с заделанным концом. В обоих случаях анкер представлен просто пружинным
элементом. Основным свойством анкера является осевая жесткость ЕА, которая
указывается из расчета на анкер в единицах силы, а не на единицу ширины в боковом
направлении. Для расчета эквивалентной жесткости на единицу ширины необходимо
указать шаг в боковом направлении, Is. Если материал указан как упругопластический,
молено задать два максимальных анкерных усилия	(максимальное
растягивающие усилие) и Fmax,ct,„,p (максимальное сжимающие усилие) в единицах силы
(из расчета на один анкер). Так же как и жесткость, максимальное анкерное усилие
делится на боковой размер для получения величины максимальной силы,
использующейся в расчете плоской деформации. Если материал указан как упругий
(установка по умолчанию), максимальная сила равна 1-1015 единиц.
3-53
Справочное руководство
Анкеры могут быть предварительно напряжены при расчете в режиме поэтапного
строительства (Staged construction). При этом усилие предварительного напряжения для
того или иного этапа расчета может быть напрямую указано в окне свойств анкеров.
Усилие предварительного напряжения не считается свойством материала и поэтому не
включается в набор данных по анкерам.
3.5.6 Присвоение наборов данных геометрическим компонентам
После создания всех наборов данных для различных сооружений и слоев грунта эти
наборы данных должны быть присвоены соответствующим компонентам. Это можно
сделать различными способами.
Первый метод состоит в открытии окна наборов данных, в котором представлено
дерево созданных наборов данных, находящихся в базе данных по проекту. Нужный
набор данных может быть перенесен (выберите его и держите нажатой левую кнопку
мыши) в чертежное поле и отпущен на соответствующем ему компоненте.
Пользователь может судить о том, в каких местах можно отпускать набор данных, по
форме курсора. Обратите внимание на то, что напрямую переносить наборы данных в
чертежное поле из дерева глобальной базы данных нельзя.
Второй метод состоит в том, чтобы два раза щелкнуть мышью по требуемому
компоненту. В результате появится окно свойств, в котором будет указан
соответствующий набор данных. Если компоненту до сих пор не присвоено набора
данных, в открывшемся окне появится надпись <Unassigned> (Не присвоено). Если
после этого щелкнуть по кнопке <Change> (Изменить), на экран будет выведено окно
наборов данных, в котором можно выбрать нужный набор. Набор данных может быть
перенесен с дерева базы данных по проекту на окно свойств и отпущен там. Как
вариант, можно выбрать нужный набор и нажать кнопку <Арр1у> (Применить) для
присвоения его выбранному геометрическому компоненту. В этом случае окно наборов
данных останется открытым. Если вместо этого вы нажмете на кнопку <ОК>, набор
данных точно также будет присвоен выбранному геометрическому компоненту, но
окно наборов данных после этого закроется.
Третий метод состоит в том, чтобы поместить курсор на геометрическом компоненте и
наткать правую кнопку мыши. Появится контекстное меню (properties), из которого
можно выбрать нужный геометрический компонент. В результате на экран будет
выведено окно свойств. Далее выбор нужного набора данных протекает как во втором
методе.
После установки набора данных кластеров грунтов, кластер приобретет цвет
соответствующего набора данных по умолчанию, цвет набора имеет низкую
интенсивность. Для увеличения интенсивности цветов наборов данных пользователь
может нажать одновременно <Ctrl> <Alt> <С> на клавиатуре. Существует три уровня
цветовой интенсивности, которые могут быть выбраны таким образом.
Когда наборы данных установлены для структурных объектов, эти объекты будут
мигать красным цветом пол секунды для подтверждения правильности установки
набора данных.
3-54
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
3.6	Построение сетки
Й| Когда геометрическая модель полностью определена и свойства материалов
I установлены для всех кластеров и структурных объектов, геометрическая
------1 модель должна быть разбита на конечные элементы для проведения расчета
методом конечных элементов. Композиция конечных элементов называется сеткой
конечных элементов. Базовыми элементами сетки являются б-узловой и 15-узловой
треугольные элементы, описанные в параграфе 3.2.2. Кроме этих элементов
предусмотрены также специальные элементы для моделирования работы конструкций
(плиты, георешотки, анкера), как это описано в параграфах 3.3.2 - 3.3.7. Программа
PLAXIS позволяет строить сетку конечных элементов полностью в автоматическом
режиме.. Генератор сетки является специальной версией генератора сетки Triangle,
разработанного фирмой Sepral. Генератор использует устойчивый триангуляционный
метод, приводящий к созданию "неструктурированных" сеток. Эти сетки могут
выглядеть достаточно беспорядочными, однако в численных моделях они работают
лучше, чем правильные (структурированные) сетки.
Для работы генератора сетки необходимо иметь геометрическую модель, состоящую из
точек, линий и кластеров, из которых кластеры (области, окруженные линиями)
автоматически генерируются во время создания геометрической модели.
Геометрические линии и точки могут также использоваться для управления
положением и распределением элементов.
Для того, чтобы начать построение сетки, щелкните по соответствующей кнопке па
панели инструментов или выберите опцию Generate (Построить) в подменю Mesh
(Сетка). Построение сетки также активируется напрямую после выбора опции
Refinement (Измельчение) в подменю Mesh (Сетка).
После построения сетки запускается программа вывода, и сетка строится на экране.
Несмотря на то, что интерфейсные элементы имеют нулевую толщину, интерфейсы в
сетке рисуются как имеющие определенную толщину для того, чтобы показать связи
между ними и элементами грунта. Этот так называемое общее изображение
(Connectivity plot) может быть также использовано в качестве нормальной выходной
опции (см. параграф 5.9.4). Фактор масштаба (Пар.5.4) может быть использован для
изменения графической толщины интерфейсов. Для возвращения в программу ввода,
нужно нажать кнопку Update (Обновить).
3.6.1 Основные типы элементов.
Основные типы элементов вводятся на вкладке Project (Проект) в окне General settings
(Основные установки) в подменю File (Файл). При выборе основных типов элементов
из подменю Grid (Сетка), в окне основных установок (General settings), курсор
устанавливается на параметре Элементы (Elements).
Пользователь может выбрать как 15-ти, так и 6-ти узловой треугольный элемент (рис.
3.4) в качестве основного типа элемента для моделирования слоев грунта и других
1 Ingcnicursbureuu Serpa, Park Nribij 3,2267 AX Leidsdrcndam (ML)
3-55
Справочное руководство
объемных кластеров. Типы элементов для конструкций и интерфейсов автоматически
делаются совместимыми с основными типами элементов грунтов.
3.6.2 Глобальная крупность
Для работы генератора сетки требуется общий параметр, представляющий средний
размер элемента, 1С. В программе PLAXIS этот параметр рассчитывается по наружным
геометрическим размерам (х„„„. xlnax, ymi„, у„1ах ) и параметру Global coarseness
(Глобальная крупность), определяемом в подменю Mesh (Сетка)'.
4 =
) (тmax
Пс
Различается пять уровней глобальной крупности: очень крупная (Very coarse), крупная
(Coarse), средняя (Medium), мелкая (Fine), очень мелкая (Very fine). По умолчанию
глобальная крупность выставляется на крупную (Coarse). Средний размер и количество
построенных элементов зависят от уровня глобальной крупности. Примерная
зависимость (построение сетки без локального измельчения) приведена ниже:
Очень крупная'.	Порядка 50 элементов	л, = 25
Крупная'.	Порядка 100 элементов	лс = 50
Средняя".	Порядка 250 элементов	100
Мелкая’.	Порядка 500 элементов	«„=200
Очень мелкая:	Порядка 1000 элементов	пс = 400
Точное количество элементов зависит от геометрии модели и конечной величины
локального измельчения. Оно не зависит от параметра Type of elements (Тип
элементов), заданного в опции General settings (Общие настройки). Обратите внимание
на то, что сетка, состоящая из 15-узловых элементов, дает существенно более детальное
распределение узлов и, значит, более точные результаты, чем аналогичная сетка,
состоящая из того же количества 6-узловых элементов. С другой стороны,
использование 15-узловых элементов намного замедляет расчет по сравнению с
использованием 6-узловых элементов.
3.6.3 Глобальное измельчение
Сетка конечных элементов может быть подвергнута глобальному измельчению с
помощью опции Refine global (Измельчить глобально) из подменю Mesh (Сетка). При
выборе этой опции параметр глобальной крупности увеличивается на один уровень
(например, от крупной до средней крупности), и сетка немедленно перестраивается по
новой.
3.6.4 Локальная крупность
На участках, где можно ожидать высокой концентрации напряжений или значительных
градиентов деформации, желательно иметь более точную (мелкую) сетку конечных
элементов, которая может и не потребоваться на остальных участках геометрической
3-56
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
модели. Такая ситуация часто возникает, когда геометрическая модель содержит края,
углы или структурные объекты. В таких случаях программа PLAXIS использует в
добавление к параметру глобальной крупности параметры локальной крупности.
Параметр локальной крупности является локальным коэффициентом размера
элемента {Local element size factor), который содержится в каждой геометрической
точке. Локальный коэффициент размера элемента указывает на относительный размер
элемента по сравнению со средним размером, определяемым параметром глобальной
крупности. По умолчанию локальный коэффициент размера элемента устанавливается
на 1.0 во всех геометрических точках. Для того, чтобы уменьшить размер элемента
вдвое по сравнению со средним размером, следует задать локальный коэффициент
размера элемента равный 0.5.
Для изменения локального коэффициента размера элемента следует два раза щелкнуть
по соответствующей геометрической точке. Если вы два раза щелкнете по
геометрической линии, можно будет сразу задать локальный коэффициент размера
элемента для обеих точек линии. Допустимы значения в диапазоне от 0.2 до 5.0.
3.6.5 Локальное измельчение
Вместо того, чтобы задавать локальные коэффициенты размера элементов, можно
просто указать локальное измельчение сетки, выбрав кластеры, линии или точки и
запустив опцию Local refinement {Локальное измельчение) из подменю Mesh {Сетка).
При выборе одного и более кластеров в подменю Mesh (Сетка) появляется опция
Refine cluster {Измельчить кластер). Аналогичным образом, при выборе одной и более
геометрических линий в подменю Mesh (Сетка) появляется опция Refine line.
(Измельчить линию). А при выборе одной и более точек - опция Refine around point
(Измельчить вокруг точек).
Используя любую из опций в первый раз, вы получите локальный коэффициент
размера элемента 0.5 для всех выбранных геометрических точек или всех
геометрических точек выбранных кластеров или линий. Последовательно используя
опцию локального измельчения, вы можете добиться, чтобы локальный коэффициент
размера элемента уменьшился вдвое по сравнению с текущей величиной, однако его
максимальное и минимальное значения все равно будут ограничены диапазоном [0.2,
5.0]. После выбора одной из опций локального измельчения происходит немедленное
перестроение сетки.
3.6.6 Рекомендуемый метод построения сетки
Для эффективного проведения расчета методом конечных элементов необходимо
произвести предварительный анализ, используя крупную сетку. С помощью
предварительного анализа можно проверить, является ли геометрическая модель
достаточно большой и имеются ли в ней участки концентрации напряжений и
значительные градиенты деформации. Полученная информация используется для
доводки или изменения конечноэлементной модели.
Для эффективного создания детальной сетки конечных элементов следует сначала
выбрать подходящий параметр глобальной крупности {Global coarseness) в подменю
Mesh (Сетка). Кроме того, при необходимости локального измельчения следует начать
3-57
Справочное руководство
с измельчения кластеров, затем линий и после этого точек. При желании можно
придать точкам локальный коэффициент размера элемента.
3.7	Начальные условия
После создания геометрической модели и построения сетки конечных элементов
необходимо указать начальное напряженное состояние и начальные условия. Это
делается в специальной части программы ввода данных, предназначенной для задания
начальных условий. Начальные условия состоят из двух режимов: один для построения
начальных давлений воды (гидравлические условия) и второй - для задания начальной
геометрической конфигурации и построения поля начальных эффективных напряжений
(режим геометрической конфигурации).
Переключение между этими двумя режимами осуществляется с
помощью "переключателя" на панели инструментов. Режим начальных
условий позволяет вернуться в геометрический режим, однако в целом
этого делать не рекомендуется, т.к. часть информации, относящейся к
начальным условиям, будет потеряна.
3.8	Гидравлические условия
Программа PLAXIS широко используется для расчета эффективных напряжений с
проведением четкого различия между активным поровым давлением, расит и
эффективными напряжениями, cf. Активное поровое давление, в свою очередь,
подразделяется на установившееся, pSKady, и избыточное поровое давление, pexcess:
Рattire Рsteady Рexcess
Избыточное поровое давление - это давление, которое обычно возникает в результате
нагружения кластеров, для которых тип материала в наборе данных указан как
Undrained (Недренироеанный). При расчете деформаций (режим Plastic) избыточные
поровые давления могут возникать только в кластерах типа Undrained
(Небронированные). Зависящее от времени рассеивание избыточного порового
давления может быть определено в расчете консолидации грунта (режим Consolidation).
В расчетах этого типа развитие избыточного порового давления определяется
параметром Permeability (Проницаемость), поведение материала зависит скорее от
параметров, чем от типа материала.
Установившееся поровое давление — это давление, представляющее устойчивую
гидравлическую ситуацию. Такая ситуация возникает, когда внешние гидравлические
условия остаются более или менее постоянными в течение продолжительного периода
времени. Для достижения устойчивого состояния совсем не обязательно, чтобы
поровые давления сами по себе находились в статическом равновесии (т.е.
горизонтальный уровень грунтовых вод), т.к. и в ситуациях, когда имеет место течение
и просачивание грунтовых вод, также возможно возникновение устойчивого состояния.
Установившееся поровое давление и наружное давление воды (рассматриваемые как
«давление воды») могут быть сгенерированы в режиме гидравлических условий.
Давление воды легко получить на основе уровней грунтовых вод. Также поровые
давления могут быть получены в ходе расчета потока грунтовых вод. Последнее
требует ввода граничных условий для напора грунтовых вод, которые по умолчанию
3-58
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
берутся из обычного уровня грунтовых вод. Давление воды также может быть
получено из отдельной программы Plaxis для временных и ненасыщенных грунтовых
вод. Эта программа доступна как дополнение 8-ой версии. Так же временные потоки не
всегда дают устойчивое состояние порового давления, поровое давление, взятое из этой
программы, обрабатывается при анализе деформации как устойчивое.
Режим гидравлических условий может быть пропущен, если вы работаете с проектом,
который не содержит давлений воды. В этом случае уровень грунтовых вод
устанавливается на нижней границе геометрической модели, а все виды порового
давления и внешнее давление воды принимаются равными нулю.
3.8.1 Удельный вес воды
В случае проектов, включающих поровое давление воды, необходимо ввести удельный
вес воды для того, чтобы отличать эффективные напряжения от порового давления.
При первом заходе в резким гидравлических условий появляется окно, в котором
пользователь может указать удельный вес воды. Удельный вес воды может быть также
задан из опции Water weight (Вес воды) в подменю Geometry (Ггометрия).
По умолчанию удельный вес воды равен 9.8 кН/м3 (или 0.062 клфунт/ф>ут3)
3.8.2 Уровни грунтовых вод
| Поровое давление и внешнее давление воды могут быть сгенерированы на
г =“ I основе уровня грунтовых вод. Уровень грунтовых вод представляет собой
' I линию, во всех точках которой давление воды равно нулю. При задании
уровня грунтовых вод мы получим линейную зависимость между давлением
воды и глубиной, зависящую от заданного удельного веса воды (вариации давления
предполагаются гидростатическими). Перед заданием уровня грунтовых вод
пользователь должен ввести нужный удельный вес воды. Опция для ввода уровней
грунтовых вод может быть запущена из подменю Geometry (Ггометрия) или путем
нажатия на соответствующую кнопку на панели инструментов. Уровень грунтовыхх
вод задается так же, как геометрическая линия (см. параграф 3.3.1).
Уровень грунтовых вод задается двумя и более точками. Точки могут вводиться с лева
на право (возрастание координаты X) или наоборот (уменьшение Х-коордипаты).
Точки и линии накладываются на геометрическую модель, но не взаимодействуют с
ней. Пересечение уровня грунтовых вод с существующими геометрическими линиями
не приводит к появлению дополнительных геометрических точек.
Если уровень грунтовых вод не охватывает весь х-диапазон геометрической модели,
считается, что он горизонтально простирается от самой левой точки модели до минус
бесконечности и от ее самой правой точки — до плюс бесконечности. Выше уровня
грунтовых вод поровые давления равны пулю, а ниже него имеет место
гидростатическое распределение порового давления, по меньшей мере тогда когда
давление воды генерируются на основе уровня грунтовых вод. Генерация давления
воды фактически производится после выбора опции Generate water pressures
(Генерировать давление воды) (см. параграф 3.8.4) .
3-59
Справочное руководство
Общий уровень грунтовых вод
Если уровень грунтовых вод нарисован, но пользователь не выделил ни одного из
кластеров, этот уровень грунтовых вод считается общим (General phreatic line.) По
умолчанию, общий уровень грунтовых вод проходит в нижней части геометрической
модели. При задании нового общего уровня грунтовых вод он автоматически заменяет
старый. Общий уровень грунтовых вод может использоваться для генерации простого
гидростатического распределения порового давления для всей геометрической модели.
По умолчанию он присваивается всем кластерам модели.
Если общий уровень грунтовых вод проходит за пределами геометрической модели и
соответствующая граница является свободной, внешнее давление воды будет
генерироваться на основе этого общего уровня. Это так же применяется к границам,
которые возникают при экскавации (деактивировании) кластеров грунтов в рабочей
области поэтапного строительства (Staget Construction). Программа расчета будет
рассматривать внешнее давление воды как полосовую нагрузку и учтет ее вместе с
весом грунта и поровым давлением как величину, зависящую от параметра SMweight.
Внешнее давление воды рассчитывается таким образом, чтобы обеспечивалось
равновесие давлений воды на геометрической границе. Однако, если уровень воды
пересекает геометрическую границу в несуществующей геометрической точке,
невозможно точно рассчитать внешнее давление воды (см. рис. 3.32) . Это связано с
тем, что величина внешнего давления воды определяется только в двух конечных
точках геометрической линии, и изменение давления вдоль линии может носить только
линейный характер. Следовательно, для точного определения внешнего давления воды
необходимо, чтобы общий уровень воды пересекал границу модели только в
существующих геометрических точках. Это условие должно учитываться при создании
геометрической модели.
При необходимости следует ввести в геометрическую модель дополнительную
геометрическую точку специально с этой целью.
inaccurate	accurate
Рис. 3.31. Случаи неточного и точного моделирования внешнего давления воды
Общий уровень воды так же может использоваться для создания граничных условий
для напора грунтовых вод в случаях, когда поровое давление рассчитывается на основе
расчета потока грунтовых вод (Пар. 3.8.3).
Уровень грунтовых вод кластеров
Для того, чтобы получить дискретное распределение порового давления, можно задать
для каждого кластера отдельный уровень грунтовых вод (Cluster phreatic level).
Фактически, уровень грунтовых вод кластеров необязательно является настоящим
уровнем грунтовых вод. В случае водоносного слоя, уровень грунтовых вод кластеров
представляет степень давления, т.е. возможный 0-ой уровень порового давления в этом
слое. Для задания уровня грунтовых вод кластеров следует сначала выбрать кластер,
для которого отдельный уровень грунтовых вод должен быть задан, а затем запустить
опцию Phreatic line (Уровень грунтовых вод) с помощью кнопки на панели
3-60
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
инструментов или из подменю Geometry (Геометрия) и ввести уровень, не снимая
выделения кластера. Если вы выберете сразу несколько кластеров (щелкнув по ним
мышью при нажатой клавише <Shift>) и введете уровень грунтовых вод кластеров, этот
уровень будет относиться ко всем выделенным кластерам.
Рис. 3. 32. Окно распределения норового давления кластеров.
Кластеры, для которых не задан уровень, по-прежнему будут соотнесены с общим
уровнем грунтовых вод. Для того чтобы определить, какой уровень приписан тому или
иному кластеру, следует щелкнуть по этому кластеру и посмотреть, какой из уровней
грунтовых вод будет указан красным цветом. Если ни один из уровней не окрасится в
красный цвет, это значит, что для рассматриваемого кластера была выбрана иная опция
(см. ниже).
После двойного щелчка по кластеру в режиме давлений воды на экране появится окно,
в котором с помощью селекторных кнопок будет показано, какой уровень грунтовых
вод был присвоен кластеру. Если кластеру по ошибке был присвоен уровень грунтовых
вод, эту настройку можно сбросить на общий уровень, выбрав в том же окне опцию
General phreatic line (Общий уровень грунтовых вод). В результате уровень вод для
кластера будет стерт.
Кроме общего уровня грунтовых вод и уровня грунтовых вод для кластера имеются и
другие опции, которые будут рассмо трены в следующем разделе.
Интерполяция поровых давлений по соседним кластерам или линиям
Третья возможность генерировать поровое давление в кластерах грунтов это опция
Интерполировать по соседним кластерам или линиям (Interpolate from adjacent clusters
or lines).Эта опция используется, например, если относительно непроницаемый слой
грунта находится между двумя проницаемыми слоями с разным устойчивым напором
грунтовых вод. Распределение порового давления в относительно непроницаемом слое
не будет носить гидростатического характера, т.е. его нельзя определить с помощью
уровня грунтовых вод.
3-61
Справочное руководство
При выборе опции Interpolate from adjacent clusters or lines (Интерполировать no
соседним кластерам или линиям) поровое давление в этом кластере линейно
интерполируется в вертикальном направлении, начиная со значения давления в низу
расположенного сверху кластера и заканчивая значением давления на кровле
находящегося снизу кластера, за исключением случая, когда поровое давление в
кластере сверху или снизу определено через определенное пользователем
распределение порового давления. Опция Interpolate... (Интерполировать...) может
быть последовательно использована для двух и более расположенных один над другим
кластеров. В случае если программа не может найти начального значения для
вертикальной интерполяции порового давления, она определяет начальное значение на
основе общего уровня грунтовых вод.
Кроме значений порового давления в слоях, расположенных выше или ниже
рассматриваемого кластера, можно использовать значения напора грунтовых вод,
которые напрямую вводятся у геометрических линий. Для этого следует дважды
щелкнуть по соответствующей геометрической линии. В результате появится окно
напора грунтовых вод, в котором можно ввести требуемые значения напора в обеих
точках линии. Когда вы указываете напор грунтовых вод в любой из точек, программа
выводит соответствующее поровое давление (поровое давление = удельный вес воды х
(напор грунтовых вод — вертикальное положение)). Если для соседнего кластера
выбрана опция Interpolate from adjacent clusters or lines (Интерполировать no соседним
кластерам или линиям), интерполяция начнется скорее со значения порового давления
на линии, чем в соседнем кластере. Другими словами, процедура интерполяции отдает
преимущество поровым давлениям, напрямую введенным на геометрических линиях,
по сравнению с поровым давлением в соседних кластерах.
Прямой ввод напора грунтовых вод на вертикальных геометрических линиях будет
иметь значение, только если соседний кластер грунтов установлен на Интерполяцию
или если поровое давление генерируется посредством расчета потока грунтовых вод.
Обратите внимание на то, что поровые давления интерполируются в вертикальном, а не
в горизонтальном направлении. Следовательно, прямой ввод значений напора
грунтовых вод на вертикальных геометрических линиях не будет иметь никакого
эффекта, по крайней мере при генерации порового давления на основе уровней
грунтовых вод.
Для того чтобы стереть с геометрической линии напрямую введенное значение
порового давления, следует выделить эту линию и нажать клавишу <Del> клавиатуры.
Сухой кластер
Быстрая и удобная опция имеется для дренированных и недренированных кластеров,
которые должны быть сделаны сухими, другими словами, они должны иметь нулевые
поровые давления. Это возможно сделать, выбрав опцию Cluster dry (Сухой кластер). В
результате установившиеся поровые давления в этом кластере устанавливаются
нулевыми и удельный вес грунта считается как unsaturated weight (удельный вес грунта
в естественном состоянии). Заметьте, что кластеры представляющие массивные
(бетонные) конструкции, где поровые давления следует временно исключить (такие как
стена в грунте или кессон), должны быть определены как Non-porous (Непористый) в
соответствующем наборе данных по материалам.
3-62
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Нет необходимости устанавливать таким непористым материалам Cluster dry в
гидравлическом режиме. Следует также заметить, что в недренируемых кластерах
избыточное поровое давление все еще может генерироваться, пока используется опция
Cluster dry.
Пользовательский уровень грунтовых вод
Если распределение порового давления в данном кластере очень особенное и не может
быть определено одной из вышеперечисленных опций, оно может быть определено
пользователем. Когда выбрана эта опция, вы можете ввести начальный уровень, уге/, в
единицах длины, начальное давление, ргеу в единицах напряжения (т.е. поровое
давление в начальном уровне) и приращение давления, р„,с, в единицах напряжения на
единицу глубины. Таким способом может быть определено линейное распределение
порового давления. Начальный уровень, угеу, отсчитывается от вертикальной линии (у-
координата), где поровое давление равно начальному давлению, prif. Если кластер
(частично) расположен над начальным уровнем, поровое давление в этой части
кластера будет также равно начальному давлению. Ниже начального уровня, поровое
давление в кластере линейно возрастает на величину р„,с. Обратите внимание, что
значения рге/и р,„с отрицательные для давления и возрастания давления с глубиной,
соответственно. Пользовательское распределение порового давления не может быть
использовано для интерполяции поровых давлений в другие кластеры. Это следует
принимать в расчет, когда используется опция для кластера, расположенного ниже или
выше.
Давление воды в неактивных кластерах
Когда генерируется давление воды, основанное на общем уровне грунтовых вод, или
если некоторые кластеры неактивны в начальной конфигурации модели (параграф
3.9.1), тогда не делается различий между активными и неактивными кластерами. Это
значит, что установившееся поровое давление генерируется как для активных
кластеров, так и для неактивных согласно соответствующему уровню грунтовых вод.
Если необходимо исключить давление воды в определенных кластерах, следует
использовать опцию Cluster dry (Сухой кластер) или уровень грунтовых вод для
кластера установить ниже соответствующего кластера.
3.8.3 Граничные условия для расчета потока грунтовых вод
Давление воды может быть сгенерировано не только на основе уровней грунтовых вод,
но и с помощью расчета потока грунтовых вод. Для этого требуется указать граничные
условия для напора грунтовых вод. В принципе существуют два типа граничных
условий потока: заданный напор грунтовых вод и заданный удельный расход в
нормальном направлении к границе. Последний может быть задан только в виде
нулевого расхода, что рассматривается как случай закрытого для потока контура
(Closedflow boundary).
Заданный напор грунтовых вод
Заданный уровень напора грунтовых вод на внешних границах геометрической модели,
по умолчанию получен из общего уровня грунтовых вод, даже, если этот уровень
находится вне активной геометрической модели. Также внутренние геометрические
линии, которые становятся внешними границами благодаря деактивации грунтовых
3-63
Справочное руководство
кластеров, считаются внешними границами модели и поэтому рассматриваются
аналогично.
Кроме автоматических установок для граничных условий, основанных на общем
уровне грунтоввгх вод, заданные напоры могут быть введены вручную. Эта процедура
сходна с прямым вводом поровых давлений для геометрических линий. После двойного
щелчка по существующей геометрической линии появляется окно, в котором можно
ввести значения напора в двух точках этой линии. При указании напора грунтовых вод
в любой из точек, программа выводит соответствующее поровое давление (поровое
давление = удельный вес воды х (напор подземных вод — вертикальное положение)).
Таким образом, можно задать поровые давления, как на внутренних позициях, так и на
внешних границах.
Заданный напор грунтовых вод можно удалить, выбрав соответствующую
геометрическую линию и нажав клавишу Delete.
При задании напора воды на наружной геометрической границе для этой границы
будет сгенерировано внешнее давление воды. Программа будет рассматривать внешнее
давление воды в качестве полосовой нагрузки, и учитывать его совместно с удельным
весом грунта и поровым давлением.
Закрытый для потока контур
Закрытый для потока контур представляет собой объект, который может быть
помещен на границу геометрической модели с тем, чтобы сделать ее
непроницаемой для потока. Эта опция может быть запущена путем нажатия
на кнопку Closed flow boundary (Закрытый для потока контур) на панели
инструментов или из подменю Geometry (Геометрия). Ввод закрытого для потока
контура аналогичен созданию геометрической линии. Однако, закрытый для потока
контур может быть размещен только на существующих геометрических линиях
границы геометрической модели.
Даже если граничная линия помечена как закрытая, имеется возможность задать напор
грунтовых вод на закрытом для потока контуре. Несмотря на то, что величина этого
напора не учитывается при расчете потока грунтовых вод, она потребуется для
определения внешнего давления воды, которое используется при всех последующих
деформационных расчетах.
Поверхности инфильтрации
Задачи фильтрационного потока со свободной депрессионной кривой могут содержать
поверхность инфильтрации на нижней границе потока (см. рис. 3.33). Поверхность
инфильтрации возникает во всех случаях, когда депрессионная кривая касается
открытой нижней границы. Поверхность инфильтрации не является линией потока (в
отличие от депрессионной кривой) или эквипотенциальной линией. Эта линия, на
которой напор, Л, равен гидростатическому напору у (= вертикальное положение). Это
объясняется тем фактом, что давление воды на поверхности инфильтрации равно нулю,
что аналогично условию, существующему на зеркале грунтовых вод.
Для границ с инфильтрацией гидростатический напор, h, должен быть равен
вертикальному положению, у, что является условием, используемым по умолчанию
программой PLAXIS. Нет необходимости знать точную длину поверхности
инфильтрации перед началом расчетов, т.к. одни и те же граничные условия (h = у)
3-64
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
могут быть применены как над депрессионной кривой, так и под ней. Открытые узлы с
h = у могут быть заданы для всех границ с неизвестным гидростатическим напором.
Как вариант, границы, расположенные много выше депрессионной кривой, где
совершенно точно не может возникнуть поверхности инфильтрации, могут быть
заданы как закрытые для потока контуры. Если никаких специальных условий не
задано для отдельной граничной линии, PLAXIS предполагает, что эта граница
«открыта» и устанавливает инфильтрационные условия.
Рис. 3.33 Поток через насыпь (показана поверхность инфильтрации)
Неактивные кластеры при расчете потока грунтовых вод
Пожалуйста, обратите внимание что, эта опция изменена в версии 8 по сравнению с
предыдущими версиями PLAXIS.
При деактивации кластеров в режиме геометрической конфигурации (см. параграф
3.9.1) и последующем расчете потока грунтовых вод для этой ситуации, неактивные
кластеры не принимают участия в фильтрационных расчетах, но поровое давление в
точках напряжения внутри деактивированных кластеров затем устанавливается исходя
из общего уровня грунтовых вод. Однако, если неактивные кластеры (частично)
расположены ниже общего уровня грунтовых вод, будет иметь место гидростатическое
распределение давления ниже общего уровня грунтовых вод, поскольку давление воды
над этим уровнем равно нулю в этих кластерах.
Граница между активными и неактивными кластерами считается «открытой», поэтому
вода может протекать через эту границу. Если необходимо сделать такую границу
непроницаемой, тогда интерфейс должен быть создан на «активной» стороне границы.
Этот интерфейс должен быть определен как непроницаемый (параграф 3.3.5) и также
следует его активировать.
В деформационном расчете, давление воды в активных грунтовых кластерах действует
как внешнее давление воды на активные геометрические границы.
3.8.4 Генерация давления воды
После задания уровней грунтовых вод или граничных условий для расчета
потока грунтовых вод можно переходить к генерации давления воды. Для
этого щелкните по кнопке Generate water pressures (Генерировать давление
воды) (кнопка с синими крестиками) на панели инструментов или запустите
опцию Water pressures (Давление воды) в подменю Generate (Генерировать). В
результате появится окно, в котором пользователь может указать способ генерации
давления воды: на основе уровня грунтовых вод или путем расчета потока грунтовых
вод. Первая из двух опций является быстрой и прямой, тогда как последняя опция
3-65
Справочное руководство
(расчет потока грунтовых вод) может быть более реалистичной, но это потребует ввода
большего количества параметров и больших затрат времени.
Рис. 3.34 Окно генерации давления воды (Waterpressure generation}
Генерация давления на основе уровня грунтовых вод
Генерация давления воды на основе уровней грунтовых вод основывается на вводе
общего уровня грунтовых вод, пользовательских уровней и прочих опций, описанных в
параграфе 3.8.2. Генерация давления представляет собой простой и быстрый процесс.
Если в (начальной) геометрической конфигурации какие-то кластеры были
деактивированы (см. параграф 3.9.1), программа не делает различия между активными
и неактивными кластерами. Это означает, что установившееся поровое давление будет
генерироваться как для активных, так и для неактивных кластеров. Если требуется
исключить поровое давление для определенных кластеров, опция сухой кластер
(Cluster is dry) должна быть установлена или уровень грунтовых вод кластеров должен
быть определен ниже кластера.
Генерация давления с помощью расчета потока грунтовых вод
PLAXIS содержит модуль расчета устойчивого потока грунтовых вод.
Генерация давления путем расчета потока грунтовых вод основана на расчете методом
конечных элементов с использованием проницаемости кластеров грунта и граничных
условий (заданный напор грунтовых вод и закрытый для потока контур; Пар. 3.8.3).
Этот способ генерации является более сложным и следовательно более затратным по
времени чем генерация на основе уровня грунтовых вод, но результаты могут быть
более реалистичными, при условии, что дополнительные параметры ввода правильно
выбраны.
После того как кластеры деактивированы в модуле геометрической конфигурации (§
З.9.1.), неактивные кластеры сами не принимают участия в расчете потока грунтовых
вод, но поровое давление с точками давления в неактивных кластерах определяется
потом из общего уровня грунтовых вод (general phreatic level). Т. о., если неактивные
кластеры располагаются (частично) ниже общего уровня грунтовых вод, тогда водное
давление над общим уровнем грунтовых вод равно 0 в этих кластерах. Окно генерации
парового давления позволяет включать в модуль геометрической конфигурации
активные или неактивные кластеры. Это может быть сделано путем нажатия на кнопку
3-66
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
изменение конфигурации (Change configuration). После того как желаемый выбор
сделан, вы можете вернуться в окно генерации водного давления щелчком на кнопке
Продолжить (Continue) на панели инструментов.
При выборе опции Groundwater calculation (Расчет грунтовых вод) необходимо
выбрать настройки контрольных параметров итерационной процедуры. В целом, могут
использоваться стандартные настройки (Standard setting). Более подробно о расчете
потока грунтовых вод см. в параграфе 3.8.5.
Неустановившаяся фильтрация
В добавление к установившейся фильтрации, PLAXIS позволяет вести расчет для
неустановившегося порового давления воды в естественном и насыщенном состояниях
благодаря изменению граничных условий напора грунтовых вод во времени.
Результаты такого расчета неустойчивой фильтрации, т.е. зависящего от времени
распределения порового давления, могут быть использованы как входные данные для
деформационного расчета. Эта опция требует наличия модуля PLAXIS Groundwater
Flow (Фильтрационный расчет), который существует как приложение к Версии 8.
Результаты генерации давления воды
После нажатия на кнопку ОК в окне генерации, водное давление рассчитывается в
соответствии с выбранной опцией.
По окончанию генерации давления воды, запускается программа вывода данных
(Output program) и на экран выводится график давления воды на фоне общего уровня
грунтовых вод. Для возвращения в программу ввода данных (Input program) следует
нажать на кнопку <Update> (Обновить).
Сгенерированные давления воды могут использоваться в качестве входных данных для
расчета деформаций. Давление воды не является активным до тех пор, пока оно не
будет фактически применено в расчетах. Активация давления воды связана с
активацией веса грунта с помощью параметра XMweight. В принципе, точки
напряжения в элементах с установившимся нулевым поровым давлением считаются
сухими, а точки напряжения, у которых установившееся поровое давление отличается
от нуля, влажными. Таким образом, величина порового давления определяет, будет ли
в расчетах использоваться удельный вес грунта в естественном (/,„„«,) или в
насыщенном состоянии (ysa).
3.8.5 Расчет установившейся фильтрации потока грунтовых вод
Инженерам-геотехникам часто приходится иметь дело с поровыми давлениями и
потоком грунтовых вод, при решении геотехнических задач. Множество ситуаций
включает постоянную фильтрацию или инфильтрацию. Дамбы и насыпи подвержены
постоянной фильтрации грунтовых вод. Аналогичным образом, постоянная фильтрация
имеет место около подпорных стенок, которые разделяют различные уровни грунтовых
вод. Такого рода фильтрация определяется поровыми давлениями, не зависящими от
времени. Следовательно, эти норовые давления могут рассматриваться как
установившиеся. PLAXIS Professional Version 8 включает модуль для расчета
установившейся фильтрации для анализа данных ситуаций. Это свойство описывается
в данном параграфе. Отдельный, но согласованный модуль PLAXIS для фильтрации
зависящей от времени доступен как приложение к версии 8.
3-67
Справочное руководство
Распределение установившихся поровых давлений при расчете потока грунтовых вод
зависит от граничных условий, геометрии модели и проницаемости различных
кластеров грунта. Подробное описание основных дифференциальных уравнений,
использующихся при расчете потока грунтовых вод, дано в Научном руководстве.
Когда используются интерфейсы в расчете фильтрации, по умолчанию они
принимаются полностью непроницаемыми. Таким образом, интерфейсы могут
использоваться для ограничения потока перпендикулярно интерфейсу в расчетах
консолидации или в фильтрационном расчете, например, для моделирования
непроницаемого экрана. Плиты являются полностью проницаемыми. Фактически, это
единственная возможность имитировать непроницаемые стены или плиты, в том
случае, когда элементы интерфейса включены между элементами плит и элементами
окружающего грунта. С другой стороны, следует остерегаться влияния интерфейса на
поток и распределение порового давления, например в интерфейсах вокруг угловых
точек конструкций (параграф 3.3.5). В таком случае интерфейс следует деактивировать
в гидравлическом режиме. Это можно сделать отдельно для расчета консолидации и
фильтрационного расчета. Для неактивных интерфейсов распределенное поровое
давление связанных парных интерфейсов полностью соединено, тогда как для
активных интерфейсов распределенное поровое давление полностью распределено.
В заключение:
Активный интерфейс полностью непроницаемый (разделение распределенного
порового давления связанных пар).
Неактивный интерфейс полностью проницаемый (соединение распределенного
порового давления связанных пар).
Расчет потока грунтовых вод может использоваться для решения задач, как с
напорным, так и с безнапорным движением грунтовых вод. Одной из главных задач
расчета потока безнапорных грунтовых вод является определение положения
депрессионной кривой и соответствующей длины поверхности инфильтрации. В этом
случае необходимо использовать процедуру итеративного решения. При решении задач
с напорным движением грунтовых вод итеративная процедура уже не обязательна, т.к.
здесь можно получить прямое решение. Тем не менее, при расчете потока грунтовых
вод с помощью программы PLAXIS пользователь обязан выбрать настройки
контрольных параметров итеративной процедуры, т.к. заранее неизвестно, будет ли
поток напорным или безнапорным. В целом, можно воспользоваться стандартными
настройками (Standard settings), обычно дающими приемлемое решение. Как вариант,
пользователь может вручную задать нужные ему контрольные параметры.
Ручное задание контрольных параметров расчета потока грунтовых вод
При выборе опции Manual settings (Ручная настройка) в окне Water pressure generation
(Генерация давления воды) и нажатии на кнопку <Define> (Задать) появляется новое
окно, в котором показана текущая настройка контрольных параметров расчета
грунтовых вод (см. рис. 3.35). Расшифровка этих параметров приведена ниже.
3-68
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Рис. 3.35. Окно контрольных параметров расчета грунтовых вод
Tolerated error (Допустимая ошибка):
Допустимая полная (относительная) погрешность при определении баланса водных
масс. При использовании стандартных настроек допустимая ошибка (Tolerated error)
равна 0.01.
Over-relaxation (Сверх релаксация):
Коэффициент сверх релаксации в итеративной процедуре. При использовании
стандартных настроек значение сверх релаксации (Over-relaxation) равно 1.0, т.е. сверх
релаксация не используется. Фактор сверх релаксации больший, чем 0.1 может быть
использован для ускорения итерационного процесса, но это также может привести к
расхождениям результатов. Теоретически, верхний предел равен 2.0.
Maximum iterations (Максимальное количество итераций):
Этот параметр накладывает ограничения на количество итераций, используемых при
расчете безнапорного движения грунтовых вод. При использовании стандартных
настроек максимальное количество итераций равно 100, что обычно бывает
достаточным. Однако, в некоторых случаях для получения решения необходимо
большее количество итераций. Программа позволяет использовать до 999 итераций.
Tension cut-off
В ситуациях, где имеет место безнапорное течение, будут генерироваться
растягивающие поровые напряжения. В некоторых таких ситуациях эти растягивающие
поровые напряжения могут стать нереалистично большими. Использование этих
напряжений в деформационном расчете, в то время как эффективные прочностные
параметры используются для грунта, приведет к завышению прочности на сдвиг. Для
того чтобы избежать данной ситуации, растягивающие поровые напряжения могут
быть выключены выбором опции Tension cut-off. Затем параметр Max. tensile stress
может быть установлен на допустимый максимум растягивающего напряжения (в
единицах напряжений). При использовании стандартных настроек, выбирается опция
Tension cut-off и параметр Max. tensile stress устанавливается нулю.
3-69
Справочное руководство
Ограничения
Несмотря на то, что в процедуре итеративного решения для свободной депрессионной
поверхности грунтовых вод используется концепция частично насыщенного грунта,
программа PLAXIS не рассчитана на анализ потока в частично насыщенном грунте.
Такой расчет потребовал бы знания сложных зависимостей между проницаемостью
грунта, степенью его водонасыщения и растягивающими поровыми напряжениями, что
выходит за пределы текущей версии программы. Такие зависимости включены в
отдельный модуль PLAXIS Фильтрационный расчет, доступный как дополнение к
Версии 8.
3.8.6 Закрытые контуры при расчете консолидации грунта
II I Анализ консолидации может быть выполнен в программе PLAXIS для
i I расчета развития избыточного порового давления во времени.
Расчет процесса консолидации включает дополнительные граничные условия
для избыточного порового давления. По умолчанию все геометрические границы
являются открытыми, что означает, что на границе избыточное поровое давление равно
нулю. Другими словами, вода может свободно вытекать через границы.
На некоторых границах это условие может не выполняться (например, на вертикальных
границах, представляющих ось симметрии, или если нижняя граница расположена в
непроницаемом слое). В этих случаях потока через границу нет. При таких
обстоятельствах пользователь может воспользоваться опцией Closed consolidation
boundary (Закрытый для консолидации контур). Эта опция может быть запущена с
помощью кнопки Closed consolidation boundary (Закрытый для консолидации контур)
на панели инструментов или из подменю Geometry (Геометрия). Закрытый для
консолидации контур создается так же, как закрытый для потока контур (см. параграф
3.8.3).
Закрытые контуры для расчета консолидации не предполагают автоматически
закрытую границу фильтрации или наоборот. Если проект включает, как
фильтрационный расчет, так и расчет консолидации и часть границ считается
непроницаемой, тогда, в принципе, к этим границам должны быть приложены два
закрытых контура - для фильтрационного расчета и для расчета консолидации.
Возможны ситуации, когда различные условия для фильтрации и консолидации
считаются на определенной границе, поэтому делается отличие между закрытым
контуром для фильтрационного расчета и закрытым контуром при расчете
консолидации.
При использовании интерфейсов в расчете консолидации, интерфейсы по умолчанию
полностью непроницаемые, это означает, что консолидация через интерфейс
отсутствует. Таким образом, интерфейсы имеют ту же функцию, что и закрытые
контуры при расчете консолидации, исключая случай, когда интерфейсы используются
внутри геометрии, тогда как закрытые контуры могут использоваться только на
границах геометрической модели. Если интерфейсы представлены в сетке,
пользователь может избежать любого влияния интерфейса на процесс консолидации,
например в интерфейсах, вокруг угловых точек структур (§ 3.3.5). В таком случае
интерфейс должен быть деактивирован в реяшме гидравлических условий. Это может
3-70
Plaxis Версия 8
Ввод (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
быть сделано отдельно для анализа консолидации и расчета потока грунтовых вод. Для
неактивных интерфейсов распределенное избыточное поровое давление интерфейсов
связанных пар' полностью соединено, тогда как для активных интерфейсов
распределенное давление полностью разделено.
В заключении:
Активный интерфейс полностью непроницаемый (разделение распределенного
порового давления связанных пар).
Неактивный интерфейс полностью проницаемый (соединение распределенного
порового давления связанных пар).
Невозможно задать избыточные поровые давления как граничные условия для расчета
консолидации. Избыточные поровые давления в начале расчета консолидации могут
быть только результатом ранних расчетов, где использовались недренируемые
кластеры, т. е. кластеры, где тип материала (Material type) в соответствующих базах
данных по материалам был установлен на недреннированный (Undrained). За более
подробной информацией об анализе консолидации смотри в Пар. 4.4.2, 4.5.4. и в
Научном руководстве.
3.9	Начальная геометрическая конфигурация
Для перехода из режима гидравлических условий в режим
геометрической конфигурации, щелкнете по правой кнопке
«переключателя» на панели инструментов.
Режим геометрической конфигурации используется для установки начальной
геометрической конфигурации и позволяет деактивировать геометрические кластеры,
которые не активны в начальной ситуации. В дополнение, начальные эффективные
напряжения могут быть сгенерированы с помощью процедуры Ко (Ко -procedure).
3.9.1 Деактивация геометрических компонентов
В проектах, где предполагается строительство насыпей или других сооружений,
геометрическая модель будет содержать ряд элементов (нагрузки, плиты, геотекстили,
анкеры, интерфейсы и кластеры над начальной поверхностью грунта), которые в
начальной ситуации являются неактивными. PLAXIS автоматически деактивирует все
нагрузки и конструкционные объекты в начальной геометрической конфигурации, так
как в основном эти объекты приложены в последующих этапах и не представлены в
начальной ситуации. Обратите внимание, что КО - процедура для генерации начальных
напряжений (параграф 3.9.3) не берет в расчет внешние нагрузки и вес элементов
конструкций.
Активация и деактивация производится с помощью однократного щелчка по нужным
компонентам в геометрической модели. Обратите внимание, что по сравнению с
предыдущей версией PLAXIS интерфейсы могут также активироваться или
деактивироваться индивидуально. Когда интерфейс в деформационном расчете
активен, он ведет себя как упругий материал (нет скольжения или разрыва). В
фильтрационном расчете или расчете консолидации неактивные интерфейсы
полностью проницаемые. Фактически, распределенное поровое давление
соответствующих связанных парных интерфейсов полностью соединено.
3-71
Справочное руководство
Деактивированные кластеры имеют белый цвет фона, а деактивированные структурные
компоненты - серый цвет. Повторный щелчок по деактивированному компоненту
приведет к его повторному включению.
Анкеры могут быть активными только тогда, когда активными являются грунт или
сооружения, с которыми эти анкеры связаны. В противном случае они автоматически
деактивируются программой. Если на неактивную часть геометрической модели
действуют нагрузки или заданные перемещения, то тогда в ходе расчетов эти условия
не учитываются.
Хотя внешние нагрузки могут быть активированы в начальной конфигурации, они не
учитываются в генерации начальных напряжений (Ко - процедура). Следует также
отметить, что вес элементов конструкций игнорируется в процессе создания начальных
напряжений. Следовательно, внешние нагрузки или конструкционные объекты в
начальной конфигурации не имеет эффекта.
3.9.2 Просмотр или изменение наборов данных по материалам
После двойного щелчка по кластеру или структурному объекту в режиме
геометрической конфигурации (Geometry configuration) появляется окно свойств, в
котором можно просмотреть наборы данных по материалам. В отличие от создания
наборов данных по материалам в режиме создания модели, характеристики грунта и
параметры модели можно только просмотреть, но не менять в наборе данных.
Возможно переопределение наборов данных для кластеров или конструкционных
объектов. Эта опция обычно не рассматривается при задании начальных условий, т.к.
начальные свойства материала обычно напрямую задаются при создании
геометрической модели. Она более полезна как опция расчета в рамках режима
Поэтапное строительство (Staged construction) (см. параграф 4.7.5).
3.9.3 Генерация начальных напряжений (процедура кц)
Начальные напряжения в толще грунта зависят от удельного веса грунта и
истории своего формирования. Напряженное состояние обычно
характеризуется начальным вертикальным напряжением <г v, 0. Начальное
вертикальное напряжение связано с коэффициентом бокового давления
грунта КО (oh, 0 = КО ov, 0).
В программе PLAXIS начальные напряжения могут генерироваться с помощью КО или
режима гравитационного нагружения (Gravity loading). Возможности и ограничения
каждого из методов подробно рассмотрены в Приложении А.
3-72
Plaxis Версия 8
Ввод (предварительная обработка) данных
Рис. 3.36. Окно генерации начальных напряжений (процедураКО)
Для генерации начальных напряжений на основе величины КО следует щелкнуть по
кнопке Generate initial stresses (Гтерироеатъ начальные напряжения) (кнопка с
красными крестиками) на панели инструментов или запустить опцию Initial stresses
(Начальные напряжения) в подменю Generate (Генерировать). В результате появится
окно с таблицей, в которой, среди всего прочего, можно ввести значения КО (см. рис.
3.31). Расшифровка значений различных параметров, встречающихся в окне, приведена
ниже.
SMweight:
Перед тем, как вводить значения параметров в таблице, необходимо указать величину
XMweight. Этот параметр представляет пропорциональную долю прикладываемой силы
тяжести. В целом, можно оставить принимаемую по умолчанию величину 1.0, что
соответствует полной активации удельного веса грунта. Для сброса на ноль ранее
сгенерированных начальных напряжений следует задать EMweight равное нулю и
повторно сгенерировать начальные напряжения.
Cluster (Кластер):
В первом столбце показан номер кластера. При вводе какого-либо значения в таблице
программа показывает соответствующий кластер в главном окне на заднем фоне
(перечеркнутый красным цветом). Если потребуется, окно генерации начальных
напряжений можно сдвинуть в сторону для того, чтобы можно было увидеть нужный
кластер.
Model (Модель):
Во втором столбце указывается модель материала, используемая для конкретного
кластера (Elastic = Упругая модель; МС = модель Мора-Кулона; Hard Soil = Модель
упрочняющегося грунта; Soft Soil = Модель слабого грунта; SS-Creep = Модель
ползучести слабого грунта). Смотри руководство по моделям материалов для более
детальной информации.
3-73
Справочное руководство
OCR (Коэффициент переуплотнения) и POP (Предварительное давление
покрывающих пластов):
В третьем и четвертом столбцах указываются либо коэффициент переуплотнения
грунта (Overconsolidation ratio - OCR), либо предварительное давление покрывающих
пластов (Pre-overburden pressure - POP). Одна из этих двух величин используется для
генерации давлений предварительного уплотнения в модели слабых грунтов (Soft Soil
(Creep)). Для остальных моделей OCR и POP не требуются. Смотри руководство по
моделям материалов для более детальной информации.
КО:
В пятом столбце указывается значение параметра Ко для всех индивидуальных
кластеров. По умолчанию величина Ко определяется по формуле Jaky (l-sinp), однако
ее величина может быть изменена пользователем. Введение отрицательной величины
для Ко приведет к пересчету Ко на основе (l-sini'/j). Будьте осторожны со слишком
низкими или слишком высокими значениями Ко, т.к. они могут привести к начальной
пластичности (см. Приложение А).
При нажатии кнопки ОК начинается генерация начального давления. Процедура Ко
рассматривает только массу грунта и рассчитывает только эффективные и паровые
давления в элементах грунта и интерфейсах. Внешние нагрузки и вес структурных
элементов не принимается в расчет. Поэтому активирование нагрузок и структурных
объектов в начальной конфигурации не дает эффекта
Результаты генерации начальных напряжений
По окончанию генерации начальных напряжений запускается программа вывода
данных (Output program) и на экран выводится график начальных эффективных
напряжений. В целом, начальные напряжения в точке напряжения определяются весом
материала над этой точкой и значением ZMweight:
где yj - это единица веса индивидуальных слоев, h - это глубина слоя и pw - начальное
поровое давление в точке напряжения.
Использование сильно отличающихся от единицы значений КО может в ряде случаев
привести к начальному напряженному состоянию, нарушающему критерий Кулона.
Хотя PLAXIS корректирует такие напряженные состояния для соблюдения критерия
Кулона, напряженное состояние в результате может отличаться от ожидаемого.
Пользователь легко может распознать этот случай, проверив график пластических
точек (Plastic points), который может быть запущен из меню Stresses (Напряжения)
программы вывода данных (Output program). Если на этом графике имеется много
красных пластических точек (точек Кулона), следует подобрать более близкое к 1.0
значение КО. Если пластических точек мало, рекомендуется выполнить нулевой
пластический шаг. При использовании модели грунта (Soil model) или модели слабого
грунта (Soft Soil) и задании начального напряженного состояния для нормально
уплотненного грунта (OCR = 1.0 и POP = 0.0), на графике пластических точек
появляется много синих точек. Волноваться из-за этого не следует, т.к. эти точки
просто указывают на напряженное состояние нормально уплотненного грунта.
3-74
Plaxis Версия 8
ВВОД (ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА) ДАННЫХ
Для возвращения к программе ввода данных {Input program) нажмите кнопку <Update>
{Обновить).
3.10	Начало расчета
Генерация начальных напряжений завершает создание начальной ситуации
конечноэлементной модели. После нажатия на кнопку <Calculate> {Расчет) на панели
инструментов, появляется диалоговое окно с подсказкой для пользователя сохранить
полученные данные. Данные могут быть сохранены под существующим именем файла
(просто нажать кнопку <Yes> - Да) или под новым именем (нажать кнопку <Save as> -
Сохранить как...) Последняя опция может быть также использована для создания
копии ранее сгенерированной модели. После ее выбора на экран будет выведен
запросчик файлов, в котором можно задать нужное имя файла. При сохранении новой,
ранее не сохранявшейся модели имя файла придется указывать при выборе любой из
этих двух опций. Если вы нажмете кнопку <No> {Нет), данные сохранены не будут, в
результате, все данные введенные после последнего сохранения будут потеряны.
Нажатие кнопки <Сапсе1> {Отменить) приведет к закрытию диалогового окна и
переходу в режим начальных условий программы ввода данных {Input program). Во
всех остальных случаях (кнопки <Save>, <Save as> и <No>) программа ввода данных
закрывается и запускается программа расчета {Calculation program).
3-75

Расчеты
4 Расчеты
После создания конечноэлементной модели можно переходить непосредственно к
расчетам методом конечных элементов. Для этого необходимо определить, какие виды
расчетов должны быть проведены и какие типы нагрузок задействованы. Все это
делается в программе Calculations (Расчеты).
Программа PLAXIS позволяет выполнять несколько видов расчета методом конечных
элементов. Расчет потока грунтовых вод был рассмотрен в предыдущей главе,
посвященной программе ввода данных (Input program), т.к. расчет потока грунтовых
вод широко используется для генерации распределения давления воды, которое служит
в качество входной величины при расчете деформации. Программа Calculations
(Расчеты) имеет дело только с расчетом деформаций, выполняя его в режимах Plastic
(Расчет пластического состояния), Consolidation (Расчет консолидации грунта), Phi-c
reduction (Расчет безопасности) и Dynamic (Динамический расчет). Динамический
расчет требует использования модуля Dynamics, который существует в виде
дополнения к версии 8. Первые три типа расчетов (пластический, консолидация и
безопасности) допускают возможность учета больших перемещений с помощью опции
Updated mesh. Эти различные типы расчетов рассмотрены в параграфе 4.4.2.
В инженерной практике проект может быть разбит на ряд стадий. Процесс расчета в
программе PLAXIS также делится на определенные стадии или фазы. Примерами фаз
расчета являются активация определенной системы нагрузок, моделирование стадии
строительства, задание времени консолидации грунта, расчет коэффициента
надежности и т.п. Каждая из фаз расчета обычно делится на ряд шагов. Это требуется
потому, что нелинейное поведение грунтов требует постепенного приращения
нагрузки. В большинстве случаев, однако, оказывается достаточным указать ситуацию,
которая должна быть достигнута в конце той или иной фазы расчета. Надежные и
полностью автоматические процедуры поэтапного нагружения, использующиеся в
программе PLAXIS, являются гарантией того, что приращение нагрузки будет
выполнено правильно.
4.1	Программа calculations (расчеты)

Этот значок представляет программу Calculations (Расчеты), которая имеет
все необходимые средства для задания и запуска расчетов методом конечных
элементов. В начале программы пользователь должен выбрать проект, для
которого будут производиться расчеты. Окно выбора проекта дает
возможность быстрого выбора одного из четырех последних проектов, с которыми
велась работа. Если нужный вам проект отсутствует в списке, можно воспользоваться
опцией <«More files»> (Пролистать файлы...). На экране появится общий
запросчик файлов, позволяющий пользователю просмотреть все доступные директории
и выбрать нужный файл проекта PLAXIS (*.plx). Выбор проекта не нужен, если вы
щелкнете по кнопке <CaIculate> (Расчет) в режиме задания начальных условий
программы ввода данных (Input program). В этом случае программа Calculations
(Расчеты) автоматически выбирает текущий проект. После (автоматического) выбора
проекта появляется главное окно программы Calculations (Расчеты), содержащее
следующие элементы (см. рис. 4.1).
4-1
Справочное руководство
Рис. 4.1. Главное окно программы Calculations (Расчеты)
Меню Calculations (Расчеты):
Меню Calculations (Расчеты) содержит все рабочие средства программы Calculations.
Большинство опций этого меню доступны также в виде кнопок на панели
инструментов.
Панель инструментов:
Панель инструментов содержит кнопки, которые используются в качестве "быстрых
клавиш" для различных опций меню. Значения тех или иных кнопок выводятся в
всплывающей подсказке после того, как вы подведете к ним курсор.
Вкладки (в верхней части окна):
Вкладки используются для задания определенных фаз расчета (см. параграф 4.3).
Список фаз расчета (нижняя часть окна):
В этом списке выводятся все фазы расчета. Каждая строка соответствует отдельной
фазе. Для каждой фазы указываются идентификаторы (Identification), номер фазы
(Phase по.), номер фазы, с которой должны быть начаты расчеты (Start from), тип
расчета (Calculation), тип нагрузки (Loading input), номер первого и последнего шага
(First и Last) и давление воды (Water).
Если фаза расчета еще не выполнена, столбцы с номерами шагов остаются пустыми.
Выбранная для выполнения фаза расчета указывается синей стрелкой в начале строки
(->). Успешно законченные фазы расчета отмечаются зеленой "галочкой" (V ), а фазы,
для которых расчет прошел с ошибками - красным крестиком ( + ).
Примечание: Если список не виден или содержит слишком мало строк, его можно
увеличить, перетащив вниз с помощью мыши нижнюю границу главного окна
программы Calculations (Расчеты).
4-2
Plaxis Версия 8
Расчеты
4.2	Меню программы calculations (расчеты)
Главное меню программы Calculations содержит падающие подменю, в которых
имеется большинство опций, необходимых для обработки файлов, задания фаз расчета
и выполнения самих расчетов. Меню Calculations содержит падающие подменю File
{Файл), Edit {Правка), View {Вид), Calculate (Расчет) и Help {Справка).
Подменю File (Файл):
Open (Открыть...)
Save (Сохранить)
Print (Печать)
Work directory (Рабочая директория)
{recent projects) (последние проекты)
Exit (Выход)
Подменю Edit (Правка):
Next phase (Следующая фаза)
Insert phase (Вставить фазу)
Delete phase (Удалить фазу)
Copy to clipboard (копировать в буфер обмена)
Для открытия проекта, для которого
необходимо задать фазу расчета.
Опция открывает окно запросчика
файлов.
Для сохранения текущего статуса
списка фаз расчета.
Для печати ряда этапов расчета.
Для задания директории, в которой
будут храниться файлы проектов
программы PLAXIS.
Для быстрого открытия одного из
последних четырех проектов.
Для выхода из программы.
Для перехода к следующей фазе в
списке фаз расчета. Если следующей
фазы не существует, будет введена
новая фаза.
Для того, чтобы вставить новую фазу
расчета на место текущей выделенной
фазы.
Для удаления выделенной фазы (фаз)
расчета.
Для копирования списка расчетных
фаз в буфер обмена
Для выделения всех фаз расчета.
Select all (Выделить все)
Подменю View (Вид):
Calculation manager (Администраторрасчетов) Эта	опция выводит окно
администратора расчетов с указанием
всех активных процессов расчета.
Select points for curves (Выбрать точки для кривых)	Для выбора узлов и точек
напряжения для построения кривых
зависимости перемещений от нагрузки
и траекторий напряжений.
4-3
I
Справочное руководство
Подменю Calculate (Расчет):
Current project (Текущий проект)
Multiple projects (Группа проектов)
Для запуска процесса расчета по
текущему проекту.
Для выбора проекта, для которого
должен быть запущен процесс расчета.
На экран выводится окно запросчика
файлов.
4.3	Задание фазы расчета
Рассмотрим новый проект, для которого еще не были заданы фазы расчета. В этом
случае список фаз расчета содержит только одну строку, в которой указано 'Initial
phase1 (Начальная фаза). Эта строка определяет начальную ситуацию проекта в том
виде, как она была задана в режиме ввода начальных условий программы ввода данных
(Input program). Начальная фаза является исходной точкой для дальнейших расчетов.
Для введения первой фазы расчета для текущего проекта следует нажать кнопку
<Next> (Следующая), находящуюся сразу же над списком, после чего в списке появится
новая строка. Вместо этого можно выбрать опцию Next phase (Следующая фаза) в меню
Edit (Правка). Если программа Calculations была запущена с помощью кнопки
<Calculate> (Расчет) в режиме задания начальных условий программы ввода данных
(Inprut program), то тогда автоматически вводится первая (неопределенная) фаза
расчета.
После введения новой фазы расчета она должна быть определена. Это делается с
помощью вкладок General (Общие настройки), Parameters (Параметры) и Multipliers
(Коэффициенты) в верхней части главного окна. Задание фазы расчета начинается с
выбора типа расчета (Calculation type) на вкладке General. Нажав на клавишу <Enter>,
пользователь переходит к заданию следующего параметра и так до конца. Большинство
из параметров имеют значения, используемые по умолчанию, что упрощает процесс
ввода. В целом, для определения фазы расчета необходимо задать лишь несколько
параметров. Более подробно о различных параметрах говорится в последующих
разделах.
После задания всех необходимых параметров пользователь может либо переходить к
следующей фазе, либо начать процесс расчета. Определение следующей фазы расчета
производится аналогичным образом. Для запуска процесса расчета следует нажать
кнопку <Calculate> (Расчет) на панели инструментов или выбрать опцию Current
project (Текущий проект) в меню Calculate. Необходимо определить все этапы расчетов
до начала вычислений, т.к. программа работает в режиме перехода от
предшествующего к последующему этапу.
4.3.1 Вставка и удаление фаз расчета
В целом, новая фаза расчета добавляется к концу списка с помощью кнопки <Next>
(Следующая). Имеется, однако, возможность вставить новую фазу между двумя
существующими. Для этого выделите строку, на которую вы хотите поместить новую
фазу, и нажмите кнопку <Insert> (Вставить). По умолчанию новая фаза будет
начинаться с результатов предыдущей фазы в списке, номер которой указывается в
4-4
Plaxis Версия 8
Расчеты
столбце Start from (Начать с ...). Это значит, что нагрузки, гидравлические условия,
активные кластеры и структурные объекты берутся из предыдущей фазы. Новые
настройки для вставленной фазы определяются точно так же, как для новой фазы,
добавленной к концу списка.
Фаза, идущая за вставленной и изначально начинавшаяся по результатам предыдущей
фазы, сохранит в столбце Start from прежнее значение и поэтому не начнется
автоматически после выполнения вставленной фазы. Если вы хотите, чтобы следующая
фаза начиналась по результатам вставленной, вам придется вручную изменить значение
параметра в столбце Start from phase (Начать с фазы...) вкладки General (Общие
настройки) (см. параграф 4.4.1). В этом случае придется полностью переопределить
следующую фазу, т.к. ее начальные условия были изменены.
Пользователь может не только вставлять фазы, но и удалять их. Для этого надо
выделить ненужную фазу и щелкнуть по кнопке <Delete> (Удалить). Перед тем, как
удалять фазу, следует проверить, какие из остальных фаз с ней связаны (имеют ее
номер в столбце Start from - Начать с...). После подтверждения удаления фазы, во всех
строках, где в столбце Start from стоял ее номер, автоматически появится вместо этого
номер фазы, предшествующей удаленной. Тем не менее, придется переопределить
параметры всех фаз, ранее связанных с удаленной, т.к. начальные условия для них
были изменены.
4.4	Общие настройки расчета
Вкладка General (Общие настройки) используется для задания общих настроек для той
или иной фазы расчета. В ее состав входят следующие элементы (см. рис. 4.2) :
Phase (Фаза):
Настройки, указанные в групповом блоке Phase (Фаза) могут использоваться для
идентификации текущей фазы расчета и, что более важно, для задания очередности фаз
путем выбора той фазы, которая станет исходной для текущей (см. параграф 4.4.1)
Calculation type (Тип расчета):
Настройки, выбранные в двух комбинированных окнах группового блока Calculation
type (Тип расчета), определяют тип расчета и используемую процедуру пошагового
приращения нагрузки (см. параграф 4.4.2 и далее).
Log info (Журнал событий) и Comments (Замечания):
В поле Comments (Замечания) можно записывать и сохранять любую информацию,
относящуюся к конкретной фазе расчета. В окне Log info (Журнал событий) выводятся
сообщения, выдававшиеся в ходе расчета методом конечных элементов. Это окно
используется для регистрации событий.
4-5
Справочное руководство
Рис. 4.2. Вкладка General (Общие настройки) окна Calculations (Расчеты)
4.4.1 Идентификация и порядок очередности фаз
В полях группового блока Phase (Фаза) вкладки General (Общие настройки)
указываются номер и идентификаторы текущей фазы расчета. По умолчанию строка
идентификаторов содержит надпись <Phase #> (Фаза #), где Н - номер текущей фазы,
однако пользователь может менять ее по своему усмотрению. Идентификаторы и номер
фазы указываются в списке фаз расчета в нижней части окна.
Кроме того, в поле Phase (Фаза) необходимо указать параметр Start from phase (Начать
с фазы...). Этот параметр указывает, с какой фазы должна начинаться текущая
(исходная фаза называется опорной). По умолчанию в этом поле указывается
предыдущая фаза, однако опорной может быть любая из более ранних фаз. Фаза,
которая стоит в списке позже текущей, не может быть указана в качестве опорной.
Очевидно, что при задании одной единственной фазы расчета она должна начинаться с
ситуации, заданной в режиме начальных условий программы ввода данных (Input
program). Однако, более поздние фазы также могут начинаться с этой начальной
ситуации. Такое может произойти, если для одного и того же проекта должны быть по
отдельности рассмотрены различные режимы нагружения или последовательности
режимов нагружения. Еще одним примером непрямой очередности фаз являются
расчеты, связанные с анализом эксплуатационной безопасности для промежуточных
стадий строительства. Анализ эксплуатационной безопасности в программе PLAXIS
основывается на методе Phi-c reduction (метод снижение р, с) (см. параграф 4.9),
который позволяет выйти на состояние разрушения. При продолжении процесса
строительства следующая фаза должна начинаться скорее с результатов предыдущей
стадии строительства, чем с результатов анализа эксплуатационной надежности. Как
вариант, анализ эксплуатационной надежности может быть выполнен в конце процесса
расчета. В этом случае параметр Start from phase (Начать с фазы...) для анализа
эксплуатационной надежности должен указывать на соответствующие стадии
строительства.
4-6
Plaxis Версия 8
Расчеты
4.4.2 Типы расчетов
Первый параметр, который должен быть задан при определении фазы расчета, это Туре
of calculation (Tim расчета). Этот параметр задается в первом комбинированном окне
вкладки General (Общие настройки). Различаются три основных типа расчетов: расчет
пластического состояния (plastic), расчет процесса консолидации грунта (consolidation)
и расчет безопасности (Phi-c reduction). Динамический расчет (Dynamic) задается в
комбинированном окне при наличии дополнительного модуля (Dynamic),
представленного в версии 8.
Расчет пластического состояния (Plastic)
Опция Plastic (Расчет пластического состояния) выбирается, если нужно выполнить
расчет упругопластических деформаций без учета эффекта больших деформаций.
Матрица жесткости в этом случае основана на исходной недеформированной
геометрии модели. Этот тип расчета используется для многих практических
геотехнических задач. В целом, расчет пластических деформаций производится без
учета влияния времени. Исключение составляет случай использования модели
ползучести слабого грунта (Soft Soil Creep) (см. Пособие по моделям грунтов). При
анализе быстрого нагружения водонасыщенных глинистых грунтов можно
воспользоваться опцией Plastic в ограниченном числе случаев полностью
недренированного грунта при указании в наборе данных опции Undrained
(Недренированный). С другой стороны, осадка грунта в конце процесса консолидации
может быть определена путем расчета для случая полностью дренированного грунта.
Это даст достаточно точный прогноз окончательной ситуации, несмотря на то, что
точная история нагружения не воспроизводилась, а сам процесс консолидации
подробно не рассматривался.
Расчет консолидации (Consolidation)
Эта опция должна быть выбрана, когда необходимо проанализировать процесс
развития и рассеяния избыточного порового давления в водонасыщенных глинистых
грунтах как функцию от времени. Программа PLAXIS позволяет проводить
реалистичный расчет упругопластической консолидации грунта. В целом, расчет
консолидации без дополнительного нагружения производится после расчета
пластических деформаций в недренированных условиях. Также возможно
прикладывать нагрузки во время расчета консолидации. Возможно проводить расчет
поэтапного строительства с одновременной консолидацией. И, наконец, расчет
консолидации в программе PLAXIS может проводиться в рамках теории больших
деформаций.
Снижение <р, с (Phi-c reduction)
Расчет устойчивости в PLAXIS осуществляется путем понижения прочностных
характеристик грунта. Этот процесс называется Phi-c reduction и присутствует как
отдельный тип расчета. Phi-c reduction следует выбирать, когда нужно рассчитать
общий коэффициент надежности для данной ситуации. Расчет надежности может быть
проведен после каждой расчетной фазы и таким образом для каждого этапа
строительства. Тем не менее, обратите внимание, что расчет надежности не может
использоваться как начальное условие для других расчетных фаз, так как данный
расчет заканчивается разрушением. Поэтому рекомендуется определять все расчеты
4-7
Справочное руководство
надежности в конце списка расчетных фаз и использовать Start from phase для
установки фазы, для которой будет рассчитываться коэффициент надежности.
Когда выполняется расчет надежности, нагрузки не могут возрастать одновременно. В
действительности, Phi-c reduction - особый тип пластического расчета. Ввод
приращения времени не важен в этом случае.
При использовании Phi-c reduction в комбинации с усовершенствованными моделями
грунтов эти модели будут вести себя как стандартная модель Мора-Кулона, так как
жесткость, зависящая от напряжения, и эффекты упрочнения исключены из расчета. В
этом случае жесткость рассчитывается в начале расчетной фазы и сохраняется
постоянной до тех пор, пока расчет не закончится.
Более подробно о Phi-c reduction смотрите в параграфе 4.9.
Расчет по изменяемой сетке (Updated mesh)
Три типа расчетов (Plastic calculation, Consolidation analysis, Phi-c reduction) могут быть
выполнены по изменяемой сетке, учитывающей эффект больших деформаций. Эту
опцию можно выбрать при помощи кнопки Advanced в группе Calculation type на
вкладке General. Также может быть выбрана опция Updated water pressures.
Расчет по изменяемой сетке представляет собой разновидность расчета пластического
состояния. Этот тип расчета должен использоваться, когда ожидаемые деформации
могут существенно повлиять на геометрию модели. При расчете по изменяемой сетке
матрица жесткости основана на деформированной геометрии. Кроме того, принимается
специальное определение скоростей напряжений, включающее в себя элементы
вращения. Эта методика вычислений основана на подходе, известном под названием
уточненной формулировки Лагранэюа (Updated Lagrange formulation) [2]. Более
подробно об этом говорится в параграфе 4.10.
Для большинства задач эффект больших деформаций является незначительным, так что
обычный расчет пластического состояния дает достаточно точные результаты. Однако
существуют определенные обстоятельства, при которых эти деформации должны быть
приняты во внимание. Типичными примерами являются расчет армированных
земляных сооружений, расчет разрушающей нагрузки для фундаментов больших
морских сооружений и проекты, в которых большие деформации могут иметь место
при слабых грунтах.
Обратите внимание на то, что после расчета по изменяемой сетке нельзя проводить
обычный расчет пластического состояния. С другой стороны, расчет по изменяемой
сетке может следовать за обычным расчетом, предусматривая опцию Reset
displacements to zero (параграф 4.6).
Следует также помнить, что расчет по изменяемой сетке занимает намного больше
времени и является менее устойчивым, чем обычный расчет пластических деформаций,
и поэтому использовать его нужно только в особых случаях.
4.5	Процедуры пошагового приращения нагрузки
Когда расчет методом конечных элементов производится с учетом пластических
свойств грунта, уравнения становятся нелинейными, что означает, что задача должна
4-8
Plaxis Версия 8
Расчеты
решаться путем пошаговых расчетов. Важным элементом процедуры нелинейного
решения задачи является выбор размера шага и алгоритма решения.
На каждом из шагов вычисления ошибки в определении равновесного состояния
последовательно уменьшаются с помощью ряда итераций. Итерационная процедура
основана на ускоренном методе начальных напряжений. Если шаг вычисления имеет
подходящий размер, то тогда количество итераций, необходимых для достижения
равновесного состояния, будет относительно мало, обычно от 5 до 10. При слишком
маленьком шаге вычисления потребуется много шагов для достижения требуемого
уровня нагрузки, и это потребует много машинного времени. С другой стороны, при
слишком большом шаге вычислений количество итераций, необходимых для
достижения равновесного состояния, может стать слишком большим, что может даже
привести к расхождению решения.
Для решения задач, связанных с нелинейной пластичностью, в программе PLAXIS
предусмотрены различные процедуры. Все процедуры основаны на автоматическом
выборе размера шага. Представлены следующие процедуры: Load advancement ultimate
level (Развитие нагрузки - Предельный уровень). Load advancement number of steps
(Развитие нагрузки - Количество шагов) и Automatic time stepping (Автоматическое
приращение времени). Пользователю не нужно беспокоиться о выборе данных опций,
т.к. программа самостоятельно осуществляет выбор наиболее подходящей процедуры,
гарантируя ее оптимальное выполнение.
4.5.1 Процедуры автоматического задания размера шага
Обе опции группового блока Load advancement (Развитие нагрузки) (Ultimate level -
Предельный уровень и Number of steps — Количество шагов) основаны на процедуре
автоматического задания размера шага. В зависимости от выбранной опции размер
первого шага вычислений либо задается пользователем, либо автоматически
выбирается программой PLAXIS [17]. Процедура автоматического выбора шага для
последующих вычислений рассмотрена ниже (см. 4.5.2).
После задания первого шага вычислений выполняется последовательность итераций
для достижения равновесного состояния. Этот процесс может дать три результата:
Равновесие достигается через меньшее количество итераций, чем задано контрольным
параметром "Требуемый минимум" (Desired minimum). По умолчанию Desired minimum
равен 4, однако эта цифра может быть изменена с помощью опции Manual setting
(Ручные настройки) поля Iterative procedure (Итерационная процедура) на вкладке
Parameters (Параметры). Если количество итераций, требующихся для достижения
равновесного состояния, меньше требуемого минимума, то тогда шаг вычисления
считается слишком маленьким. В этом случае приращение нагрузки умножается на 2,
после чего снова проводится процесс итерации для достижения равновесного
состояния.
При количестве итераций, соответствующем "Требуемому максимуму" (Desired
maximum) решение не сходится. По умолчанию "Требуемый максимум" равен 10,
однако эта цифра может быть изменена с помощью опции Manual setting (Ручные
настройки) поля Iterative procedure (Итерационная процедура) на вкладке Parameters
(Параметры). Если решение не сходится при количестве итераций, равном заданному
максимуму, то тогда шаг вычисления считается слишком большим. В этом случае
4-9
Справочное руководство
приращение надрузки делится пополам, после чего снова производится итерационная
процедура.
Количество потребовавшихся итераций находится в диапазоне между "Требуемым
минимумом" и "Требуемым максимумом". В этом случае считается, что приращение
нагрузки имеет надлежащую величину. По завершению итерационного процесса
начинается следующий шаг вычислений. Изначально размер этого шага равен размеру
предыдущего шага. Если полученный результат соответствует случаю 1 или 2, то тогда
шаг вычисления надо увеличить или уменьшить, повторяя указанные выше процедуры
до тех пор, пока не будет достигнут случай 3.
4.5.2 Развитие нагрузки - предельный уровень
Эта опция использует процедуры автоматического задания шага вычисления,
заложенные в программу PLAXIS. Встроенный алгоритм имеет функцию остановки
вычислений при достижении заданного уровня нагрузки или разрушающей нагрузки.
По умолчанию количество дополнительных шагов (Additional steps) равно 250, однако
этот параметр не особенно важен, т.к. в большинстве случаев вычисления
останавливаются еще до того, как будет достигнуто дополнительное количество шагов.
Важной особенностью этого метода является то, что пользователь задает полные
значения используемых коэффициентов нагрузки. Пластический расчет, при котором
ввод нагрузки происходит в опции Staged construction (Поэтапное строительство) или
Total multipliers (Полные коэффициенты) использует процедуру Load advancement
ultimate level (Развитие нагрузки — Предельный уровень).
Длина первого шага вычислений определяется автоматически одним из следующих
способов:
Программа PLAXIS производит пробные вычисления и определяет на их основе
подходящую длину шага вычислений.
Программа PLAXIS задает начальную величину приращения нагрузки по величине
последнего приращения нагрузки в предыдущих вычислениях.
Метод 1 широко применяется. Метод 2 используется только в том случае, если
нагрузка, прикладываемая во время текущего шага нагружения, равна той, которая
прикладывалась на предыдущем шаге.
Вычисления будут продолжаться до достижения одного из следующих трех критериев:
Достигнута общая заданная нагрузка. В этом случае расчетный этап успешно завершен
и появляется следующие сообщение: Prescribed ultimate state fully reached.
Достигнуто максимальное заданное количество дополнительных шагов вычисления. В
этом случае расчет остановится до достижения общей заданной нагрузки. Появляется
следующее сообщение: Prescribed ultimate state not reached; Not enough load steps.
Следует пересчитать этап с увеличенным числом дополнительных шагов (Additional
steps).
Достигнута разрушающая нагрузка. Считается, что система достигла состояния
разрушения, если приложенная нагрузка уменьшается по величине на протяжении двух
4-10
Plaxis Версия 8
Расчеты
последовательных шагов вычисления. Появляется следующее сообщение: Prescribed
ultimate level not reached; Soil body collapses.
4.5.3 Развитие нагрузки — количество шагов
В этой опции задается количество дополнительных шагов (Additional steps). Выбор
длины шага производится автоматически. Эта опция особенно подходит для случаев,
когда можно ожидать появления разрушающей нагрузки. Анализ эксплуатационной
безопасности с помощью процедуры снижение р, с (phi-c-reduction) должен
проводиться с использованием этой опции.
При выборе этой опции пользователь должен указать начальный размер шага. По
завершению первого шага нагружения программа использует стандартный алгоритм
автоматического выбора шага для определения приращения нагрузки на последующих
шагах. Вычисления будут продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто
максимальное количество шагов. В отличии от опции Ultimate level (Предельный
уровень) вычисления не будут остановлены при достижении состояния разрушения.
4.5.4 Автоматическое приращение времени (консолидация грунта)
Если в окне Calculation type (Тип расчета) установлен параметр Consolidation
(Консолидация ), то тогда используется опция автоматического приращения времени
(Automatic time stepping). При выборе этой опции программа автоматически выбирает
подходящие временные шаги для расчета консолидации грунта. Если расчет проходит
гладко и дает всего несколько итераций на шаг, программа увеличивает длину
временного шага. Если из-за роста пластичности количество итераций на одном шаге
возрастает, программа автоматически уменьшает шаг.
Первый шаг по времени в расчете консолидации обычно определяется параметром First
time step. Этот параметр устанавливается по умолчанию по рекомендуемому
временному шагу (общему критическому шагу) (см. параграф 4.6.1). Параметр First
time step может быть изменен в ручной настройке (Manual setting) итеративной
процедуры. Однако необходимо обращать внимание на временные шаги, меньшие
рекомендуемого минимального значения.
При расчете консолидации в окне Loading input устанавливается Incremental multipliers,
и применяемый первый временной шаг устанавливается в Time incremental, а не в First
time step. В этом случае установленное количество шагов всегда выполняется. При
расчете консолидации в окне Loading input устанавливается Staged construction или
Minimum pore pressure.
4.6	Контрольные параметры расчета
Вкладка Parameters (Параметры) используется для задания контрольных параметров
для конкретной фазы расчета. Эта вкладка содержит следующие элементы (см. рис.
4.3):
Additional steps (Дополнительные шаги)
Этот параметр задает максимальное количество шагов вычисления, которые
выполняются на рассматриваемой фазе расчета.
4-11
Справочное руководство
Если в качестве типа расчета выбирается пластический расчет или расчет
консолидации и в окне Loading input выбирается Staged construction, Total multipliers
или Minimum pore pressure, количество дополнительных шагов является предельной
границей выполняемых шагов расчета. Желательно, чтобы расчет завершался в
пределах заданного количества дополнительных шагов и остановок по первому или
третьему критериям раздела 4.5.2. Если расчет достигает максимального числа
дополнительных шагов, это означает, что полный уровень нагрузки не был достигнут.
По умолчанию параметр Additional steps (Дополнительные шаги) устанавливается на
250, что обычно достаточно для завершения расчета. Однако это количество можно
менять в диапазоне от 1 до 1000.
Если выбирается пластический расчет или расчет консолидации и в Loading input
установлено Incremental multipliers, тогда количество дополнительных шагов
устанавливается на требуемое значение. В этом случае программа всегда точно
выполняет заданное количество дополнительных шагов. По умолчанию параметр
Additional steps устанавливается на 250, однако может быть изменен от 1 до 1000. Такой
же подход применим к расчету надежности (phi-c-reduction) за исключением того, что
параметр Additional steps (Дополнительные шаги) по умолчанию устанавливается на 30.
Рис. 4.3 Вкладка Parameters (Параметры) окна Calculations (Расчеты)
Reset displacements to zero (Обнулить перемещения)
Эту опцию следует выбирать в тех случаях, когда в начале очередной фазы расчета
необходимо избавиться от не имеющих отношения к делу перемещений, определенных
в ходе предыдущих этапов, и начать новый расчет с нулевого поля перемещений.
Например, деформации, обусловленные гравитационной нагрузкой, не имеют
физического смысла, поэтому эта опция обычно выбирается после гравитационного
нагружения, чтобы снять вызванные им перемещения. Если эта опция не будет
включена, инкрементальные перемещения, возникнувшие в ходе текущей фазы
расчета, будут прибавлены к тем, которые уже имели место ранее. Выбор опции Reset
displacements to zero (Обнулить перемещения) не влияет на поле напряжений.
4-12
Plaxis Версия 8
Расчеты
Ignore undrained behaviour (He учитывать недренированное поведение)
Эту опцию следует выбирать в том случае, если необходимо временно исключить из
рассмотрения эффекты поведения недренированного материала (в ситуациях, где
используются кластеры недренированного грунта). В результате все недренированные
кластеры на время становятся дренированными. Появившееся ранее избыточное
поровое давление останется, однако на данной конкретной фазе расчета новое
избыточное поровое давление генерироваться не будет.
Гравитационное нагружение недренированного материала приведет к нереалистичному
избыточному поровому давлению. К примеру, напряжения, обусловленные
собственным весом грунта, определяются долговременным процессом, в котором
развитие избыточного порового давления не уместно. Опция Ignore undrained behaviour
(Не учитывать недренированное поведение) позволяет пользователю вначале задать
материал как недренированный для главной стадии нагружения, и не учитывать
недренированное поведение на стадии гравитационного нагружения. Таким образом, на
этой стадии расчета считается, что все недренированные кластеры ведут себя как
дренированные.
Опция Ignore undrained behaviour отсутствует при расчете консолидации, т.к. этот
расчет не рассматривает тип материала (drained или undrained) в наборе данных.
Delete intermediate steps (Удалить промежуточные шаги)
Эта опция может быть выбрана для экономии дискового пространства. При выборе
этой опции все промежуточные шаги фазы расчета за исключением последнего
удаляются после успешного завершения этой фазы. В целом, последний этап фазы
расчета содержит наиболее значимый результат, в то время как результаты
промежуточных шагов менее важны. При желании опция может быть отменена для
сохранения всех шагов. Если расчеты не заканчиваются успешно, тогда все шаги
сохраняются, не зависимо от выбора опции.
4.6.1 Контрольные параметры итерационной процедуры
Итерационные процедуры, в частности процедуры развития нагрузки, зависят от ряда
контрольных параметров. Эти параметры могут быть заданы в группе опций Iterative
procedure (Итерационная процедура). Программа PLAXIS позволяет принять для этих
параметров стандартные настройки (Standard setting), которые в большинстве случаев
дают хорошую результативность итерационных процедур. Мы рекомендуем
пользователям, недостаточно хорошо разбирающимся в влиянии контрольных
параметров на итерационные процедуры, выбирать опцию Standard setting. Однако в
ряде ситуаций может оказаться желательным или даже необходимым изменить
стандартные настройки. В этом случае пользователь должен выбрать Manual setting
(Ручная настройка) и щелкнуть по кнопке <Define> (Задать) под группой опций
Iterative procedure. В результате появится окно, в котором будут указаны контрольные
параметры с их текущими значениями (см. рис. 4.4).
4-13
Справочное руководство
Рис. 4.4. Окно контрольных параметров итерационной процедуры
Tolerated error (Допустимая погрешность)
При любом нелинейном анализе с конечным числом шагов будет иметь место
небольшое отклонение от точного значения, как это показано на рис. 4.5. Назначение
алгоритма решения состоит в том, чтобы обеспечить, чтобы погрешности в
определении равновесного состояния (как полные, так и локальные) оставались в
допустимых пределах (см. параграф 4.17). Пределы погрешности, принятые в
программе PLAXIS, тесно связаны с заданным значением допустимой погрешности
(Tolerated error).
Рис. 4.5.Сравнение расчетного и точного решений
4-14
Plaxis Версия 8
Расчеты
Программа PLAXIS продолжает производить итерации внутри каждого шага до тех
пор, пока погрешности вычисления не станут меньше заданной величины. При
большой допустимой погрешности расчеты производятся относительно быстро, но
могут оказаться неточными. При небольшой допустимой погрешности расчеты могут
занять слишком много времени. В целом, для большинства расчетов подходит
стандартное значение допустимой погрешности 0.03.
Если расчет пластического состояния дает разрушающие нагрузки, которые имеют
тенденцию к неожиданному уменьшению при увеличении перемещения, это может
служить признаком чрезмерного отклонения результатов метода конечных элементов
от точного решения. В таких случаях необходимо повторить расчет, задав меньшее
значение допустимой погрешности. Более подробно об используемых в программе
PLAXIS процедурах контроля над ошибками см. в разделе 4.17.
Рис. 4.6. Итерационный процесс с использованием сверхрелаксации и без нее
Over-relaxation (Сверхрелаксация)
Для того, чтобы уменьшить количество итераций, необходимых для сходимости
решения, программа PLAXIS использует процедуру сверхрелаксации, показанную на
рис. 4.6. Степень сверхрелаксации контролируется сверхрелаксационным множителем.
Для небольших значений угла трения грунта (например, для <р < 20°) оптимизация
итерационной процедуры происходит при сверхрелаксационном множителе, равном
примерно 1.5. Однако, если задача содержит грунты с большими углами трения, можно
обойтись меньшим значением сверхрелаксационного множителя. В большинстве
случае подходит стандартная величина 1.2.
Maximum iterations (Максимальное количество итераций)
Этот параметр задает максимальное допустимое количество итераций в пределах
любого отдельного шага вычисления. В целом, выбранный метод решения уже
накладывает ограничение на максимальное количество итераций. Этот параметр
требуется только для того, чтобы избежать бессмысленных затрат машинного времени
из-за ошибок при задании метода решения. Стандартное значение параметра Maximum
iterations (Максимальное количество итераций) равно 50, однако это количество может
быть изменено в пределах диапазона от 1 до 100.
Если максимально допустимое количество итераций достигнуто на конечном шаге
этапа расчета, окончательный результат может быть не точным. В этом случае в окне
Log info вкладки General появляется сообщение «на конечном шаге достигнуто
максимальное количество итераций». Такая ситуация возникает в случае не сходимости
4-15
Справочное руководство
процесса решения, что имеет различные причины, но чаще всего вследствие ошибок
ввода.
Desired minimum (Требуемый минимум) и Desired maximum (Требуемый максимум)
Если выбирается тип расчета Plastic или Phi-c reduction, программа PLAXIS использует
алгоритм автоматического выбора размера шага (Load advancement ultimate level
(Развитие нагрузки-Пределъный уровень) или Number of steps (Количество шагов)). Эта
процедура контролируется двумя параметрами: Desired minimum (Требуемый минимум)
и Desired maximum (Требуемый максимум), задающими требуемое минимальное и
максимальное количество итераций, приходящихся на один шаг вычисления.
Стандартные значения этих параметров равны, соответственно, 4 и 10, но могут быть
изменены в диапазоне от 1 до 100. Более подробно о процедуре автоматического
задания размера шага см. в параграфах 4.5.1 - 4.5.3.
Время от времени у пользователя может возникнуть необходимость в изменении
стандартных настроек требуемого минимального и максимального количества
итераций. Например, это может потребоваться, когда процедура автоматического
выбора шага вычисления задает слишком большие шаги, не позволяющие получить
плавной кривой зависимости перемещения от нагрузки. Это часто имеет место при
моделировании грунта с небольшим углом трения. Для того, чтобы и при таких
условиях получить плавную кривую зависимости перемещения от нагрузки, следует
повторить расчет при меньших значениях требуемого минимального и максимального
количества шагов, например:
Desired minimum (Требуемый минимум) = 3 Desired maximum (Требуемый максимум) = 7
При относительно больших углах трения грунта может оказаться необходимым
увеличить стандартные значения требуемого минимума и требуемого максимума для
того, чтобы процесс расчета не занимал слишком много времени. В этом случае
предлагается брать:
Desired minimum (Требуемый минимум) = 1 Desired maximum (Требуемый максимум) = 15
В этом случае рекомендуется увеличить максимум итераций до 75.
Arc-length control (Контроль длины дуги)
Метод контроля длины дуги (Arc-length control) по умолчанию выбирается программой
PLAXIS для получения достоверных значений разрушающей нагрузки при расчетах с
контролируемой нагрузкой [9]. Контроль длины дуга при расчетах консолидации не
применяется.
Итерационная процедура, используемая в отсутствии контроля длины дуги, показана на
рис. 4.7а для случая приближения к разрушающей нагрузке. В показанном примере
алгоритм не сойдется. При включенной опции контроля длины дуги программа
автоматически определит ту часть внешней нагрузки, которая должна быть приложена
для достижения состояния разрушения, как это показано на рис. 4.7b.
4-16
Plaxis Версия 8
Расчеты
Рис. 4.7. Итерационная процедура для нормального контроля нагрузки и в случае
контроля длины дуги
Для включения опции контроля длины дуги необходимо включить соответствующую
флаговую кнопку в окне контрольных параметров итерационной процедуры. Контроль
длины дуги должен использоваться при расчетах с контролируемой нагрузкой, однако
при необходимости его можно отключить при проведении расчетов с
контролируемыми перемещениями. При использовании инкрементальных
коэффициентов нагрузки контроль длины дуги будет влиять на результирующие
приращения нагрузки. В результате, приращения нагрузки, используемые при
вычислениях, будут в целом меньше тех, которые были заданы в начале расчета.
Использование опции контроля длины дуги иногда вызывает спонтанную разгрузку
(т.е. изменение знака приращений перемещения и нагрузки), когда грунтовый слой еще
не достиг состояния разрушения. Если такое произойдет, мы рекомендуем
пользователю вновь начать вычисления и выбрать опцию Manual setting (Ручная
настройка), отключив Arc-length control (Контроль длины дуги). Обратите внимание на
то, что при отключенном контроле дуги при достижении состояния разрушения могут
возникнуть проблемы сходимости.
First time step (consolidation) —Первый временной шаг (консолидация)
Первый временной шаг (First time step) представляет собой приращение времени,
используемое на первом шаге отдельной фазы расчета, за исключением тех случаев,
когда используется в качестве вводимого нагружения Incremental multipliers. По
умолчанию первый временной шаг определяется значением общего критического
временного шага, как описано ниже.
Особенно осторожно надо работать с временными шагами, длина которых меньше
рекомендуемого минимума. Для большинства видов численного интегрирования
точность вычислений, как правило, возрастает при уменьшении временного шага,
однако при расчете консолидации имеется определенное пороговое значение.
Существует определенная величина временного шага, ниже которой точность расчета
начинает резко уменьшаться. При одномерной консолидации (вертикальный поток)
критический временной шаг рассчитывается следующим образом:
/72y,r(l-2v)(l+v)
,---г---	6-узловые треугольники
40/cyA(l-v)
447
Справочное руководство
Я2Г,г(1-2у)(1+у)
80A'vE(1-v)
15-узловые треугольники
где /w - удельный вес поровой жидкости, v - коэффициент Пуассона, ку - вертикальная
проницаемость, Е — модуль упругости Юнга и Н- высота используемого элемента.
Мелкие сетки позволяют работать с меньшими временными шагами, чем крупные. Для
неструктурированных сеток с различными размерами элементов или когда модель
содержит несколько слоев грунта с различными значениями к, Е и ц приведенная выше
формула позволяет получить разные значения критического временного шага. Для
успешного расчета временной шаг не должен быть меньше максимального значения
критического временного шага для всех отдельных элементов. Этот общий
критический шаг автоматически принимается в качестве первого временного шага при
расчете консолидации. Концепция критического временного шага рассмотрена в работе
[19]. Подробная информация по различным типам конечных элементов содержится в
работе [15].
Extrapolation (Экстраполяция)
Экстраполяция (Extrapolation) представляет собой численный метод, автоматически
применяющийся в программе PLAXIS в том случае, когда определенный режим
нагружения, действовавший на предшествующем шаге, переходит на следующий шаг.
В этом случае перемещение, полученное для предыдущего приращения нагрузки,
может использоваться в первом приближении для определения перемещения,
вызванного новым приращением нагрузки. Хотя обычно это первое приближение
является не особо точным (из-за нелинейного поведения грунта), оно дает лучшее
решение, чем метод начальных напряжений (основывающийся на использовании
упругой матрицы постоянной жесткости) (см. рис. 4.8). После проведения первой
итерации все последующие итерации будут основываться (как и в методе начальных
напряжений) на матрице постоянной жесткости [20]. Тем не менее, при использовании
опции Extrapolation (Экстраполяция) общее количество необходимых итераций будет
меньше, чем без нее. Процедура экстраполяции особенно полезна, если грунт обладает
выраженными пластичными свойствами.
Рис. 4.8. Разница между поведением грунта, определенным методом упругого
прогнозирования, и путем экстраполяции предыдущего шага
4-18
Plaxis Версия 8
Расчеты
4.6.2 Входная нагрузка
Групповой блок Loading input (Входная нагрузка) используется для задания типа
нагрузки, которая будет рассматриваться в конкретной фазе расчета.
При пластическом расчете программа PLAXIS распознает следующие типы входной
нагрузки (Loading input):
Нагрузка в смысле изменения комбинации нагрузки, напряженного состояния, веса,
прочности или жесткости элементов, активированных путем изменения нагрузки или
геометрической конфигурации или распределения порового давления в режиме Staged
construction. В этом случае полный уровень нагрузки, который достигается в конце
расчетного этапа, устанавливается путем определег ия новой геометрической
конфигурации, и/или распределения порового давления, в режиме Staged construction
(параграф 4.7)
Нагрузка в смысле увеличения или уменьшения внешних сил, вызванного изменением
Total multipliers (Полные коэффициенты). В этом случае полный уровень нагрузки,
достигаемый в конце расчетного этапа, определяется вводом значений для Total
multipliers во вкладке Multipliers.
Нагрузка в смысле увеличения или уменьшения внешних сил, активированных
изменением Incremental multipliers (Инкрементальные коэффициенты). В этом случае
первое приращение нагрузки определяется вводом значений для Incremental multipliers
во вкладке Multipliers, и эта нагрузка принимается на последующих шагах.
При выборе расчета Phi-c reduction имеется только опция Incremental Multipliers.
При расчете консолидации грунта различаются следующие типы входной нагрузки
(Loading input):
- Консолидация и одновременная нагрузка в смысле изменения комбинации
нагрузок, напряженного состояния, веса, прочности и жесткости элементов,
активированных изменением геометрической конфигурации или распределения
порового давления в режиме Staged construction. Необходимо определить
значение для временного интервала, который имеет в этом случае значение
полного периода консолидации в текущем расчетном этапе. Применяемое
первое приращение времени базируется на параметре First time step в окне
расчетов. Опцию Staged construction следует также выбирать при рассмотрении
периода консолидации без дополнительного нагружения.
- Консолидация без дополнительного нагружения до тех пор, пока избыточное
поровое давление не упадет ниже определенной величины (Minimum роге
pressure - Минимальное поровое давление). По умолчанию, значение P-stop
равно 1 в единицах напряжения, но оно может быть изменено пользователем.
Обратите внимание на то, что это абсолютное значение, примененное к
давлению, как и для растягивающих напряжений. Ввод временного интервала
Time interval не применим в этом случае, т.к. не может быть заранее определено
необходимое время для выполнения условия достижения минимального
порового давления. Приложенное первое временное приращение основано на
параметре First time step в окне Calculations control parameters.
4-19
Справочное руководство
- Консолидация и одновременное нагружение в смысле увеличения или
уменьшения внешних сил, которые активируются изменением Incremental
multipliers (Инкрементные коэффициенты). Необходимо задать значение для
Time incremental в единицах времени. Time incremental устанавливается в том
случае, когда прикладывается первый временной шаг и устанавливается степень
нагружения вместе с текущей конфигурацией внешних нагрузок и приращений
множителей во вкладке Multipliers.
Staged construction (Поэтапное строительство)
При выборе опции Staged construction (Поэтапное строительство) в групповом блоке
Loading input (Входная нагрузка) пользователь может задать новое состояние, изменив
геометрическую конфигурацию, входные значения внешних нагрузок или
распределение давления воды. Опция Staged construction также может быть
использована для выполнения нулевых пластических шагов с целью ликвидации
существующих несбалансированных сил. В этом случае не следует изменять
существующую геометрическую конфигурацию, нагрузки или распределение давления
воды.
Перед заданием этапа строительства необходимо указать конечное время вычислений,
введя значение ZMtime в групповом блоке Loading input (Входная нагрузка) на вкладке
Parameters (Параметры). SMtime выражается в единицах времени, указанных в окне
General settings (Общие настройки) программы ввода данных (Input program). В
режиме расчета пластического состояния (Plastic) или по изменяемой сетке (Updated
mesh) время обычно роли не играет, так что можно оставить используемое по
умолчанию значение XMtime. Исключение составляют случаи использования
зависящих от времени моделей (см. Пособие по моделям грунтов).
Т.к. опция Staged construction (Поэтапное строительство) является специальной
частью опции Load advancement ultimate level (Развитие нагрузки - Предельный
уровень) (параграф 4.5.2), она зависит от полного коэффициента (SMstags). Этот
коэффициент обычно имеет начальное значение, равное 0, и достигает предельного
уровня 1.0 в конце фазы вычислений. Однако, в некоторых особых ситуациях может
оказаться необходимым разбить процесс поэтапного строительства на несколько фаз
вычислений и задать промежуточные значения SMstage. Это можно сделать, нажав на
кнопку <Advanced> (Дополнительные возможности). В результате появится окно, в
котором можно задать требуемый предельный уровень этого коэффициента. Однако
следует осторожно использовать предельные уровни SMstagz меньше, чем 1.0, т.к. это
связано с результирующей несбалансированной силой. После этих вычислений всегда
следует проводить еще один расчет поэтапного строительства. Переходить к другим
типам расчетов можно только после того, как параметр SMstage достигнет величины
1.0. В конце этапа вычислений можно проверить, выполняется это условие или нет,
выбрав опцию Reached values (Достигнутые значения) на вкладке Multipliers
(Коэффициенты) (см. параграф 4.8.2).
Total multipliers (Полные коэффициенты)
Если выбрана опция Total multipliers (Полные коэффициенты) в групповом блоке
Loading input (Входная нагрузка), пользователь может назначать множители,
используемые в текущей конфигурации внешних нагрузок. Предельные нагрузки,
4-20
PLAXIS Версия 8
Расчеты
заданные с помощью полных коэффициентов нагрузки, будут прикладываться точно в
конце вычислений при условии, что ранее не сработал механизм разрушения или
разгрузки.
Перед заданием внешних нагрузок необходимо указать конечное время вычислений,
введя значение SMtime в групповом блоке Loading input (Входная нагрузка) на вкладке
Parameters (Параметры). XMtime выражается в единицах времени, указанных в окне
General settings (Общие настройки) программы ввода данных (Input program). В
режиме расчета пластического состояния (Plastic) или по изменяемой сетке (Updated
mesh) параметр времени не играет роли, поэтому можно оставить используемое по
умолчанию значение SMtime. Исключение составляют случаи использования
зависящих от времени моделей (см. Пособие по моделям грунтов).
В добавление к временному интервалу дается оценка полного времени на конец
расчетного этапа (Estimated end time), которое получается суммированием всех
интервалов времени предшествующих расчетных этапов, включая текущий. Если
расчетный этап был выполнен, то указывается время, которое было достигнуто в конце
этапа (Realised end time).
Incremental multipliers (Инкрементальные коэффициенты)
Выбор опции Incremental multipliers (Инкрементные коэффициенты) в групповом
блоке Loading input (Входная нагрузка) позволяет пользователю задать приращения
внешних нагрузок. Обратите внимание на то, что результирующие приращения
нагрузки на первом шаге вычислений будут зависеть от того, включена или нет опция
Arc-length control (Контроль длины дуги).
Перед тем, как ввести приращение внешней нагрузки, пользователь может указать
приращение времени (Mtimc) в групповом блоке Loading input (Входная нагрузка) на
вкладке Parameters (Параметры). Приращение времени совместно с
инкрементальными коэффициентами нагрузки определяют скорость нагружения,
которая будет использоваться в ходе расчета консолидации.
В режиме расчета пластического состояния (Plastic) или по изменяемой сетке (Updated
mesh) приращения времени обычно роли не играют за исключением случаев
использования зависящих от времени моделей (см. Пособие по моделям грунтов).
Приращение времени выражается в единицах времени, указанных в окне General
settings (Общие настройки) программы ввода данных (Input program).
Consolidation to minimum pore pressure (Консолидация до достижения
минимального порового давления)
Эта опция задает дополнительный критерий завершения расчета консолидации.
Количество дополнительных шагов (Additional steps) представляет собой максимум,
который не будет достигнут, если существует другой критерий. В данном случае таким
критерием является заданное минимальное избыточное поровое давление /P-stopl.
Вычисления прекращаются, когда максимальное абсолютное избыточное поровое
давление становится ниже заданной величины /P-stopl. Например, если максимальное
избыточное поровое давление достигло определенной величины в процессе
приложения нагрузки, пользователь может сделать так, чтобы процесс консолидации
продолжался до тех пор, пока все узловые значения избыточного порового давления не
станут меньше /P-stopl.
4-21
Справочное руководство
Степень консолидации служит важным индикатором состояния уплотнения. Строго
говоря, степень консолидации, х, определяется долей окончательной осадки
сооружения. Хотя этот термин часто используется для указания доли порового
давления, которое рассеивается до, как минимум, (100-х)% от своей первоначальной
величины, имевшей место сразу после нагружения. Опция Minimum pore pressure
(Минимальное поровое давление) может использоваться для задания окончательной
степени консолидации в любом из видов расчета. Для задания подходящего значения
минимального порового давления /Р-stop/ необходимо определить максимальное
абсолютное избыточное поровое давление сразу же после нагружения. Этот параметр,
Ртах, можно посмотреть на вкладке Multipliers (Коэффициенты) для предыдущей
фазы вычислений при выборе опции Reached values (Достигнутые значения) (см.
параграф 4.8.2). Подходящее значение /Р-stop/ может быть определено по следующей
формуле:
P-stop = Р max (100 - х) %
Например, для достижения степени уплотнения в 90% соответствующая величина /Р-
stop / должна быть равна 1/10 от Ртах.
Time incremental, Time interval, Realised end time, Estimated end time:
Эти временные параметры контролируют развитие времени в расчетах. Все временные
параметры выражаются в единицах времени как определено во вкладке Dimensions
окна General Settings. Ненулевые значения для параметров Time increment и Time
interval имеют смысл только в расчете консолидации или при использовании зависящей
от времени модели грунта (например, Soft Soil Creep model). Значения различных
временных параметров описано ниже:
-	Time increment - временное приращение, рассматриваемое на отдельном шаге в
текущем расчетном этапе.
-	Time interval - полный период времени, соответствующий текущему расчетному
этапу.
-	Realised end time - действительное суммированное время в конце завершенного
расчетного этапа.
-	Estimated end time - предполагаемое конечное время этапа, который будет
рассчитан. Этот параметр вычисляется по Time interval текущего этапа и
Realised или Estimated end time предыдущего этапа.
4.7	Поэтапное строительство
Программа PLAXIS позволяет изменять конфигурацию геометрии и нагрузок,
активируя или деактивируя кластеры или структурные объекты. Это обеспечивает
точное и реалистичное моделирование различных строительных процессов и земляных
работ. Соответствующая опция называется Staged construction {Поэтапное
строительство). Данная опция также может быть использована для изменения свойств
материала или распределения давления воды в геометрической модели.
Для проведения расчетов по методу поэтапного строительства необходимо сначала
создать геометрическую модель, включающую в себя все объекты, которые будут
4-22
PLAXIS Версия 8
Расчеты
использоваться в ходе расчета. Объекты, которые в начале вычислений еще не нужны,
должны быть деактивированы в начальной геометрической конфигурации в конце
ввода данных (Inputprogram) (см. параграф 3.9.1).
Расчет методом поэтапного строительства может быть проведен в пластическом
расчете (Plastic) также как и расчет консолидации. На вкладке Parameters (Параметры)
метод Staged construction (Поэтапное строительство) может быть выбран в групповом
блоке Loading input (Входная нагрузка). Если после этого щелкнуть по кнопке <Define>
(Задать), запустится программа ввода данных (Input program) и появится окно
поэтапного строительства. Это окно сходно с окном начальных условий за
исключением того, что опции, имеющие отношение только к начальным условиям
(например, процедура КО), не могут быть активированы. Кроме того, невозможно
перейти в окно геометрических параметров программы ввода данных (Input program).
Как и окно начальных условий, окно поэтапного строительства содержит настройки
для двух режимов: режима геометрической конфигурации и режима гидравлических
условий. Режим геометрической конфигурации может использоваться для
(де)активации нагрузок, кластеров грунта и структурных объектов и изменения наборов
данных по материалам кластеров и структурных объектов. В дополнение к этим
возможностям режим поэтапного строительства позволяет выполнять предварительное
напряжение анкеров. Режим гидравлических условий может использоваться для
генерации нового распределения давления воды путем ввода нового набора уровней
грунтовых вод или расчета потока грунтовых вод с новым набором граничных условий.
В #1 |i
Переключение между режимами гидравлических условий и
геометрической конфигурации осуществляется с помощью
"переключателя" на панели инструментов.
После задания новой ситуации необходимо нажать кнопку <Update> (Обновить) для
сохранения информации и возвращения в программу Calculations (Расчеты). Кроме
того, можно задать новую фазу расчета или запустить новый вычислительный процесс.
Изменение геометрической конфигурации или гидравлических условий обычно
приводит к появлению значительных несбалансированных сил, которые пошагово
прикладываются к сетке конечных элементов с помощью процедуры Load advancement
ultimate level (Развитие нагрузки — Предельный уровень). При расчете поэтапного
строительства полный коэффициент, управляющий этим процессом (XMstage)
возрастает с нуля до предельного уровня (обычно 1.0). Кроме того, обновляется
параметр, представляющий активную часть геометрической модели (Шогеа).
4.7.1 Изменение геометрической конфигурации
Как и в начальной геометрической конфигурации модели, кластеры или структурные
объекты могут быть повторно активированы или деактивированы для моделирования
строительного процесса или земляных работ. Для этого следует просто один раз
щелкнуть по нужному объекту в геометрической модели. При однократном щелчке по
объекту последний будет менять свое состояние из активного в неактивный и наоборот.
При нахождении на геометрической линии более одного объекта (например, плиты и
распределенные нагрузки) появляется окно выбора, из которого выбирается
необходимый объект.
4-23
Справочное руководство
Активные кластеры окрашены в цвет набора данных по материалам, а
деактивированные - в цвет фона (белый). Активные структурные объекты сохраняют
свой исходный цвет, а деактивированные окрашены в серый цвет.
При двойном щелчке на структурном объекте появляется соответствующее окно
выбора свойств, позволяющее изменить эти свойства. При выборе кластера грунта
можно либо изменить свойства грунта (см. 4.7.5), либо задать объемные деформации
(см. 4.7.6).
По сравнению с предшествующими версиями программы интерфейсы могут быть
активированы и деактивированы индивидуально. Деактивирование интерфейсов
возможно в следующих ситуациях:
для отмены взаимодействия грунта и сооружения (проскальзывания и отрыва),
например, перед устройством шпунтовой стенки или туннеля в грунте (при
соответствующих неактивных плитных элементах);
для устранения блокирования водного потока перед активированием конструкции из
плитных элементов.
В любом случае с самого начала в сетке конечных элементов присутствуют
интерфейсы. Тем не менее, в неактивных интерфейсах используются следующие
особые условия:
чисто упругое поведение (отсутствие проскальзывания или отрыва);
одинаковое поровое давление в узловых парах (отсутствие влияния на водный поток в
расчетах консолидации или подземной фильтрации).
4.7.2 Активирование и деактивирование кластеров или конструкционных
объектов
Грунтовые кластеры и объекты конструкций могут быть активированы или
деактивированы одним щелчком клавишей мыши по кластеру или конструкционному
объекту. Анкеры могут быть активными, если хотя бы один из грунтовых кластеров
или плит, с которыми они соединены, также активны, иначе расчетная программа
деактивирует их автоматически.
В начале расчета поэтапного строительства информация об активных и неактивных
объектах в геометрической модели трансформируется в информацию на элементном
уровне. Отсюда, деактивирование кластеров грунта приводит к «выключению»
соответствующих грунтовых элементов во время расчета.
Следующие правила относятся к элементам, которые были отключены:
Свойства, такие как удельный вес, жесткость и прочность, не берутся в расчет.
Все напряжения устанавливаются на ноль.
Все неактивные узлы будут иметь нулевые перемещения.
Границы, которые являются результатом удаления элементов, автоматически
считаются свободными.
4-24
Plaxis Версия 8
Расчеты
Установившееся поровое давление (не избыточное поровое давление) всегда
принимается в расчет даже для неактивных элементов. Это означает, что программа
PLAXIS будет автоматически генерировать подходящее давление воды на подводных
границах, получившихся в результате удаления элементов. Это можно проверить,
перейдя в режим гидравлических условий (более подробно см. в главе 4 Учебного
пособия). При деактивации кластеров ниже общего уровня грунтовых вод котлован
остается заполненным водой. С другой стороны, если требуется удалить воду из
котлована, сделанного в грунте, следует задать новое распределение давления воды в
режиме гидравлических условий. Эта функция рассмотрена в Уроке 4 Учебного
пособия
Внешние нагрузки или заданные перемещения, которые действуют на
деактивированную часть геометрии, не рассматриваются в расчетах.
Для элементов, которые были неактивными и (реактивированы в данном расчете,
существуют следующие правила:
Жесткость и прочность будут полностью браться в расчет с начала (т.е. первого шага)
расчетного этапа.
Удельный вес, в принципе, учитывается полностью с начала расчетного этапа.
Напряжения будут развиваться от нуля.
Когда узел становится активным, начальное перемещение определяется путем
предварительной деформации только что активированных элементов так, чтобы они
вписывались в деформированную сетку, полученную на предыдущем этапе.
Дальнейшие приращения перемещения добавляются к полученной начальной
величине. В качестве примера можно рассмотреть строительство блока в несколько
слоев, допускающее только вертикальные перемещения (одномерное сжатие). Начав с
одного слоя и добавив на него сверху второй, мы получим осадку верхней поверхности.
Если добавить поверх второго слоя третий, то начальная деформация этого третьего
слоя будет соответствовать осадке верхней поверхности второго слоя.
Если элемент (рс)активирован и соответствующий тип материала установлен как
недренируемый, тогда элемент будет временно вести себя как дренируемый на этапе,
где элемент был активирован. Это нужно для развития эффективных напряжений от
собственного веса грунта в заново активированном грунте. Если элемент остается
активным на последующих этапах расчета, исходный тип поведения материала
сохраняется на этих этапах.
4.7.3 Активирование и изменение нагрузок
Нагрузки, которые были созданы в геометрической модели, деактивируются в
начальной ситуации, но они могут быть реактивированы, используя процесс
поэтапного строительства. Для конструкционных объектов нагрузки могут быть
активированы или деактивированы щелчком мыши по нагрузке в геометрической
модели. Активные нагрузки изображаются, синим цветом, неактивные - серым.
Когда активируются нагрузки, действительное значение нагрузки, приложенной во
время расчета, определяется вводом значения и соответствующего множителя нагрузки
(EMloadA и SMloadB).
4-25
Справочное руководство
Ввод значения нагрузки
По умолчанию, вводимое значение нагрузки дается во время создания геометрии.
Вводимое значение нагрузки может быть изменено в каждом расчетном этапе в составе
поэтапного строительства. Это можно сделать двойным щелчком по нагрузке в
геометрической модели. В появившемся окне можно изменять значения нагрузок.
После двойного щелчка по точечной нагрузке появляется окно, в котором могут быть
введены х- и у- компоненты (рис.4.9).
После двойного щелчка по распределенной нагрузке появляется окно, в котором
вводятся х- и у- компоненты в двух геометрических точках (рис.4.10).
Рис. 4.9 Окно ввода для сосредоточенной нагрузки
Рис.4.10 Окно ввода для распределенной нагрузки
Чтобы точно задать нагрузку перпендикулярно геометрической линии, нажмите кнопку
Perpendicular (Перпендикуляр).
Множители нагрузок
Действительное значение нагрузки, приложенной во время расчета, определяется
произведением значения вводимой нагрузки и соответствующим множителем
(XMloadA или SMloadB). Множитель SdloadA используется для глобального
увеличения (понижения) всех нагрузок системы А (сосредоточенная нагрузка и
распределенная нагрузка), тогда как SMloadB используется для изменения всех
нагрузок системы В (параграф 4.8.1). Однако, в основном, нет необходимости менять
множители нагрузок, когда приложение или изменение нагрузок производится в
поэтапном строительстве, при этом программа автоматически устанавливает
соответствующие множители на единицу, если они равны нулю. Обратите внимание,
4-26
PLAXIS Версия 8
Расчеты
что если существующее значение множителя не равно нулю и не равно единице,
существующий множитель сохраняется и нагрузка, приложенная непосредственно в
расчетах, отлична от вводимого значения в режиме поэтапного строительства.
4.7.4 Приложение заданных перемещений
Заданные перемещения, заданные в программе ввода геометрии не прикладываются
автоматически во время расчетов, но они могут быть активированы в процессе
поэтапного строительства. Пока заданные перемещения не активны, они не влияют на
модель. Отсюда, в частях модели, где заданные перемещения были определены, но
неактивны, узлы полностью свободны. Также как для нагрузок, заданные перемещения
могут быть активированы или деактивированы путем выбора и щелчка по заданным
перемещениям в геометрии. Активные заданные перемещения изображаются, синим
цветом, неактивные — серым.
Если необходимо временно зафиксировать узлы, в местах, где созданы заданные
перемещения, входное значение заданного перемещения лучше установить на 0.0, чем
деактивировать заданное перемещение. В первом случае заданные нулевые
перемещения прикладываются к узлам, в то время как для деактивированных заданных
перемещений узлы являются свободными.
При активировании заданных перемещений действительное значение перемещения,
прикладываемого во время расчета, определяется вводом значения заданного
перемещения и соответствующего множителя (XMdisp) .
Ввод значения заданного перемещения
По умолчанию, входное значение заданного перемещения - это значение, задаваемое
во время создания геометрии. Входное значение можно изменить в любом расчетном
этапе, используя процедуру поэтапного строительства. Это можно сделать двойным
щелчком по заданным перемещениям в геометрии и изменив значения в появившемся
окне.
Соответствующий множитель
Действительное значение заданного перемещения, которое прикладывается во время
расчета, определяется произведением значения заданного перемещения и
соответствующим множителем (SMdisp). Множитель SMdisp используется для
глобального увеличения (снижения) всех заданных перемещений (параграф 4.8.1).
Однако в основном нет необходимости менять множитель, когда приложение или
изменение заданных перемещений производится в поэтапном строительстве, т.к.
программа автоматически устанавливает соответствующий множитель на единицу,
если он равен нулю. Обратите внимание, что если существующее значение множителя
не равно нулю и не равно единице, заданное в расчете перемещение отличается от
вводимого значения в режиме поэтапного строительства.
4.7.5 Изменение наборов данных по материалам
Опция для изменения наборов данных по материалам может быть использована для
моделирования изменения свойств материалов во времени в течение различных этапов
4-27
Справочное руководство
строительства. Эта опция может также использоваться для моделирования улучшения
грунта, т.е. удаления "плохого" грунта и замены его "хорошим".
После двойного щелчка по кластеру или структурному объекту в режиме Geometiy
configuration (Геометрическая конфигурация) появляется окно свойств, в котором
можно изменить набор данных по материалам этого объекта. Вместо того, чтобы
менять данные в самом наборе, нужно присвоить рассматриваемому кластеру или
объекту еще один набор данных. Это обеспечивает непротиворечивость данных в базе
данных по материалам. Т.о., если вы хотите изменить свойства кластера в ходе
вычислений, необходимо создать дополнительный набор данных во время ввода
геометрической модели.
Параметры материала кластера могут быть изменены нажатием на кнопку Change.
Появляется база данных со всеми существующими наборами данных по материалам.
Характеристики существующих наборов данных можно просмотреть (не менять),
выбрав данный набор и нажав кнопку View.
Выбрав подходящий материал из базы данных, и нажав после этого кнопку ОК,
материал присваивается грунтовому кластеру или конструкционному объекту.
Рис. 4.11 Окно свойств грунта
Изменение некоторых свойств (например, при замене торфа плотным песком) может
привести к появлению значительных несбалансированных (неуравновешенных) сил,
обработка которых может быть произведена в режиме поэтапного строительства. Это
одна из наиболее важных причин, почему изменение наборов данных по материалам
рассматривается как часть метода поэтапного строительства.
Если рассматривается изменение набора данных плит, то важно учесть , что изменение
соотношения EI/EA будет изменять эквивалентную толщину deq и тем самым
расстояние между точками напряжений. Если это происходит, когда существующие
силы присутствуют в плитном элементе, то возможно изменение распределения
изгибающих моментов, что не приемлемо.
По этой причине, если свойства материала плиты изменяются в процессе расчета,
необходимо учитывать, что EI/EA должно оставаться без изменения.
4-28
Plaxis Версия 8
Расчеты
4.7.6 Присвоение объемной деформации в кластерах
В программе PLAXIS вы можете накладывать внутреннюю объемную деформацию в
грунтовых кластерах. Эта опция может быть использована для моделирования
механических процессов, которые проявляются в объемных деформациях в грунте,
таких как цементация.
В окне свойств, которое появляется после двойного щелчка по грунтовому кластеру, вы
можете нажать кнопку Volumetric strain. В появившемся окне вы можете назначить
объемную деформацию. Кроме этого, оценка полного изменения объема дается в
единицах объема на единицу длины в поперечном направлении.
В отличие-от других типов нагружения;'объемная-деформация не активируется с
отдельным мноясителем. Заметьте, что присвоенная объемная деформация не всегда
полностью приложена, завися от жесткости окружающих кластеров и объектов.
Рис.4.12 Окно объемной деформации
Положительное значение объемной деформации означает объемное расширение, а
отрицательное значение означает уменьшение объема.
4.7.7 Предварительное напряжение анкеров
Предварительное напряжение анкеров может быть активировано в режиме
геометрической конфигурации окна поэтапного строительства. После двойного щелчка
по нужному анкеру появляется окно свойств, в котором по умолчанию показано
нулевое усилие предварительного напряжения. Включив флаговую кнопку Adjust pre-
stress force (Откорректировать усилие предварительного напряжения), вы получите
возможность ввести нужное значение силы в соответствующем поле редактирования.
Усилие предварительного напряжения задается как сила, отнесенная на анкер, а не как
сила, отнесенная на единичную ширину в боковом направлении. Обратите внимание на
то, что растягивающее усилие считается положительным, а сжимающее -
отрицательным.
Для того, чтобы деактивировать введенное ранее усилие предварительного
напряжения, следует выключить параметр Adjust pre-stress force (Откорректировать
усилие предварительного напряжения), а не просто задать нулевое значение этой силы.
В первом случае сила, действующая на анкер, будет развиваться далее в соответствии с
4-29
Справочное руководство
изменениями сил и напряжений в геометрической модели, а во втором — останется
нулевой, что в целом неправильно. После введения усилия предварительного
напряжения нажмите на кнопку <ОК>. В результате окно свойств анкера закроется, и
программа перейдет в режим геометрической конфигурации, в котором предварительно
напряженный анкер будет обозначен буквой 'р'.
В режиме поэтапного строительства предварительно напряженный анкер
автоматически деактивируется, и вместо него прикладывается усилие, равное усилию
предварительного напряжения. В конце расчета, если не произошло разрушения, анкер
снова активируется, и анкерное усилие задается таким образом, чтобы точно
соответствовать усилию предварительного напряжения. В ходе последующих расчетов,
если вы не введете нового усилия предварительного напряжения, анкер
рассматривается как пружинный элемент, имеющий определенную жесткость.
4.7.8 Усадка туннельной обделки
Для моделирования потери объема грунта из-за конструкции щитового туннеля
применяется метод сужения (усадки). В этом методе усадка присваивается туннельной
обделке для моделирования уменьшения площади поперечного сечения туннеля.
Усадка выражается в процентах, представляя отношение уменьшенной площади к
исходному внешнему сечению туннеля. Усадка возможна только для круглых
(буровых) туннелей, имеющих непрерывную однородную обделку (см. 3.3.8).
Усадка активируется в режиме поэтапного строительства двойным щелчком б
центральной точке туннеля. В результате появляется окно, куда может быть введено
значение величины усадки. В отличие от других типов нагружения усадка не
активируется с отдельным множителем.
Обратите внимание, что вводимое значение усадки не всегда полностью используется в
зависимости от жесткости окружающих кластеров и объектов. Рассчитанное значение
усадки представляется в программе вывода результатов расчета (см. 5.9.3).
4.7.9 Изменение распределения давления воды
Дополнительно к изменению геометрической конфигурации (или
вместо него) можно изменить распределение давления воды в
геометрической модели. Задачи, которые могут быть проанализированы
с помощью этой опции, включают в себя осадку слоев грунта из-за
понижения уровня грунтовых вод, деформацию и развитие напряжений в стенках или
обделке из-за осушения строительного котлована или туннеля и устойчивость дамбы
обвалования после повышения внешнего уровня воды.
Для изменения распределения давления воды необходимо перейти в режим
гидравлических условий, что делается с помощью переключателя на панели
инструментов. В экранном окне будет показана существующая ситуация с указанием
уровня (уровней) грунтовых вод и конечных граничных условий для расчета потока
грунтовых вод. Пользователь может задать новый набор уровней грунтовых вод или
граничных условий. Процедуру задания уровней грунтовых вод или граничных
условий см., соответственно, в параграфах 3.8.2 и 3.8.3.
4-30
Plaxis Версия 8
Расчеты
После ввода новых значений перед тем, как нажимать кнопку <Update> (Обновить),
следует сгенерировать давление воды. Для этого щелкните по кнопке Generate water
pressures (Генерировать давление воды) на панели инструментов или воспользуйтесь
опцией Water pressures (Давление воды) в меню Generate (Создать). В окне Water
pressure generation (Гтерация давления воды) следует указать, будет ли давление воды
генерироваться на основе уровня (уровней) грунтовых вод или с помощью расчета
потока грунтовых вод. При нажатии кнопки ОК начинается расчет.
После генерации давления воды новое распределение давления выводится в программе
Output (Вывод данных). После того, как вы щелкнете по кнопке <Update> (Обновить) в
окне программы Output, эта программа закроется и вновь появится окно программы
Input (Ввод данных). Если после этого щелкнуть по кнопке <Update> (Обновить) в
программе Input (Ввод данных), окно поэтапного строительства закроется, и появится
окно программы Calculation (Расчеты). В столбце Water (Вода) списка расчетных
данных теперь появляется номер текущей фазы расчета для того, чтобы было видно,
что изменение гидравлических условий имело место именно на этой фазе. Этот номер
будет появляться и на последующих фазах расчета до тех пор, пока снова не будет
произведена генерация давления воды.
Экскавация и осушение
Особое внимание уделяется здесь моделированию поэтапной выемки грунта с
осушением котлована, рассмотренного в Уроке 4 (Глава 6) Учебного пособия. При
осушении котлована, дно которого не полностью "закрыто" с помощью
водонепроницаемого слоя или путем инъекции в грунт цементного раствора, будет
иметь место просачивание в котлован грунтовых вод, которое повлияет на
распределение порового давления в окружающем грунте.
Граничные условия для расчета уровня грунтовых вод в данной ситуации могут быть
заданы изменением общего уровня депрессионной кривой, представляющего исходный
уровень на внешней геометрической границе. Основываясь на данном общем уровне,
программа автоматически определяет напор грунтовых вод на проницаемых
геометрических границах, включая новые «внутренние» границы, которые возникают
за счет выемки грунта. Ограждающие стены могут быть сделаны водонепроницаемыми
активированием примыкающих к ним интерфейсов при условии, что интерфейсы
задаются как непроницаемые (см. 3.3.5). Если моделируется только одна симметричная
половина выемки грунта, центральная линия должна быть принята непроницаемой при
помощи опции Closed flow boundary. Это условие применяется также для нижней
границы, если грунт в этом месте действительно непроницаем.
После задания граничных условий давление воды создается щелчком по кнопке
Generate water pressure. В окне генерирования давления воды (Water pressure
generation) выбирается опция Groundwater calculation. Когда давление воды
генерируется с помощью фильтрационного расчета, общий уровень грунтовых вод
используется для задания граничных условий в этих расчетах. Общий уровень
грунтовых вод не имеет значения внутри активных грунтовых кластеров, для которых
распределение порового давления определяется фильтрационным расчетом грунтовых
вод при заданных граничных условиях и водопроницаемости грунта.
4-31
Справочное руководство
4.7.10 Пластический нулевой шаг
Метод поэтапного строительства может быть использован для выполнения
пластического нулевого шага. Пластический нулевой шаг представляет собой такую
фазу расчета, на которой отсутствует дополнительное нагружение. Иногда это может
потребоваться в ситуации со значительными несбалансированными силами. Такая
ситуация может возникнуть после фазы расчета, в которой были активированы
большие нагрузки (например, при гравитационном нагружении). В этом случае не
следует вносить изменений в геометрическую конфигурацию или гидравлические
условия. При необходимости допустимая ошибка может быть снижена путем выбора в
режиме ручной установки (Manual setting) итерационной процедуры во вкладке
Parameters.
При создании нового этапа расчета, используя кнопки Next или Insert в окне расчетов,
настройка по умолчанию такова, что данный этап может непосредственно
использоваться в качестве пластического нулевого шага.
4.7.11 Поэтапное строительство при Smstage<l
Связанный с процессом поэтапного строительства общий (полный) множитель SMstage
изменяется от 0 до 1 на каждом этапе расчетов. Для некоторых особых ситуаций может
быть полезным выполнение только части этапа строительства. Это возможно
осуществить с помощью кнопки Advanced во вкладке параметров, задавая значение
EMstage меньше 1. Наименьшее допускаемое значение при вводе составляет 0,001.
Если SMstage меньше указанной величины, нагрузка такова, что ей можно пренебречь,
и расчет не выполняется. Значения, большие 1, обычно не используются. Процедура
поэтапного строительства выполняется обычным образом путем ввода по умолчанию
значения 1,0.
Следует быть внимательным в случае задания полного уровня SMstage меньше 1,
поскольку это приводит к возникновению неуравновешенной силы в конце этапа
расчета. Такой этап расчета должен всегда сменяться расчетом другого этапа. Если
SMstage не задается пользователем, значение по умолчанию принимается всегда равное
1, даже, если на предыдущем этапе расчета была введена меньшая величина.
Строительство туннеля при SMSTAGE<1
Кроме моделирования строительства туннеля щитовым способом с использованием
метода усадки (см. параграф 4.7.8), программа PLAXIS также позволяет моделировать
процесс строительства туннеля с бетонной обделкой, сделанной методом набрызга
(NATM). Основным вопросом в этом случае является учет трехмерного эффекта
сводообразования грунта и деформаций, имеющих место вокруг неукрепленного забоя
туннеля. Один из методов, позволяющих учесть все эти эффекты, описан ниже.
В литературе описаны различные методы расчета туннелей, построенных по новому
австрийскому методу проходки (New Austrian Tunnelling Method - NATM). Один из них,
под названием P-метод, представлен в работе [11], однако у других авторов можно
найти сходные методы под другими названиями. Идея состоит в том, что начальные
напряжения pt, действующие на участке, где будет строиться туннель, делятся на две
4-32
PLAXIS Версия 8
Расчеты
части: часть (l-p)pi_ , приложенная к неукрепленному туннелю и часть ррь , которая
приложена к укрепленному туннелю (см. рис. 4.13). Величина р определяется из
практики и зависит, среди всего прочего, от соотношения между длиной
неукрепленной части туннеля и эквивалентным диаметром туннеля. Предлагаемые
значения этой величины можно найти в литературе [11].
Вместо того чтобы вводить значение р, можно воспользоваться опцией поэтапного
строительства с уменьшенным предельным уровнем SMstage. Фактически, при
деактивации кластера (кластеров) туннеля возникает начальная несбалансированная
сила, сравнимая по величине с рк.
В начале расчета методом поэтапного строительства, когда SMstage равен нулю, эта
сила полностью приложена к активной сетке, и по мере возрастания EMstage в сторону
единицы она будет ступенчато уменьшаться до нуля. Таким образом, значение SMstage
можно сравнить с 1-р. Для того, чтобы учесть второй шаг в Д-методе, на время
выключения кластера (кластеров) туннеля предельный уровень EMstage должен быть
ограничен величиной 1-р Для этого после выбора опции Staged construction
(Поэтапное строительство) в групповом блоке Loading input (Входная нагрузка) на
вкладке Parameters (Параметры) следует щелкнуть по кнопке <Advanced>
(Дополнительные возможности). В целом, следует осторожно использовать
предельный уровень SMstage меньше 1.0, т.к. это приводит к возникновению
несбалансированной силы. После такого вычисления следует всегда проводить еще
один расчет методом поэтапного строительства. В нашем случае на следующей фазе
расчета строительство туннеля завершается путем активации его обделки. Предельный
уровень EMstage по умолчанию равен 1.0. Следовательно, на геометрическую модель,
включая обделку туннеля, будет действовать остаточная несбалансированная сила.
I И И И
Рис. 4.13. Схематическое представление /7-метода для расчета туннелей, построенных
по методу NATM
Используемый алгоритм представлен ниже:
1.	Создать начальное поле напряжений и приложить возможные внешние
нагрузки, присутствующие до начала строительства туннеля.
2.	Деактивировать кластер (кластеры) туннеля, не активируя обделки, и применить
предельный уровень EMstage, равный 1-р.
3.	Активировать обделку туннеля.
4-33
Справочное руководство
4.7.12 Незавершенный расчет поэтапного строительства
В начале расчета поэтапного строительства множитель XMstage равен нулю и
постепенно возрастает до полного уровня (обычно равного 1,0). Когда XMstage
достигает полного уровня, заканчивается текущий этап расчетов. Если расчет
поэтапного строительства не был правильно завершен, т.е. если в конце расчета
коэффициент SMstage меньше заданного предельного уровня, то тогда программа
выводит соответствующее предупреждение в поле Log info (Журнал событий).
Достигнутая величина множителя SMstage может быть просмотрена выбором опции
Reached values в группе Show на вкладке Multipliers (см. 4.8.2).
Существуют две возможные причины незавершенного этапа строительства.
-	Во время расчета имело место разрушение грунтового основания. Это означает,
что этап строительства закончить невозможно. Обратите внимание на то, что
несбалансированная сила устранена только частично, так что дальнейшие
вычисления, начинающиеся с результатов последней фазы расчета, будут
бессмысленными.
-	Максимальное количество этапов нагружения оказалось недостаточным. В этом
случае этап строительства должен быть продолжен путем проведения еще одной
фазы расчета, которая должна быть начата напрямую, без изменения
геометрической конфигурации или давления воды. Обратите внимание на то,
что пользователь не может применять любой другой тип нагружения до тех пор,
пока коэффициент XMstage не достигнет 1.0.
В случае незавершенного расчета поэтапного строительства действительная нагрузка
отличается от установленной конфигурации нагружения. Достигнутое значение
множителя может быть использовано для оценки приложенной нагрузи в следующем
виде:
fapplied f0 + XMstage(fq.lm, -f„)
TRcfapUed - приложенная нагрузка; fB нагрузка в начале расчетного этапа (т.е. нагрузка,
достигнутая в конце предыдущего этапа) и fdeflned - установленная конфигурация
нагружения.
4.8	Коэффициенты нагрузки
При расчете деформации необходимо контролировать величину всех типов нагрузок. В
целом, нагрузки контролируются с помощью системы коэффициентов. Прилагаемая
нагрузка рассчитывается как произведение входной нагрузки, заданной с помощью
программы ввода данных (Input program), на соответствующий коэффициент.
Программа различает инкрементальные (Incremental multipliers) и полные (Total
multipliers) коэффициенты. Инкрементальные коэффициенты задают приращение
нагрузки на отдельном шаге вычисления, в то время как полные коэффициенты
представляют общий уровень нагрузки на рассматриваемом этапе. Способ
использования различных коэффициентов зависит от типа выполняемых расчетов. Как
инкрементальные, так и полные коэффициенты для конкретной фазы расчета
выводятся на вкладке Multipliers (Коэффициенты) (см. рис. 4.14). Все
4-34
Plaxis Версия 8
Расчеты
инкрементальные коэффициенты начинаются с М..., а все полные коэффициенты - с
ХМ.... Коэффициенты не имеют размерности, т.к. они представляют собой просто
безразмерные величины (за исключением "коэффициента" времени). Описание
различных коэффициентов нагрузки приведено ниже.
Рис. 4.14. Вкладка Multipliers (Коэффициенты) окна Calculations (Расчеты)
4.8.1 Стандартные коэффициенты нагрузки
Mdisp, XMdisp:
Эти коэффициенты контролируют величину перемещений, заданных в программе
ввода данных (Input program) (см. параграф 4.7.4). Полное значение заданных
перемещений, используемых в расчетах, является произведением входной величины
заданных перемещений на параметр XMdisp. При использовании заданных
перемещений вводом их величины в режиме поэтапного строительства и величины
XMdisp, все еще равной 0, XMdisp автоматически устанавливается на 1. Значение
XMdisp может использоваться для глобального увеличения или уменьшения
применяемого заданного перемещения. В расчетах, где входная нагрузка (Loading
input) была установлена на опцию Incremental multipliers (Инкрементальные
коэффиг!иенты), Mdisp используется для задания приращения заданных перемещений
на первом шаге вычисления.
MloadA, XMloadA, MloadB, XMloadB:
Эти коэффициенты контролируют величину полосовых и сосредоточенных сил,
заданных в системах нагрузок А и В (см. параграф 4.7.3). Используемая в расчетах
полная величина полосовых и сосредоточенных сил в любой из двух систем нагрузок
является произведением входных величин, заданных в программе ввода данных (Input
program) на, соответственно, XMloadA или XMloadB. При приложении нагрузок вводом
их значений в режиме поэтапного строительства и значения соответствующего
множителя, все еще равного 0, последний автоматически устанавливается на 1.
Значения XMloadA, XMloadB могут быть использованы для полного увеличения или
уменьшения прилагаемой нагрузки. В расчетах, где входная нагрузка (Loading input)
была установлена на опцию Incremental multipliers (Инкрементальные коэффициенты),
4-35
Справочное руководство
MloadA и/или MloadB используются для задания приращения соответствующей
системы нагрузок на первом шаге вычисления.
Mweight, SMweight:
Программа PLAXIS позволяет решать задачи с участием гравитационной нагрузки.
Коэффициенты Mweight и EMweight контролируют долю стандартной силы тяжести и,
значит, долю нагрузки, обусловленную весом материалов (грунта, воды и материала
конструкций), заданным в программе ввода данных {Input program). Полная доля
применяемого в расчетах веса материалов задается параметром ZMweight. В расчетах,
где входная нагрузка {Loading input) была установлена на опцию Incremental multipliers
{Инкрементальные коэффициенты), Mweig/tf используется для задания приращения
веса на первом шаге вычисления.
Коэффициент применяется не только для веса материалов, но и для веса воды. Таким
образом, если SMweight равен нулю, то тогда вес грунта учитываться не будет, а
давление воды (за исключением конечного избыточного порового давления,
генерируемого во время недренированного нагружения) также будет равно нулю. Если
X’vlweight равно 1.0, то тогда в расчетах будут использоваться полные значения веса
грунта и давления воды. Значения XMweight свыше 1.0 как правило не применяются, за
исключением случая моделирования испытания в центрифуге.
В отличии от большинства других полных коэффициентов SMweight может быть
больше нуля с самого начала программы Calculations {Расчеты). Это имеет место, если
процедура Ко (Kn-procedure) для генерации поля начальных напряжений используется в
режиме начальных условий программы ввода данных {Input program). По умолчанию
величина SMweight равна 1.0, что соответствует учету полного веса грунта и давления
воды.
Maccel, ZMaccel:
Эти коэффициенты контролируют величину псевдостатических сил, возникающих под
влиянием составляющих ускорения, заданных в окне General settings (Общие
настройки) программы ввода данных {Input program) (см. параграф 3.2.2). Полная
величина ускорения, принимаемая во время расчетов, равна произведению входных
величин составляющих ускорения на коэффициент ХМассеХ. В расчетах, где входная
нагрузка {Loading input) была установлена на опцию Incremental multipliers
{Инкрементные коэффициенты), Maccel используется для задания приращения
ускорения на первом шаге вычисления.
Псевдостатические силы могут быть активированы только при уже активированном
весе материала (XMweight = 1). При SMweight = 1 и XMaccel = 1 как сила тяжести, так и
псевдостатические силы являются активными. На рис. 4.15 показаны различные
комбинации веса грунта и ускорения. Обратите внимание на то, что активация
составляющей ускорения, действующей в определенном направлении, приводит к
возникновению псевдостатической силы, направленной в противоположную сторону.
При увеличении SMweight без увеличения XMaccel результирующая сила будет
увеличиваться, не меняя своего конечного направления.
4-36
Plaxis Версия 8
Расчеты
Рис. 4.15. Результирующее направление силы г, обусловленное комбинацией силы
тяжести g и ускорения а
Msf, SMsf:
Эти коэффициенты связаны с опцией Phi-c reduction (снижение <р, с), предусмотренной
в программе PLAXIS для расчета коэффициентов надежности (см. параграф 4.9).
Полный коэффициент SMsf определяется как частное от деления исходных параметров
прочности на сниженные параметры прочности и контролирует уменьшение tanEl и с в
ходе рассматриваемой фазы расчета. В отличии от большинства других полных
коэффициентов XMsf задается равным 1.0 в начале расчета для того, чтобы указать не
сниженную прочность материалов. Msf используется для задания приращения
снижения прочности на первом шаге вычисления. По умолчанию эта величина равна
0.1, что обычно дает хорошее начальное значение.
Input values (Входные величины) и Reached values (Достигнутые величины):
Входные величины коэффициентов могут отличаться от тех, которые будут фактически
достигнуты по окончанию расчетов. Селекторные кнопки в блоке Show (Показать)
могут быть использованы для вывода либо входных величин (Input values), либо
достигнутых величин (Reached values). При выборе опции Reached values
(Достигнутые величины) появляется новый групповой блок, в котором выведены
прочие коэффициенты и расчетные параметры.
4.8.2 Прочие коэффициенты и расчетные параметры
XMstage:
Параметр SMstage связан с опцией Staged construction (Поэтапное строительство)
программы PLAXIS (см. параграф 4.7). Этот полный коэффициент дает завершенную
долю стадии строительства. В начале расчета в режиме поэтапного строительства
величина SMstage обычно равна нулю, а в конце должна быть 1.0. Однако, этот
параметр будет отличен от нуля при повторном запуске (продолжении) расчета
поэтапного строительства. В этом случае XMstage будет начинаться с величины,
достигнутой в конце предыдущей фазы расчета. Если поэтапное строительство не
используется, величина XMstage задается равной нулю.
4-37
Справочное руководство
ЕМагеа:
Параметр ЕМагеа также связан с опцией поэтапного строительства Staged construction
программы PLAXIS. Этот параметр дает долю общей поверхности кластеров грунта,
активных в текущей геометрии системы. Если все кластеры являются активными, то
тогда ЕМагеа имеет значение 1.0.
Stiffness (Жесткость):
После нагружения и развития пластического состояния общая жесткость начнет
уменьшаться. Параметр Stiffness (Жесткость) показывает, в какой степени потеряна
жесткость из-за пластичности материала. Параметр представляет собой число, равное
1.0 при полностью упругом состоянии и постепенно уменьшающееся по мере развития
пластичности. При достижении состояния разрушения параметр жесткости примерно
равен нулю. Он может стать отрицательным, если произойдет разуплотнение грунта.
Force-X, Force-Y (Сила-Х, Сила-Y):
Эти параметры указывают на силы, соответствующие ненулевым заданным
перемещениям (см. параграф 3.4.1). Force-X (Сила-Х) представляет величину полной
силы, направленной по оси х и относящейся к ненулевым заданным перемещениям, а
Force-Y (Сила-Y) -величину полной силы, направленной по оси у и относящейся к
ненулевым заданным перемещениям.
Если расчет основан на модели плоской деформации, то тогда Force-X и Force-Y
представляют силы, действующие на единицу ширины в боковом направлении. При
осесимметричном анализе эти параметры представляют полную реактивную силу,
действующую на сегмент окружности размером 1.0 радиан. В последнем случае они
должны быть умножены на 2тг для получения полной силы, действующей на полную
окружность.
Ртах:
Параметр Ртах связан с недренированным поведением материала и представляет
максимальное абсолютное избыточное поровое давление в сетке, выраженное в
единицах напряжения. При недренированном нагружении материала в режиме
пластического расчета Ртах обычно возрастает, а в режиме расчета консолидации —
уменьшается.
4.9	Снижение ср, с
Снижение <р, с (Phi-c reduction) это опция, предусмотренная в программе PLAXIS для
расчета коэффициентов надежности. Эта опция может быть выбрана как отдельный тип
расчета во вкладке General. При использовании алгоритма Phi-c reduction (снижение гр,
с) параметры прочности грунта tanip и с последовательно уменьшаются до тех пор, пока
не произойдет разрушение. Прочность интерфейсов, если они используются,
уменьшается аналогичным образом. Прочность таких структурных объектов, как балки
и анкеры, не зависит от снижение <р, с.
4-38
Plaxis Версия 8
Расчеты
Полный коэффициент SMsf используется для определения параметров прочности
грунта на текущем этапе расчета:
tancp^ ;	сinput
reduced ^reduced
где параметры прочности с индексом 'input' относятся к свойствам, заданным в наборах
данных по материалам, а параметры с индексом 'reduced' — к сниженным значениям
параметров, используемым в расчетах. В отличие от остальных полных
коэффициентов, EMsf задается равным 1.0 в начале расчета для того, чтобы установить
все параметры прочности материалов на исходные значения. Расчет осуществляется с
использованием процедуры Load advancement number of steps (Развитие нагрузки -
Количество шагов). Множитель Msf используется для определения приращения
снижения прочности на первом шаге расчета. Данное приращение устанавливается по
умолчанию на 0,1. В ходе расчетов программа последовательно уменьшает значения
параметров в автоматическом режиме до тех пор, пока не будут выполнены все
дополнительные шаги. По умолчанию количество дополнительных шагов
устанавливается равным 30, но при необходимости можно установить количество
шагов до 1000. Всегда необходимо проверять привел ли последний шаг к разрушению,
используя следующую формулу для определения коэффициента надежности:
SF = имеющаяся прочность/прочность при разрушении = значение при разрушении
Для того, чтобы точно определить момент разрушения структуры, рекомендуется
использовать в итерационной процедуре контроль длины дуги (Arc-length control).
Рекомендуемая допустимая ошибка (Tolerated error) не должна превышать 3%. Обе эти
рекомендации выполняются при использовании стандартной настройки (Standard
setting) итерационной процедуры (Iterative procedure).
При использовании метода снижение <р, с в сочетании с усовершенствованными
моделями грунта последние могут вести себя как стандартная модель Мора-Кулона, т.к.
из рассмотрения исключаются зависящие от напряжений характеристики жесткости и
эффект упрочнения грунта. Зависящий от напряжений модуль жесткости, полученный
в конце предыдущего этапа вычислений, используется при расчете методом снижение
ср, с как постоянный модуль жесткости.
Этот подход напоминает метод расчета коэффициентов устойчивости, принятый при
расчетах по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. Более подробно о
методе снижение <р, с смотри в работе [4].
4.10	Расчет по изменяемой сетке
При обычном расчете методом конечных элементов влияние геометрических
изменений сетки на условия равновесия будет пренебрежимо мало. Обычно эта
аппроксимация хорошо работает при относительно небольших деформациях, что
типично для большинства инженерных сооружений. Однако, при определенных
обстоятельствах это влияние необходимо учитывать. Типичными случаями, которые
могут потребовать расчета по изменяемой сетке, являются расчет усиленных земляных
сооружений, расчет несущей способности морских оснований и задачи, в которых
слабый грунт инициирует большие деформации.
4-39
Справочное руководство
Программа расчета методом конечных элементов, включающая в себя теорию больших
деформаций, обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать. Прежде
всего, матрица жесткости системы должна включать в себя дополнительные члены,
позволяющие моделировать влияние больших структурных деформаций на
конечноэлементные уравнения.
Во вторых, необходимо предусмотреть процедуру для правильного моделирования
изменений напряжений, возникающих при повороте конечных элементов. Эта
особенность теории больших деформаций обычно учитывается путем введения такого
определения скорости изменения напряжений, которое включало бы в себя члены,
отвечающие за угловую скорость вращения. Специалистами было предложено
несколько определений скорости изменения напряжений, но ни одно из них не отвечает
всем поставленным условиям. В программе PLAXIS используется скорость напряжения
Кирхгоффа (известная еще как скорость напряжений Хилла). Эта скорость напряжений
должна давать хорошие результаты при условии, что деформации сдвига не станут
чрезмерными.
В третьих, по мере выполнения вычислений необходимо обновлять сетку конечных
элементов. При выбранной опции Updated mesh (Расчет по изменяемой сетке)
программа PLAXIS делает это автоматически.
Из приведенного выше следует, что расчет по изменяемой сетке, используемый в
программе PLAXIS, включает в себя значительно больше, чем простое обновление
узловых координат по мере производства вычислений. Используемые методики
вычислений фактически основываются на подходе, известном как "уточненная
формулировка Лагранжа" [2]. Реализация этой формулировки в программе PLAXIS
основана на использовании различных передовых технологий, выходящих за рамки
рассмотрения настоящего Справочного руководства (см. [16]).
Методики вычислений
Для того, чтобы иметь возможность проводить расчет по изменяемой сетке,
необходимо выбрать соответствующую опцию в первом комбинированном окне
Calculation type (Тип расчетов) на вкладке General (Общие настройки). Расчет по
изменяемой сетке производится с использованием итерационных процедур,
аналогичных обычным процедурам расчета пластичности, используемым в программе
PLAXIS и рассмотренным в предыдущих разделах. Т.о., расчет по изменяемой сетке
основан на применении тех же параметров. Однако, из-за эффекта больших
деформаций матрица жесткости всегда обновляется в начале шага вычисления. Из-за
этого, а также из-за использования дополнительных членов и более сложных
формулировок итерационная процедура в расчете по изменяемой сетке выполняется
значительно медленнее, чем при обычном расчете пластичности.
Практические соображения
Расчет по изменяемой сетке, как правило, требует больше машинного времени, чем
аналогичный обычный расчет пластичности. Поэтому рекомендуется при начале
любого нового проекта сначала выполнять расчет пластичности и лишь после этого
переходить к расчету по изменяемой сетке.
Невозможно указать каких-либо простых правил, в каких случаях необходимо
проводить расчет по изменяемой сетке, а когда можно обойтись обычным расчетом
4-40
Plaxis Версия 8
Расчеты
пластичности. Один из более или менее простых подходов состоит в том, чтобы
проверить деформированную сетку в конце обычных расчетов с помощью опции
Deformed mesh (Деформированная сетка) программы Output (Вывод данных). Если
геометрические изменения велики (в реальном масштабе!), то тогда можно подозревать
существенное влияние геометрических эффектов. В этом случае вычисления
необходимо повторить с использованием опции Updated mesh (Расчет по изменяемой
сетке). Основываясь на общих значениях деформации, полученных в ходе обычного
расчета пластичности, нельзя сделать однозначного вывода о том, важны или нет
геометрические эффекты. Если пользователь не до конца уверен в необходимости
расчета по изменяемой сетке, однозначный ответ можно получить только проведя
расчет по изменяемой сетке и сравнив полученные с его помощью результаты с
результатами аналогичного обычного расчета.
В целом, расчет по изменяемой сетке не используется при гравитационном нагружении
для получения поля начальных напряжений. Перемещения, получающиеся при
гравитационном нагружении, не имеют физического смысла и поэтому должны быть
"сброшены" на ноль. "Сброс" перемещений на ноль невозможен после расчета по
изменяемой сетке. Следовательно, гравитационное нагружение требует обычных
расчетов пластического состояния.
Переход от обычных расчетов пластического состояния или расчета консолидации к
расчету по изменяемой сетке правомочен только тогда, когда перемещения
сбрасываются на ноль, т.к. расчет при изменяемой сетке должен начинаться с
недеформированной геометрии. Переход от расчета по изменяемой сетке к обычным
расчетам пластического состояния или консолидации неправомочен, т.к. они
сопряжены с исключением из рассмотрения всех эффектов больших деформаций.
4.11	Предварительный просмотр этапа строительства
Когда строительный этап полностью определен, во вкладке Preview окна Calculation
представлен предварительный просмотр ситуации. Эта опция существует только для
этапов, определенных в режиме Stage Construction (Поэтапное строительство). Это дает
возможность проверить строительные этапы перед началом вычислений.
4.12	Выбор точек для кривых
После определения фаз расчета и перед началом непосредственно вычислений можно
выбрать ряд точек для построения кривых зависимости перемещения от нагрузки или
траекторий напряжений. В процессе вычислений информация, относящаяся к
выбранным точкам, хранится в отдельном файле. По окончанию вычислений можно
воспользоваться программой Curves (Кривые) для построения кривых зависимости
перемещения от нагрузки или траекторий напряжений. Построение этих кривых
производится на основе информации, хранящейся в отдельном файле, поэтому
невозможно построить кривые для точек, которые не были предварительно заданы.
+ Для задания точек можно воспользоваться опцией Select points for curves
tSfИ (Выбрать точки для кривых) в меню View (Вид) или щелкнуть по
±±_±] соответствующей кнопке на панели инструментов. В результате откроется
окно программы Output (Вывод данных), в котором будет показана сетка конечных
элементов со всеми узлами. Пользователь может выбрать до 10 узлов для построения
кривых зависимости перемещения от нагрузки. Для выбора точки надо переместить
4-41
Справочное руководство
курсор на нужный узел и щелкнуть левой кнопкой мыши. Выбранные узлы
обозначаются буквами в алфавитном порядке. Эти буквы вновь появятся в программе
Curves [Кривые') для указания тех точек, для которых должны быть построены кривые
зависимости перемещения от нагрузки. Для того, чтобы снять выделение с узла,
достаточно снова щелкнуть по нему мышью.
В дополнение к узлам можно выбрать точки напряжения для построения траекторий
напряжений, траекторий деформации и кривых напряжения — деформации. Щелкнув по
находящейся в верхнем правом углу кнопке Select stress points for stress/strain curves
(Выбрать точки напряжения для кривых напряжения-деформации), пользователь
получает сетку конечных элементов, на которой показаны все точки напряжения.
Пользователь может выбрать до 10 точек для построения кривых напряжений и
деформаций. Так же, как и узлы, выбранные точки напряжения обозначаются буквами
в алфавитном порядке.
Если пользователь хочет дополнительно выбрать узлы, он может воспользоваться
кнопкой Select nodes for load-displacement curves (Выбрать узлы для кривых нагрузка —
перемещение), после чего вновь появится схема сетки, на которой можно будет выбрать
дополнительные узлы. Для отмены выделения для всех узлов можно воспользоваться
кнопкой Deselect all nodes or stress points (Снять выделение co всех узлов или точек
напряжения). Если щелкнуть по этой кнопке при выведенных на экран узлах сетки,
выделение будет снято только с узлов, а точки напряжения останутся выделенными. С
другой стороны, при выведенных на экран точках напряжения выделение снимается
только с точек напряжения, но не с узлов.
После выбора всех необходимых узлов и точек напряжения следует нажать кнопку
<Update> (Обновить) в верхнем правом углу для того, чтобы сохранить всю введенную
информацию и вернуться в программу Calculations (Расчеты).
При повторном построении сетки конечных элементов (после уточнения или
изменения) положение узлов и точек напряжения изменится. В результате выбранные
ранее узлы и точки напряжения могут появиться в совершенно других местах. Поэтому
после повторного построения сетки необходимо заново выбрать узлы и точки
напряжения.
Если, начиная вычисления, пользователь не выбрал узлы и точки напряжения,
программа выдаст подсказку для их задания. Пользователь может решать, будет ли он
выбирать точки или продолжит вычисления без их выбора. В последнем случае он не
сможет построить кривых зависимости перемещения от нагрузки или диаграмм
напряжения-деформации.
4.13	Выполнение процесса вычислений
После задания фаз расчета и выбора точек для построения кривых можно начинать
непосредственно процесс вычислений. Перед тем, как приступать к вычислениям,
полезно проверить список фаз расчета. В принципе, все фазы, помеченные в списке
синей стрелкой (->), будут выполнены в процессе вычислений. По умолчанию, каждая
заданная фаза расчета автоматически помечается для выполнения. Ранее выполненные
фазы отмечены зеленой "галочкой" (з/), если вычисления прошли успешно, или
красным "крестиком" (X), если имели место какие-нибудь проблемы. Для того, чтобы
задать или отменить выполнение фазы расчета, следует два раза щелкнуть по
4-42
Plaxis Версия 8
Расчеты
соответствующей строке. Вместо этого можно щелкнуть по нужной строке правой
кнопкой мыши и выбрать из контекстного меню опцию Mark calculate (Пометить к
выполнению) или Unmark calculate (Отменить выполнение).
4.13.1 Начало процесса вычислений
Процесс вычислений можно запустить, нажать кнопку <CaIculate> (Расчет) на панели
инструментов. Эта кнопка видна только в том случае, если программа находится в фазе
расчета, выбранной для выполнения. Вместо этого можно выбрать опцию Current
project (Текущий проект) в меню Calculate (Расчет). Программа сначала произведет
проверку порядка и последовательности фаз расчета, а затем определит первую,
подлежащую выполнению фазу. После первой фазы будут выполнены все остальные в
заданной пользователем очередности при условии, что не произойдет разрушения
сооружения. Для того, чтобы пользователь мог следить за ходом процесса,
выполняемая фаза будет показана в списке как активная.
4.13.2 Группа проектов
Кроме выполнения процесса вычислений для текущего проекта возможно также
выбрать группу проектов, вычисления для которых должны быть выполнены после
текущего проекта. Это можно сделать с помощью опции Multiple projects (Группа
проектов) в меню Calculate (Расчет).
После выбора этой опции появляется окно запросчика файлов, в котором можно
выбрать нужные проекты. Все проекты, для которых должны быть выполнены
вычисления, появляются в окне администратора расчетов (Calculation manager).
4.13.3 Администратор расчетов
Для открытия окна администратора расчетов (Calculation manager) следует выбрать
соответствующую опцию в меню View (Вид). Это окно показывает статус всех
проектов, для которых были или должны быть произведены вычисления. Пример окна
администратора расчетов показан на рис. 4.16.
Рис. 4.16. Окно администратора расчетов
4-43
Справочное руководство
4.13.4 Прекращение вычислений
Если по каким-то причинам пользователь решит прервать вычисления, он может это
сделать, нажав на кнопку <Сапсе1> {Отмена) в отдельном окне, в котором выводится
информация о ходе итерационного процесса на текущей фазе расчета.
4.14	Вывод результатов во время вычислений
В ходе деформационных расчетов информация о ходе итерационного процесса
выводится в отдельном окне. Эта информация включает в себя текущие значения
полных коэффициентов нагрузки и прочие параметры, относящиеся к конкретной фазе
расчета. Значения коэффициентов нагрузки и некоторых других параметров
рассмотрены в параграфе 4.8. Кроме того, в окне выводится следующая информация:
Кривая зависимости перемещения от нагрузки:
В ходе выполнения конкретной фазы расчета в отдельном окне выводится маленькая
кривая зависимости перемещения от нагрузки, по которой можно оценить состояние
системы (от абсолютно упругого до состояния разрушения). По умолчанию, программа
строит график зависимости между перемещением первого выбранного узла модели и
величиной полного коэффициента активированной системы нагрузок. При включенном
режиме заданных перемещений вместо коэффициента XMdisp выводится главный
параметр силы (Force-X или Force-Y). При желании в комбинированном поле под
кривой можно выбрать один из заранее заданных узлов.
Рис 4.17 Окно текущих результатов вычислений.
4-44
Plaxis Версия 8
Расчеты
Step (Шаг вычисления) и Iteration numbers (Количество итерацй):
В полях Current step (Текущий шаг) и Iteration (Итерация) указываются номер
текущего шага вычисления и номер итерации. В поле Maximum steps (Максимальное
количество шагов) показан номер последнего шага текущей фазы расчета в
соответствии со значением параметра Additional steps (Дополнительные шаги).
Значение поля Maximum iterations (Максимальное количество итераций) соответствует
параметру Maximum iterations в настройках итерационной процедуры.
Global error (Полная погрешность):
Полная погрешность (Global error) является мерой полных погрешностей в
определении равновесного состояния в пределах одного шага вычисления. Эти
погрешности имеют тенденцию к уменьшению по мере возрастания количества
итераций. Более подробно об этом параметре смотри в параграфе 4.17.
Tolerance (Допустимое отклонение):
В поле Tolerance (Допустимое отклонение) указывается предельная допустимая полная
погрешность при определении равновесного состояния. Итерационный процесс будет
продолжаться до тех пор, пока полная погрешность станет меньше допустимого
отклонения. Величина допустимого отклонения соответствует параметру Tolerated
error (Допустимая погрешность) в настройках итерационной процедуры.
Plastic stress points (Точки пластических напряжений):
В этом поле указывается общее количество точек напряжения в тех элементах грунта,
которые находятся в пластическом состоянии. Кроме точек, в которых круг
напряжений (круг Мора) касается огибающей разрушения Кулона, сюда включаются
также точки, обусловленные пластичностью при упрочнении.
Plastic interface points (Точки пластических интерфейсов):
В этом поле дается общее количество точек напряжения в интерфейсных элементах,
ставших пластическими.
Inaccurate stress points (Неточно определенные точки напряжения):
В полях Inaccurate дается количество точек пластических напряжений в элементах
грунта и количество точек в элементах интерфейсов, для которых локальная
погрешность превышает допустимую. Более подробно смотри в параграфе 4.17.
Tolerated number of inaccurate stress points (Допустимое количество неточно
определенных точек напряжения):
В полях Tolerated дается, соответственно, максимальное допустимое количество
неточно определенных точек напряжения в элементах грунтов и в элементах
интерфейсов. Итерационный процесс будет продолжаться, по крайней мере, до тех пор,
пока количество неточно определенных точек напряжения остается меньше
допустимой величины. Более подробно смотри в параграфе 4.17.
Tension points (Точки растяжения):
В поле Tension points (Точки растяжения) указывается количество точек напряжения,
попавших в область отказа при растяжении. Эти точки появляются при использовании
усечения в области растяжения для некоторых из наборов данных по материалам, как
это рассмотрено в параграфе 3.5.2.
4-45
Справочное руководство
Cap/Hardpoints (Предельные точки/Точки упрочнения):
Предельная точка (Cap point) имеет место, если при использовании модели слабого
грунта (Soft Soil model) напряженное состояние в точке равно напряжению при
предварительном уплотнении, т.е. максимальному достигнутому ранее уровню
напряжений. Точка упрочнения (Hardpoint) возникает, если при использовании модели
упрочняющегося грунта (Hardening Soil model) напряженное состояние в точке
соответствует максимальному достигнутому ранее углу трения.
Apex points (Вершины):
Под вершинами понимаются особые пластические точки, в которых допустимое
напряжение сдвига равно нулю, i.e. т„,ш = с + atanqr= 0. При большом количестве
пластических вершин итерационная процедура замедляется. Появления вершин можно
избежать, выбрав опцию Tension cut-off (Усечение в области растяжения) в наборах
данных для грунта и интерфейсов.
Cancel button (Кнопка отмены):
Если по какой-либо причине пользователь хочет остановить расчет, это можно сделать
нажатием кнопки Cancel в окне расчетов. Обратите внимание, что после нажатия этой
кнопки проходит несколько секунд до остановки процесса вычислений. В списке
расчетов на первом остановившемся этапе появляется красный крест, показывающий
на неуспешное выполнение этого этапа. Выполнение всех дальнейших этапов
останавливается.
4.15	Выбор фаз расчета для вывода результатов
По завершению процесса вычисления список фаз расчета подвергается обновлению.
Успешно законченные фазы расчета помечаются зеленой "галочкой" (4), а фазы,
которые были выполнены с ошибками, красным "крестиком" (+). Кроме того,
сообщения, выданные во время вычислений, выводятся в окне Log info (Журнал
событий) на вкладке General (Общие настройки).
Если выполняемая фаза расчета показана в списке как активная, на панели
инструментов появляется кнопка <Output> (Вывод данных). Если вы выберете
законченную фазу расчета и щелкнете по кнопке <Output>, результаты этой фазы будут
напрямую выведены в окне программы Output (Вывод данных). Пользователь может
одновременно выбрать несколько фаз расчета, щелкнув по ним левой кнопкой мыши
при нажатой клавише <Shift>. Если после этого нажать кнопку <Output>, результаты
всех выбранных фаз будут показаны в отдельных окнах в программе Output (Вывод
данных). Таким способом можно легко сравнить результаты нескольких фаз расчета.
4.16	Корректировка входных данных между вычислениями
Следует с большой осторожностью относиться к изменению входных данных между
отдельными фазами расчета. В целом, делать этого не следует, т.к. входные данные
перестают соответствовать результатам вычислений. Тем не менее, есть возможность
изменить входные данные для ряда конкретных целей, которые описаны ниже.
При изменении геометрии системы (изменении местоположения точек или линий или
добавлении новых объектов) программа вернет все данные, относящиеся к этапам
4-46
Plaxis Версия 8
Расчеты
строительства, к их исходным значениям. Это делается потому, что после изменения
геометрических характеристик информация по поэтапному строительству в целом
перестает быть верной. После возвращения всех данных к исходным значениям
необходимо заново сгенерировать сетку и начальные условия (давление воды и
начальные напряжения). В программе Calculation (Расчеты) пользователь должен
переопределить этапы строительства и начать процесс вычислений с первого этапа.
Если сетка конечных элементов генерируется заново без изменения геометрии системы
(например, для измельчения сетки), то тогда все расчетные данные (включая этапы
строительства) остаются верными. Обратите внимание на то, что и в этом случае
необходимо заново сгенерировать начальные условия и начать вычисления с первого
этапа строительства.
При изменении свойств материалов в существующих наборах данных без изменения
геометрии системы все расчетные данные также остаются верными. В этом случае
кластеры соответствуют тем же наборам данных, но свойства, определяемые этими
наборами, изменяются. Однако, эта процедура не особенно полезна, т.к. программа
PLAXIS позволяет изменять наборы данных, не выходя из опции Staged construction
(Поэтапное строительство). Следовательно, лучше заранее создать наборы данных,
которые будут использоваться в последующих расчетах, и использовать опцию Staged
construction (Поэтапное строительство) для изменения этих наборов данных в ходе
вычислений. То же самое относится и к давлению воды, т.к. оно тоже может меняться
внутри опции Staged construction (см. 4.7.3 и 4.7.9).
4.17	Автоматический контроль ошибок
На каждом шаге вычисления программа PLAXIS выполняет ряд итераций для того,
чтобы уменьшить несбалансированные погрешности в решении. Для того, чтобы
закончить этот итерационный процесс, когда погрешности станут допустимыми,
необходимо, чтобы программа на каждом этапе могла автоматически считывать
несбалансированные погрешности. В программе PLAXIS используются два индикатора
ошибок. Один из них основан на контроле полных погрешностей в определении
равновесного состояния, а второй — на контроле локальных погрешностей. Величины
обоих индикаторов должны быть меньше заранее заданных пределов, при достижении
которых итерационная процедура прекращается. Оба индикатора ошибок и
соответствующие процедуры контроля ошибок описаны ниже.
Контроль полных погрешностей
Контрольный параметр полной погрешности, используемый в программе PLAXIS,
связан с суммой величин несбалансированных узловых сил. Под
"несбалансированными узловыми силами" понимается разница между внешними
нагрузками и силами, находящимися в равновесии с текущими напряжениями. Для
получения этого параметра несбалансированные нагрузки сделаны безразмерными, как
это показано ниже:
Полная прогрешность = (Jjl несбалансированные узловые силы 1)/(Я активные нагрузки
Контроль локальных погрешностей
Локальными погрешностями называются погрешности в каждой отдельной точке
напряжения. Для того чтобы понять используемый в программе PLAXIS метод
4-47
Справочное руководство
контроля локальных погрешностей, необходимо рассмотреть изменения напряжений,
имеющие место в типичной точке напряжения во время процесса итерации.
Изменение одной из компонент напряжений во время итерационной процедуры
показано на рис. 4.18. В конце каждой итерации программа PLAXIS определяет два
важных значения напряжений. Первое, т.н. "равновесное напряжение", - это
напряжение, рассчитываемое напрямую из матрицы жесткости (например, точка А на
рис. 4.18). Второе - это "устанавливаемое напряжение", определяемое по кривой
зависимости напряжения от деформации для той же деформации, что и равновесное
напряжение (т.е. точка В на рис. 4.18).
Рис. 4.18. Равновесное и устанавливаемое напряжение
Пунктирной линией на рис. 4.18 показана траектория равновесных напряжений. В
целом, траектория равновесных напряжений зависит от природы поля напряжений и
приложенной нагрузки. В случае элемента грунта, отвечающего критерию Мора-
Кулона, локальная погрешность для отдельной точки напряжения в конце итерации
определяется следующим образом:
Локальная погрешность —
В этом уравнении числитель представляет собой норму разницы между тензором
равновесных напряжений </ и тензором устанавливаемых напряжений </. Данная
норма определяется уравнением:
Ik' - °i=+(<	+(< -oz+(< -<)2
Знаменатель уравнения для локальной погрешности равен максимальному значению
напряжения сдвига, определяемого критерием разрушения Кулона.
Если точка напряжения находится на интерфейсном элементе, используется следующее
выражение:
Локальная погрешность —
с, - er," tan
4-48
Plaxis Версия 8
Расчеты
где с^и т представляют, соответственно, нормальные напряжения и напряжения сдвига
в интерфейсе. Для количественной оценки локальной точности используется концепция
неточных пластических точек. Пластическая точка считается неточной, если
локальная погрешность для нее превосходит заданную пользователем допустимую
погрешность (см. параграф 4.6.1).
Прекращение итераций
Для того, чтобы программа PLAXIS прекратила выполнение итераций на текущем шаге
вычисления, должны быть выполнены перечисленные ниже требования контроля
ошибок. Более подробно о методах контроля ошибок смотри в работе [18].
Полная погрешность <Допустимая погрешность
Кол-во неточных точек грунта <3 + (кол-во пластических точек грунта) /10
Кол-во неточных интерфейсных точек < 3 + (кол-во пластических интерфейсных
точек)/10
4-49

Выходные данные
5	Выходные данные (заключительная обработка)
Основными выходными величинами расчета методом конечных элементов являются
перемещения в узлах и напряжения, в точках напряжения. Кроме того, когда конечно-
элементная модель включает в себя структурные элементы, программа рассчитывает
структурные силы в этих элементах. В рамках PLAXIS имеется целый ряд средств для
отображения результатов расчета методом конечных элементов. В данной главе
описаны те из них, которые могут быть выбраны из программы вывода данных (Output
program).
5.1	Программа вывода данных (output program)
Эта иконка представляет программу Output (Вывод данных). Эта программа
содержит все необходимые средства для просмотра и отображения
генерированных входных данных и результатов расчетов методом конечных
элементов. В начале работы программы вывода данных пользователь должен выбрать
модель и ту фазу расчета или номер шага вычисления, для которых он хочет
посмотреть результаты. После этого открывается первое окно, в котором показана
деформированная сетка.
Главное окно программы Output содержит следующие элементы (см. рис. 5.1)
Output
Рис. 5.1. Панель инструментов главного окна программы Output
Меню Output (Вывод данных):
Меню Output содержит все опции и средства программы вывода данных. Элементы
меню могут меняться в зависимости от типа активной выходной формы. Некоторые из
опций доступны также в виде кнопок на панели инструментов.
Выходные формы:
Под выходными формами понимаются окна, в которых выводятся конкретные
результаты расчета. Выходные формы могут содержать полные модели, отдельные
объекты моделей или таблицы выходных данных. Одновременно можно открыть сразу
несколько выходных форм.
Панель инструментов:
На панели инструментов находятся кнопки, которые могут использоваться для
быстрого вызова различных элементов меню. Кроме того, на панели инструментов
имеется комбинированное окно, с помощью которого можно напрямую выбрать тип
представления отображаемой величины.
Например, перемещения могут быть представлены с помощью стрелок (Arrows),
контуров (Contours) или заливки (Shadings). Прочие величины могут быть
представлены с помощью других средств.
5-1
Справочное руководство
Уровень состояния:
Панель состояния содержит информацию о типе расчета (плоская деформация
или осесимметричная) и положение курсора (мыши) в модели.
5.2	Меню output (вывод данных)
Главное меню программы Output (Вывод данных) содержит падающие подменю,
содержащие большинство опций для обработки файлов, переноса данных и просмотра
графиков и таблиц. Большинство результатов, полученных в результате расчета
методом конечных элементов, содержат деформации и напряжения. Следовательно, эти
две величины образуют основную часть меню Output. При отображении полной
геометрической модели главное меню содержит подменю File (Файл), Edit (Правка),
View (Вид), Geometry (Геометрия), Deformations (Деформации), Stresses (Напряжения),
Window (Окно) и Help (Справка). Главное меню может меняться в зависимости от типа
отображаемых данных.
Подменю File (Файл):
Open (Открыть...)	Для открытия проекта, для которого нужно посмотреть выходные результаты. Опция открывает окно запросчика файлов.
Close (Закрыть) Close all (Закрыть все) Print (Печать...)	Для закрытия активной выходной формы. Для закрытия всех выходных форм. Для вывода активной выходной формы на выбранный принтер. Опция открывает окно печати.
Work directory (рабочая папка)	Для определения директории по умолчанию, где будут храниться проектные файлы PLAXIS.
Report generation (генерация отчета)	Для создания отчета о проекте с входными данными и результатами расчета.
(recent projects) (последние проекты)	Для быстрого открытия одного из последних четырех проектов.
Exit (Выход) Подменю Edit (Правка): Сору (Копировать)	Для выхода из программы. Для копирования активной выходной формы в буфер обмена Windows.
Scale (Масштаб)	Для изменения масштаба представленной величины.
Interval (Интервал)	Для изменения диапазона значений величины при представлении ее с помощью контуров или заливки.
Scan line (Строка развертки) Для изменения строки развертки при отображении
меток контурных линий. После выбора этой опции необходимо указать строку
развертки с помощью мыши. Нажмите на левую кнопку мыши на одном из концов
5-2
Plaxis Версия 8
Выходные данные
линии и, удерживая ее нажатой, переместите курсор к другому концу линии. Метки
контурной линии появятся в каждой точке пересечения контурной линии и линии
развертки.
Подменю View (Вид):
Zoom in (Увеличить)	Увеличение масштаба изображения для его более детального просмотра. После выбора этой функции необходимо с помощью мыши указать область, для которой должен быть увеличен масштаб. Для этого разместите курсор в углу выделяемой области и нажмите левую кнопку мыши. Удерживая кнопку нажатой,	переместите	курсор	к противоположному углу выделяемой области и затем отпустите кнопку. Программа увеличит масштаб выделенной части изображения. Экранное увеличение изображения можно последовательно производить до тех пор, пока вы не достигнете нужной степени детализации.
Zoom out (Уменьшить)	Восстановление предыдущего масштаба изображения (имевшего место до последнего увеличения масштаба).
Reset view (Восстановить вид)	Для возвращения к первоначальному виду рисунка.
Cross section (Поперечный разрез)	Для выбора поперечного разреза для показа распределения	заданной	величины. Поперечный разрез выбирается с помощью мыши. Разместите курсор на одном конце секущей линии, нажмите на левую кнопку мыши и, не отпуская кнопки, переместите курсор к другому концу линии (см. параграф 5.8).
Table (Таблица)	Для просмотра таблицы численных значений представленной величины (см. параграф 5.7) .
Rulers (Линейки)	Включение и выключение линеек по краям активной формы.
Title (Заголовок)	Включение и выключение заголовка активной формы
Legend (Условные обозначения)	Включение и выключение блока условных обозначений контуров или заливки
Grid (Сетка)	Включение и выключение сетки в активной форме.
General info (Общая информация)	Для просмотра общей информации о проекте (см. параграф 5.9.1).
5-3
Справочное руководство
Material info (Информация о материалах) Для просмотра данных по материалам
(см. параграф 5.9.2).
Calculation info (Информация о расчетах) Для просмотра информации о текущем
шаге вычисления (см. параграф 5.9.3).
Create animation (Создание анимации) Для создания анимации из нескольких
расчетных шагов.
Подменю Geometry (Геометрия):	
Structures (Сооружения)	Для вывода всех структурных объектов на геометрической модели.
Materials (Материалы)	Для отображения цветов материалов на геометрической модели.
Phreatic level (Уровень грунтовых вод)	Для вывода общего уровня грунтовых вод на геометрической модели.
Loads (Нагрузки)	Для отображения внешних нагрузок на геометрической модели.
Fixities (Закрепления)	Для отображения закреплений на геометрической модели.
Presc. displacements (Задан, перемещения)	Для отображения заданных перемещений на геометрической модели.
Connectivity plot (Общее озображение)	Для просмотра общего изображения (см. параграф 5.9.4)
Elements (Элементы)	Для отображения элементов грунта на геометрической модели.
Nodes (Узлы)	Для отображения узлов на геометрической модели.
Stress points (Точки напряжения)	Для отображения точек напряжения на геометрической модели.
Element numbers (Номера элементов)	Для отображения номеров элементов грунта. Опция может быть использована только, если сами элементы уже отображены.
Node numbers (Номера узлов)	Для отображения номеров узлов. Опция может быть использована только, если сами узлы уже отображены
Stress point numbers (Номера точек	напряжения)	Для отображения номеров точек напряжения. Опция может быть использована только, если точки напряжения уже отображены.
5-4
Plaxis Версия 8
Выходные данные
Material set numbers (Номера наборов)	Для отображения номеров наборов по
материалам для грунтовых элементов.
Clusters numbers (Номера кластеров)	Для отображения номеров кластеров в
элементах грунта.
Подменю Deformations (Деформации):
Подменю Deformations (Деформации) содержит различные опции для визуализации
деформаций в конечно-элементной модели (см. параграф 5.4) .
Подменю Stresses (Напряжения):
Подменю Stresses (Напряжения) содержит различные опции для визуализации
напряженного состояния в конечно-элементной модели (см. параграф 5.5) .
5.3	Выбор шага вычисления для вывода результатов
Для вывода результатов расчетов можно воспользоваться кнопкой Open file (Открыть
файл...) на панели инструментов или выбрать опцию Open (Открыть) в подменю File
(Файл). В результате откроется окно запросчика файлов, в котором можно будет
выбрать нужный файл проекта PLAXIS (см. рис. 5.2).
Рис. 5.2. Запросчик файлов для выбора шага вычисления, для которого надо вывести
результаты
После выбора конкретного проекта в окне запросчика файлов выводится список фаз
расчета, из которого можно выбрать нужную фазу. После этого открывается новая
5-5
Справочное руководство
выходная форма с результатами последнего шага вычисления для выбранной фазы
расчета.
Если пользователь хочет выбрать промежуточный шаг вычисления, следует один раз
щелкнуть мышью по столбцу Phase (Фаза) сразу над списком фаз расчета в окне
запросчика файлов. После этого список фаз расчета превратится в список номеров
шагов вычисления, из которого пользователь может выбрать номер нужного шага.
Кроме этой опции для общего выбора выходных данных имеется альтернативная
опция, предусмотренная в программе Calculation (Расчеты) (см. параграф 4.15).
5.4	Деформации
Подменю Деформации (Deformations) содержит различные опции для визуализации
деформаций в конечно-элементной модели. По умолчанию отображаемые величины
автоматически масштабируются с коэффициентом (1, 2 или 5)10п для получения легко
читаемых графиков.
jjssssa Для изменения масштабного коэффициента можно воспользоваться кнопкой
!'i X71 i| Scale factor (Масштабный коэффициент) на панели инструментов или опцией
Scale (Масштаб) в подменю Edit (Правка). Масштабный коэффициент для
деформаций относится к опорной величине, которая задается как
определенная процентная доля от геометрических размеров. Для сравнения диаграмм
деформации для различных фаз расчета следует сделать масштабные коэффициенты
этих диаграмм одинаковыми.
Если в комбинированном окне на панели инструментов указана опция Contours
(Контуры) или Shadings (Заливка), то тогда диапазон значений отображаемой
величины может быть изменен с помощью опции Interval (Интервал) в подменю Edit
(Правка). Максимальное значение отображаемой величины фигурирует в заголовке,
выводимом под диаграммой, и может быть просмотрено путем выбора опции Title
(Заголовок) в подменю View (Вид).
5.4.1 Деформированная сетка
Опция, Деформированная сетка (Deformed mesh), представляет деформированную
сетку конечных элементов, наложенную на недеформированную геометрию системы.
Эта опция может быть выбрана в подменю Deformations (Деформации). Если требуется
посмотреть деформации в истинном (т.е. в геометрическом) масштабе, это можно
сделать с помощью опции Scale (Масштаб).
5.4.2 Полные, горизонтальные и вертикальные перемещения
Опция Полные перемещения (Total displacements) представляет полные векторные
перемещения | и | во всех узлах в конце текущего шага вычисления, отображенные на
недеформированной геометрической сетке. Кроме полных векторных перемещений
пользователь может отдельно посмотреть их горизонтальные их и вертикальные иу
составляющие. Эти опции могут быть выбраны из подменю Deformations
(Деформации). Перемещения могут быть представлены с помощью стрелок (Arrows),
5-6
PLAXIS Версия 8
Выходные данные
контуров (Contours) или заливки (Shadings) путем выбора соответствующей опции в
поле с выпадающим списком на панели инструментов.
5.4.3 Инкрементальные перемещения
Опция Полные приращения (Total increments) представляет приращения векторных
перемещений | Ди | во всех узлах, определенные для текущего шага вычисления и
отображенные на недеформированной геометрической сетке. Кроме полных векторных
приращений пользователь может отдельно посмотреть их горизонтальные Дих и
вертикальные Диу составляющие.
Эти опции могут быть выбраны из подменю Deformations (Деформации). Приращения
перемещений могут быть представлены с помощью стрелок (Arrows), контуров
(Contours) или заливки (Shadings) путем выбора соответствующей опции в поле с
выпадающим списком на панели инструментов. Контурное представление приращений
перемещений особенно удобно для обнаружения мест локализации деформаций в
грунте при пластическом разрушении.
5.4.4 Полные деформации
Опция Полные деформации (Total strains) представляет накопленные деформации
геометрической модели в точках напряжений в конце текущего шага вычисления. Эта
опция может быть выбрана из подменю Deformations (Деформации).
Полные деформации представляются в виде главных, объемных и сдвиговых
деформаций с помощью выбора соответствующей опции из соответствующего окна
панели инструментов. Объемные и сдвиговые деформации могут быть представлены в
виде контуров (Contours) или заливки (Shadings).
Главные деформации представляются в виде перекрестий в точках напряжений
элементов. При использовании 6-узловых элементов отображается только одна точка
на элемент, представляющая среднюю деформацию для трех точек напряжения этого
элемента. При использовании 15-узловых элементов отображаются только три из
двенадцати точек напряжения элемента. Длина каждой линии соответствует величине
главной деформации, а ее направление — главному направлению. Деформации,
представляющие собой относительные удлинения, изображаются обычно стрелками, а
не линиями. Обратите внимание на то, что деформации сжатия считаются
отрицательными.
5.4.5 Декартовые деформации
При выборе Cartesian strains из подменю Deformations (Деформации) дальнейший
выбор делается между индивидуальными компонентами ед и %-,,. Декартовые
компоненты деформации могут быть представлены в виде контурных линий или
заливки. Обратите внимание, что сжатие считается отрицательным.
5-7
Справочное руководство
5.4.6 Приращения деформаций
Опция Приращения деформаций {Incremental strains) представляет приращения
деформаций геометрической модели в точках напряжений, определенные для текущего
шага вычислений. Эта опция может быть выбрана из подменю Deformations
(Деформации).
Приращения деформаций представляются в виде приращений главных, объемных или
эквивалентных сдвиговых деформаций с помощью выбора соответствующей опции из
окна панели инструментов. Объемные и сдвиговые деформации могут быть
представлены в виде контуров (Contours) или заливки {Shadings).
Главные деформации представляются в виде перекрестий в точках напряжений
элементов. При использовании 6-узловых элементов отображается только одна точка в
элементе, представляющая среднюю величину приращения деформации. При
использовании 15-узловых элементов отображаются только три из двенадцати точек
напряжения элемента. Длина каждой линии соответствует величине приращения
главной деформации, а ее направление - главному направлению. Приращения
деформаций, представляющие собой относительные удлинения, изображаются обычно
стрелками, а не линиями. Обратите внимание на то, что деформации сжатия считаются
отрицательными.
5.4.7 Декартовые приращения деформаций
При выборе Cartesian strain increments из подменю Deformations дальнейший выбор
делается между индивидуальными компонентами Д£„ Лгп. и Д^у. Декартовые
компоненты приращений деформаций могут быть представлены в виде контурных
линий или заливки выбором соответствующей опции из окна панели инструментов.
Обратите внимание, что сжатие считается отрицательным.
5.5	Напряжения
Подменю Напряжения (Stresses) содержит различные опции для визуализации
напряженного состояния в конечноэлементной модели. По умолчанию отображаемые
величины автоматически масштабируются с коэффициентом (1, 2 или 5)-10п для
получения легко читаемых графиков.
Для изменения масштабного коэффициента можно воспользоваться кнопкой
Scale factor (Масштабный коэффициент) на панели инструментов или опцией
Scale (Масштаб) в подменю Edit {Правка). Масштабный коэффициент для
напряжений относится к опорной величине, которая задается как
определенная процентная доля от геометрических размеров. Для сравнения диаграмм
напряжений для различных фаз расчета следует сделать масштабные коэффициенты
этих диаграмм одинаковыми.
Если в комбинированном окне на панели инструментов указана опция Contours
(Контуры) или Shadings (Заливка), то тогда диапазон значений отображаемой
величины может быть изменен с помощью опции Interval (Интервал) в подменю Edit
(Правка). Максимальное значение отображаемой величины фигурирует в заголовке,
5-8
Plaxis Версия 8
Выходные данные
выводимом под диаграммой, и может быть просмотрено путем выбора опции Title
(Заголовок) в подменю View (Вид).
5.5.1 Эффективные напряжения
Опция Эффективные напряжения (Effective stresses) представляет эффективные
напряжения o'j в геометрической модели в конце текущего шага вычисления,
отображенные на недеформированной геометрической сетке. Эта опция может быть
выбрана из подменю Stresses (Напряжения).
По умолчанию эффективные напряжения представляются как главные напряжения,
вычисленные по декартовым компонентам. Длина каждой линии на диаграмме главных
напряжений соответствует величине главного напряжения, а ее направление - главному
направлению. Растягивающие напряжения изображаются обычно стрелками, а не
линиями. При использовании 6-узловых элементов отображается только одна точка на
элемент, представляющая среднее эффективное напряжение для трех точек напряжения
этого элемента. При использовании 15-узловых'элементов отображаются только три из
двенадцати точек напряжения элемента. В качестве альтернативы опции Principal
directions (Главные направления) пользователь может выбрать контуры (Contours) или
заливку (Shadings) для представления среднего эффективного напряжения или опцию
Relative shear stress (Относительное напряжение сдвига) в комбинированном окне.
Опция Relative shear stress (Относительное сдвиговое напряжение) дает представление
о степени близости точки напряжения к огибающей разрушения. Относительное
напряжение сдвига, т„1, определяется как:
г
шах
где г - максимальное значение напряжения сдвига (т.е. радиус круга напряжений
Мора). Параметр гт1П представляет собой максимальное значение напряжения сдвига в
случае, когда круг Мора касается огибающей разрушения Кулона при условии
постоянства промежуточного главного напряжения.
5.5.2 Полные напряжения
Опция Полные напряжения (Total stresses) представляет полные напряжения (т.е.
эффективные напряжения + активное поровое давление) в геометрической модели в
конце текущего шага вычисления, отображенные на недеформированной
геометрической сетке. Эта опция может быть выбрана из подменю Stresses
(Напряжения).
Полные напряжения представляются как главные напряжения (Principal directions),
средние напряжения (Mean) и девиаторные напряжения (Deviatoric). В качестве
альтернативы опции Principal directions (Главные направления) пользователь может
выбрать контуры (Contours) или заливку (Shadings) для представления среднего
полного напряжения или девиаторного напряжения.
Главные полные напряжения изображаются как пересечения линий в точках
напряжения элемента. Длина каждой линии соответствует величине главного
напряжения, а ее направление - главному направлению. Растягивающие напряжения
5-9
Справочное руководство
изображаются обычно стрелками, а не линиями. Обратите внимание на то, что сжатие
считается отрицательным. При использовании 6-узловых элементов отображается
только одна точка на элемент, представляющая среднее полное напряжение для трех
точек напряжения этого элемента. При использовании 15-узловых элементов
отображаются только три из двенадцати точек напряжения элемента.
5.5.3 Декартовые эффективные напряжения
При выборе Cartesian effective stresses из подменю Stresses дальнейший выбор делается
между отдельными компонентами сг’^, сг’и, , сг’„ и <у'ху. Декартовые компоненты
напряжений могут быть представлены в виде контурных линий или заливки. На рис.5.3
показано правило знаков для декартовых напряжений. Обратите внимание, что сжатие
считается отрицательным.
5.5.4 Декартовые полные напряжения
При выборе Cartesian total stresses из подменю Stresses дальнейший выбор делается
между отдельными компонентами Суу , сг„ и Декартовые компоненты
напряжений могут быть представлены в виде контурных линий или заливки. На рис.5.3
показано правило знаков для декартовых напряжений. Обратите внимание, что сжатие
считается отрицательным.
Рис.5.3 Правило знаков для напряжений
5.5.5 Коэффициент переуплотнения
Коэффициент переуплотнения (Overconsolidation ratio) вводится в том случае, если
используется модель упрочняющегося грунта (Hardening Soil model) или модель
слабого грунта с учетом ползучести (Soft Soil Creep model).
Коэффициент переуплотнения, OCR, по определению в этой опции представляет собой
отношение между изотропным напряжением предварительного уплотнения рр и
текущим изотропным эквивалентным напряжением pf
OCR = ^-,
р'"
rpg.
5-10
Plaxis Версия 8
Выходные данные
//’ = р' н-7 .	(Soft Soil Creep model)
+ ccotp'
//’ = yj(p')2 + q2/М2 (Hardening Soil model)
Коэффициент переуплотнения может быть представлен в виде контуров или заливки
выбором соответствующей опции из окна панели инструментов.
5.5.6 Пластические точки
Опция Пластические точки (Plastic points) представляет точки напряжения в
пластическом состоянии, отображенные на недеформированной геометрической сетке.
Точки пластических напряжений указываются с помощью небольших символов,
которые, в зависимости от типа пластичности, могут иметь различные формы и цвета.
Незакрашенный красный квадрат показывает, что напряжения находятся на
поверхности огибающей разрушения Кулона, сплошной белый квадрат говорит о
применении критерия усечения в области растяжения. Синий перечеркнутый квадрат
представляет состояние нормального уплотнения, при котором напряжение
предварительного уплотнения эквивалентно текущему напряженному состоянию.
Пластические точки последнего типа имеют место только при использовании моделей
слабого грунта с учетом ползучести или упрочняющегося грунта (см. Пособие по
моделям грунтов).
Пластические точки Кулона особенно удобны для проверки достаточности размера
сетки. Если зона кулоновской пластичности достигает границ сетки (за исключением
осевой линии в симметричных моделях), то это может являться признаком слишком
маленького размера сетки. В этом случае вычисления надо повторить на модели
больших размеров.
5.5.7 Активное поровое давление
Опция Активное поровое давление (Active pore pressures) представляет полное давление
воды р (т.е. установившееся поровое давление + избыточное поровое давление) в
геометрической модели в конце текущего шага вычисления, отображенное на
недеформированной геометрической сетке. Эта опция может быть выбрана из подменю
Stresses (Напряжения). По умолчанию активное поровое давление представляется так
же, как главные напряжения, хотя оно является изотропным и не имеет главного
направления. Длина линий соответствует величине порового давления, а их
направления совпадают с направлением осей х и у. Активное поровое давление,
которое является растягивающим, изображается обычно стрелками, а не линиями.
Обратите внимание на то, что давление считается отрицательным. При использовании
6-узловых элементов отображается только одна точка на элемент, представляющая
среднее поровое давление для трех точек напряжения этого элемента. При
использовании 15-узловых элементов отображаются только три из двенадцати точек
порового давления этого элемента. В качестве альтернативы опции Principal directions
(Главные направления) пользователь может выбрать в комбинированном окне контуры
(Contours) или заливку (Shadings) для представления активного порового давления.
5-11
Справочное руководство
5.5.8 Избыточное поровое давление
Опция Избыточное поровое давление (Excess pore pressures) представляет давление
воды, обусловленное нагружением не дренированных кластеров в конце текущего шага
вычисления, отображенное на недеформированной геометрической сетке. Эта опция
может быть выбрана из подменю Stresses (Напряжения). По умолчанию избыточное
поровое давление представляется так же, как главные напряжения, хотя оно является
изотропным и не имеет главного направления. Длина линий соответствует величине
порового давления, а их направления совпадают с направлением осей х и у. Избыточное
поровое давление, которое является растягивающим, изображается обычно стрелками,
а не линиями. Обратите внимание на то, что давление считается отрицательным. При
использовании 6-узловых элементов отображается только одна точка на элемент,
представляющая среднее избыточное поровое давление для трех точек напряжения
этого элемента. При использовании 15-узловых элементов отображаются только три из
двенадцати точек избыточного порового давления этого элемента. В качестве
альтернативы опции Principal directions (Главные направления) пользователь может
выбрать в комбинированном окне контуры (Contours) или заливку (Shadings) для
представления избыточного порового давления.
5.5.9 Напор грунтовых вод
Напор грунтовых вод (Groundwater head) представляет собой характеристику,
альтернативную активному давлению воды. Напор грунтовых вод рассчитывается по
следующей формуле:
h = у+—.
Г»
где у - вертикальная координата, р - активное поровое давление и - удельный вес
воды.
Опция Groundwater head (Напор грунтовых вод) может быть выбрана из подменю
Stresses (Напряжения). Эта опция представляет особенный интерес, когда поровое
давление генерируется путем расчета потока грунтовых вод или когда избыточное
поровое давление возникает в недренированных кластерах грунта.
Распределение напора грунтовых вод может быть представлено только с помощью
контуров (Contours) или заливки (Shadings).
5.5. JO Поле фильтрации
При расчете фильтрации грунтовых вод в программе Output в добавлении к
информации о распределении порового давления включается информация о расходах
воды, определенных в точках напряжения элементов. Расход может быть просмотрен
выбором опции Поле фильтрации (Flow field) из подменю Stresses (Напряжения). Поле
фильтрации может быть представлено с помощью стрелок (Arrows), контуров
(Contours) или заливки (Shadings) путем выбора соответствующей опции в поле с
выпадающим списком на панели инструментов.
5-12
Plaxis Версия 8
Выходные данные
Когда расход воды представлен с помощью стрелок, их длина указывает на величину
этого расхода, а направление - на направление фильтрационного потока.
5.5.11 Степень водонасыщения
Модуль расчета фильтрации грунтовых вод в программе PLAXIS может
использоваться для определения развития порового давления воды при
установившемся и неустановившемся течении. Определение положения депрессионной
поверхности и длины зоны высачивания является одной из главных целей расчета
неустановившейся фильтрации. В этом случае используется связь между поровым
давлением и степенью водонасыщения.
Для просмотра степени водонасыщения-грунта может быть выбрана соответствующая
опция из подменю Stresses (Напряжения). Степень водонасыщения фактически
представляет интерес только в том случае, если проводится расчет фильтрации.
Значение степени водонасыщения ниже уровня депрессионной поверхности
принимается, как правило, 100 % и уменьшается до 0 в пределах конечной зоны выше
этой поверхности.
5.6	Сооружения и интерфейсы
По умолчанию конструктивные элементы (плиты, георешетки, анкеры) и интерфейсы
отображаются в геометрической модели. Для их отображения можно воспользоваться
опцией Structures (Сооружения) в меню Geometry (Геометрия). Для получения
выходных данных по элементам этого типа следует дважды щелкнуть по нужному
элементу в геометрической модели. В результате откроется новая форма, в которой
будет показан выбранный объект. Одновременно изменится меню, в котором теперь
можно будет выбрать нужный тип выходных данных для этого объекта.
Если требуется получить в одной форме выходные данные для нескольких объектов
одного типа, следует выбрать все эти объекты (за исключением последнего), щелкнув
по каждому из них мышью при нажатой клавише <Shift>, и затем дважды щелкнуть по
последнему объекту.
5.6.1 Плиты
Выходные данные по плитам включают в себя деформации и силы. Из подменю
Deformations (Деформации) пользователь может выбрать одну из опций: Total
displacements (Полные перемещения), Horizontal displacements (Горизонтальные
перемещения) или Vertical displacements (Вертикальные перемещения)-, из подменю
Forces (Силы): опции Axial force (Осевое усилие), Shear force (Сдвигающее усилие) или
Bending moment (Изгибающий момент). Для осесимметричных моделей подменю
Forces (Силы) включает в себя также силы, действующие в боковом направлении
(окружные силы) (Hoop forces). Осевые усилия и окружные силы считаются
положительными, если они генерируют растягивающие напряжения (см. рис. 5.4).
В добавление к существующим силам, PLAXIS сохраняет значения максимальных и
минимальных сил в ходе расчетов во всех последующих этапах. Эти максимальные и
минимальные значения можно просмотреть, выбрав опцию Force envelopes из подменю
Forces.
5-13
Справочное руководство
-------------------->. — -------------------------
Рис. 5.4. Правило знаков для осевых усилий и окружных сил в плитах, георешетках и
анкерах
5.6.2 Георешетки
Выходные данные по георешеткам могут быть получены двойным щелчком по
соответствующей желтой линии в геометрической модели и представляют деформации
и силы. Из подменю Deformations (Деформации) пользователь может выбрать одну из
опций: Total displacements (Полные перемещения), Horizontal displacements
(Горизонталъные перемещения) или Vertical displacements (Вертикальные
перемещения)', из подменю Forces (Силы) - опцию Axial force (Осевое усилие).
Растягивающие усилия в георешетках считаются положительными, а сжимающие
усилия не допускаются.
5.6.3 Интерфейсы
Для получения выходных данных по интерфейсам следует дважды щелкнуть по
соответствующим пунктирным линиям в геометрической модели. Выходные данные по
интерфейсам включают в себя деформации и напряжения.
Из подменю Deformations (Деформации) пользователь может выбрать Total, Horizontal,
Vertical displacements (Полные, Горизонтальные, Вертикальные перемещения), Total,
Horizontal, Vertical increments (Полные, Горизонтальные, Вертикальные приращения),
Relative displacements (Относительные перемещения) и Relative increments
(Относительные приращения). Относительные перемещения представляют собой
дифференциальные перемещения между парами узлов.
Из подменю Stresses (Напряжения) могут быть выбраны: Effective normal stresses
(Эффективные нормальные напряжения), Shear stresses (Напряжения сдвига), Relative
Shear stresses (Относительные напряжения сдвига), Active pore pressures (Активное
поровое давление) или Excess pore pressures (Избыточное поровое давление).
Эффективные нормальные напряжения представляют собой эффективные напряжения,
перпендикулярные продольному направлению интерфейса. Относительные сдвиговые
напряжения определяются как отношения между напряжением сдвига и максимальным
значением сдвигового напряжения согласно критерию разрушения Кулона.
Обратите внимание на то, что сжатие считается отрицательным для нормальных
напряжений и порового давления.
5.6.4 Анкеры
При двойном щелчке по анкеру (межузловому или анкеру с защемленным концом)
появляется небольшое окно, в котором отображается анкерное усилие. В отличии от
входных данных для анкеров, результирующее анкерное усилие выражается как сила,
действующая на единицу ширины в боковом направлении. Максимальная сила и
5-14
PLAX1S Версия 8
Выходные данные
жесткость анкера также представлены как отнесенные на единицу ширины. Если
абсолютное значение анкерного усилия равно максимальной силе, анкер находится в
пластическом состоянии. Как показано на рис. 5.4, растягивающие усилия задаются как
положительные.
5.7	Просмотр выходных таблиц
(Числовые данные для всех видов графической выходной информации могут
быть просмотрены в табличной форме с помощью кнопки Table (Таблица) на
панели инструментов или путем выбора опции Table в меню View (Вид).
Программа откроет новую форму, в которой соответствующие величины будут
представлены в табличной форме. Одновременно изменится меню, в котором теперь
можно будет выбрать другие величины для просмотра в табличной форме.
Таблицы перемещений
Если опция Table (Таблица) выбирается при выведенной на экран диаграмме
перемещений, программа открывает табличную форму, в которой представлены
компоненты перемещений во всех узлах. Полные перемещения их и иу являются
полными перемещениями по всем предыдущим фазам расчета, а приращения
перемещений Аих и Диу определяются для текущего шага вычисления.
Таблицы напряжений и деформаций
Таблицы напряжений/деформаций в элементах грунта содержат декартовые
компоненты напряжений / деформаций во всех точках напряжений. Обратите внимание
на то, что сжатие считается отрицательным.
В столбце Status (Состояние) таблицы напряжений указывается, является ли точка
напряжения упругой (Elastic), пластичной (Plastic), точкой растяжения ((Tension),
вершиной (Apex), точкой упрочнения (Hardening) или верхней точкой (Сар). Упругая
точка — это точка напряжения, которая в данный момент не находится в состоянии
текучести (пластической деформации). Пластическая точка — это точка напряжения, в
которой круг напряжений Мора касается огибающей разрушения Кулона. Точка
растяжения - это точка напряжения, которая не выдержала растяжения в соответствии
с критерием усечения в области растяжения. Вершина — это точка напряжения, в
которой находится вершина огибающей разрушения. Точка упрочнения - это точка
напряжения, в которой напряженное состояние соответствует максимальному
достигнутому ранее углу трения (только для модели упрочняющегося грунта
(Hardening Soil)). Верхняя точка - это точка напряжения, в которой напряженное
состояние эквивалентно напряжению предварительного уплотнения, т.е.
максимальному достигнутому ранее уровню напряжений.
Таблицы узлов и точек напряжений
При выводе таблиц напряжений или деформаций меню включает подменю Geometry,
которое содержит опции для просмотра положения и количества узлов элементов и
точек напряжений. Опция точек напряжений также показывает модуль упругости Е,
сцепление с и коэффициент переуплотнения OCR. Это представляет интерес для
случаев использования моделей, в которых жесткость или сцепление увеличиваются с
глубиной, а также моделей, в которых жесткость зависит от напряжений. Таблица
показывает значения жесткости и сцепления во всех точках напряжений на данном
шаге расчетов.
5-15
Справочное руководство
Напряжения и усилия в интерфейсах и сооружениях
Таблицы напряжений в интерфейсах содержат эффективные нормальные напряжения
('</„), напряжения сдвига (os), активное поровое давление (раа„е) и избыточное поровое
давление (pexcas) во всех точках напряжения интерфейса. Таблицы усилий в балках
содержат осевые усилия (N), сдвигающие усилия (Q) и изгибающие моменты (М) в
узлах. В таблицах для георешеток представлены только силы, действующие в осевом
направлении георешетки (7Vx). Для анкеров предусмотрена таблица только одного типа,
которая открывается после двойного щелчка по анкеру в геометрической модели.
5.8	Просмотр выходных данных на разрезе
Для того, чтобы получить представление о характере распределения той или
иной величины, зачастую полезно посмотреть распределение этой величины
по линии разреза геометрической модели. Эта опция доступна в программе
PLAXIS для всех типов напряжений и перемещений в элементах грунта. Она
может быть выбрана с помощью кнопки Cross section (Разрез) на панели инструментов
или соответствующей опции в меню View (Вид). После выбора этой опции пользователь
должен задать разрез, щелкнув по одному концу линии разреза в геометрической
модели и передвинув курсор в место, где должен быть второй конец линии,
придерживая при этом кнопку мыши нажатой. Для того, чтобы получить точно
вертикальный или точно горизонтальный разрез, надо при перемещении курсора
одновременно удерживать нажатой клавишу <Shift> на клавиатуре. После того, как
кнопка мыши будет отпущена, откроется новая форма, в которой будет представлено
распределение выбранной величины вдоль указанного разреза. Одновременно
изменится меню, в котором теперь молено будет выбрать другие величины для
получения их распределения вдоль указанного разреза.
В одной и той же геометрической модели может быть построено несколько разрезов,
каждый из которых будет выведен в отдельной выходной форме. Для идентификации
различных разрезов их конечные точки маркируются буквами в алфавитном порядке.
Распределение величин на разрезе определяется путем интерполяции узловых данных
(для перемещений) или экстраполяции по точкам напряжения (для напряжений и
деформаций). В последнем случае получившиеся результаты могут быть менее точны
по сравнению с величинами в точках напряжения.
Деформации
В дополнение к горизонтальным и вертикальным составляющим перемещений и
напряжений, имеющимся в полной геометрической модели, опция Разрез (Cross
section) имеет также опции Normal strains (Нормальные деформации) и Shear strains
(Деформации сдвига). Нормальная деформация определяется как деформация,
перпендикулярная (нормальная) к линии разреза, а деформация сдвига - как
деформация сдвига вдоль линии разреза.
Напряжения
Предусмотрены различные опции для вывода эффективных и полных напряжений
вдоль линии разреза. В дополнение к декартовым компонентам эффективных и полных
напряжений, активных и избыточных поровых давлений опция позволяет определять
нормальные и сдвиговые напряжения. Нормальные напряжения (Normal stresses)
5-16
Plaxis Версия 8
Выходные данные
определяются как напряжения, перпендикулярные (нормальные) к линии разреза, а
напряжения сдвига (Shear stresses) - как напряжения сдвига вдоль линии разреза.
Обратите внимание на то, что сжатие считается отрицательным.
Интегрирование напряжений: Эквивалентная сила
Когда на поперечном разрезе представлены нормальные напряжения, программа
PLAXIS автоматически рассчитывает и показывает эквивалентную силу, которая
определяется интегралом эпюры нормальных напряжений. Величина и координаты
положения этой силы выводятся в заголовке рисунка.
5.9	Просмотр прочих данных
Меню View (Вид) имеет опции для вывода общих данных о модели (General info —
Общая информация) и свойствах всех материалов (Material info - Информация о
материалах). Кроме того, с помощью опии Calculation info (Информация о расчетах)
можно вывести некоторые общие данные, относящиеся к процессу вычисления.
5.9.1 Общая информация о проекте
Опция General info (Общая информация) в подменю View (Вид) позволяет вывести
некоторые общие данные о проекте (название файла, директория, заголовок), о модели
(плоская деформация или осесимметричная) и о конечно-элементной сетке (тип
элементов, количество элементов, узлов, точек напряжений, средний размер элемента).
5.9.2 Данные о материалах
Свойства материалов и параметры модели могут быть выведены с помощью опции
Material info (Информация о материалах) в подменю View (Вид). Пользователь может
выбрать один из четырех типов наборов данных: грунт и интерфейсы (Soil and
interfaces), плиты (Plates), георешетки (Geogrids) и анкеры (Anchors). Наборы данных
внутри опции Soil and interfaces разбиты по вкладкам в соответствии с моделями
материалов. Для отправки данных на принтер следует нажать кнопку <Print> (Печать).
5.9.3 Коэффициенты и расчетные параметры
При выборе опции Calculation info (Информация о расчетах) в меню View (Вид),
открывается окно, в котором представлены коэффициенты нагрузки и различные
расчетные параметры, соответствующие концу шага вычисления.
На вкладке Multipliers (Коэффициенты) показано состояние процесса нагружения,
включая значения полных и инкрементальных коэффициентов нагрузки.
Инкрементальные коэффициенты дают приращение нагрузки на текущем шаге, а
полные - полную нагрузку в конце текущего шага. Значения отдельных коэффициентов
рассмотрены в параграфе 4.8. На вкладке показаны также такие параметры, как
Extrapolation factor (Экстраполяционный коэффициент) и Relative stiffness
(Относительная жесткость). Первая из этих двух величин дает результирующий
экстраполяционный коэффициент, связывающий текущий этап нагружения с
предыдущим в случае, если нагрузка переходит из одного этапа в другой (см. параграф
4.6.1). Вторая величина служит индикатором значимости пластичности в грунте. При
5-17
Справочное руководство
нагружении слоя грунта до состояния разрушения эта величина постепенно
уменьшается от 1.0 (упругость) до нуля (разрушение).
На вкладке Additional info (Дополнительная информация) показано состояние этапа
строительства и силы, действующие на границах с заданными ненулевыми
перемещениями. Параметр ХМагеа в групповом блоке Staged construction (Поэтапное
строительство) указывает долю общей площади активных в настоящее время
кластеров грунта, а инкрементальный параметр Магеа - пропорциональное
приращение этой площади, используемое на текущем шаге. Параметр XMstage
указывает долю уже законченных этапов строительства, а инкрементальный параметр
Mstage — их пропорциональное приращение, используемое на текущем шаге (см. также
параграфы 4.7 и 4.8.2).
В групповом блоке Forces (Силы) указаны значения параметров Force-X (составляющая
силы в направлении х, обусловленная ненулевыми перемещениями границы) и Force-У
(составляющая силы в направлении у). Кроме того, при использовании кластеров не
дренированного грунта в поле Consolidation (Уплотнение) будет показано
максимальное значение избыточного порового давления, достигнутое на текущем шаге.
На вкладке Step info (Информация о шаге вычисления) дается информация об
итерационном процессе на текущем шаге вычисления. Значение этого параметра
рассмотрено в параграфе 4.6.1.
5.9.4 Общее изображение
Общее изображение (Connectivity plot) представляет сетку, на которой четко показаны
связи между элементами. Эта опция особенно полезна, когда сетка включает в себя
интерфейсные элементы. Интерфейсные элементы состоят из спаренных узлов,
имеющих одинаковые координаты. Однако в этом случае спаренные узлы рисуются на
определенном расстоянии друг от друга так, чтобы сделать очевидными их связи с
соседними элементами.
Например, можно увидеть, что когда интерфейс находится между двумя элементами
грунта, эти элементы не имеют общих узлов и связь между ними обеспечивается только
интерфейсом. В ситуациях, когда интерфейсы находятся по обе стороны от балки,
последняя не имеет общих узлов с соседними элементами грунта. Связь между балкой
и грунтом обеспечивается интерфейсами, что также молено увидеть, используя опцию
Connectivity plot.
5.9.5 Усадка
Когда в обделке кругового туннеля имеет место усадка, ее значение, полученное
конечно-элементным расчетом может незначительно отличаться от входного значения,
заданного в режиме поэтапного строительства. После двойного щелчка по обделке
кругового туннеля показываются Полная достигнутая усадка (Total realised
contraction) и Приращение достигнутой усадки (Realised contraction increment).
Величина полной достигнутой усадки определяется как:
Полная достигнутая усадка — (первоначальная площадь туннеля - площадь туннеля на текущем шаге)
/ первоначальная площадь туннеля
5-18
Plaxis Версия 8
Выходные данные
Обратите внимание, что полная достигнутая усадка обычно немного меньше, чем
вводимое значение, поскольку усадка обделки уменьшается за счет жесткости
окружающего скелета грунта. Для относительно жесткой (по отношению к
окружающему грунту) обделки полная достигнутая усадка будет лишь незначительно
меньше. Для относительно гибких обделок различие становится более существенным.
Если полная достигнутая усадка оказывается слишком низкой, необходимо несколько
увеличить вводимую величину на соответствующем этапе расчетов и затем повторить
расчет.
5.9.6 Обзор возможностей просмотра
Программа располагает рядом возможностей для улучшенного просмотра конечно-
элементной модели. Обзор этих возможностей приведен ниже.
Увеличение изображения
Чтобы увеличить часть модели для подробного просмотра, может быть использована
опция увеличения (Zoom) из подменю View (вид). После выборов этой опции,
увеличиваемое пространство (прямоугольное пространство на экране) должно быть
выбрано мышью. Опция увеличения может использоваться повторно.
Просмотр конструкционных объектов
Конечные результаты расчетов конструкционных объектов могут быть просмотрены
более детально, дважды щелкнув по желаемому объекту в геометрической модели.
Просмотр поперечного разреза
Пользователь может задать поперечный разрез для просмотра конечных результатов
путем выбора опции поперечного разреза в подменю «View» (вид).
Изменение интенсивности цвета набора данных материала
Данные по материалу могут появляться в трех различных степенях цветовой
интенсивности. Для увеличения интенсивности всех установленных цветов,
пользователь может нажать на клавиатуре одновременно «Ctrl» «Alt» «С».
5.10	Создание отчета
Для документирования результатов расчетов и вводимых данных проекта в
д® программе Output имеется опция Создания отчета (Report Generation). Эта
= опция, требующая присутствия Microsoft Word, может быть выбрана из подменю
«File» или щелчком по соответствующей кнопке на панели инструментов. При этом
появляется окно «Report generation», в котором можно выбрать проектные данные для
включения в отчет.
5-19
Справочное руководство
Рис. 5.5 Окно «Report generation»
По умолчанию появляются различные группы параметров, которые могут быть
выбраны из дерева «View» (вид). Группы и индивидуальные параметры, выбираемые
для включения в отчет, помечаются закрашенным черным квадратом, а невыбранные
параметры отмечаются пустым квадратом. Щелчком по квадрату параметры из
выбранных могут быть перемещены в невыбранные и наоборот. Щелчком по значку (+)
перед группой обеспечивается индивидуальный просмотр параметров.
Группа кнопок Select (Выбор) позволяет в дальнейшем выбирать этапы расчетов
(Phases), кривые (Curves), конструкции (Structures), поперечные разрезы (Cross
sections). Опция Phases позволяет осуществлять выбор из всех представленных этапов
проведенных расчетов. Опция Curves позволяет выбрать кривую из уже существующих
сохраненных кривых. Опция Structures позволяет выбирать плиты, георешетки или
интерфейсы, которые отображаются в отдельно появляющихся окнах. Опция Cross
sections позволяет выбирать из сохраненных поперечных разрезов. Чтобы включить
выходные данные структур или поперечных разрезов в отчет, необходимо сначала
показать желаемую структуру или поперечный разрез в отдельно появляющихся окнах.
После выбора всех желаемых элементов, кнопка Contents view (Просмотр содержания)
может быть нажата для просмотра содержания создаваемого отчета. Для
восстановления выбранных и невыбранных параметров может быть использована
5-20
Plaxis Версия 8
Выходные данные
кнопка Tree view (Дерево вида), при этом сохраняется возможность изменения текущих
выбранных параметров.
При успешном выборе всех элементов для дальнейшего производства отчета должна
быть нажата кнопка Start (Начало). В результате запустится программа Microsoft Word
и отчет будет создан как отдельный документ Word, который может быть распечатан
или включен в другой документ. Для получения более детальной информации по
использованию программы Microsoft Word следует обращаться к соответствующей
обучающей программе.
По умолчанию в отчет включаются графики в виде метафайлов. Кнопка Settings
(Установки) может быть использована для выбора формата графиков или для
изменения существующих размеров шрифта.
5.11	Экспорт данных
Выведенные в выходных формах данные могут быть экспортированы в другие
программы с помощью буфера обмена Windows. Эта опция может быть активирована с
помощью кнопки Сору (Копировать) на панели инструментов или опции Сору
(Копировать) в меню Edit (Правка). Диаграммы экспортируются таким образом, что
при вставке их из буфера обмена в графическую программу или текстовый редактор
они выглядят как рисунки. Табличные данные экспортируются так, что при вставке их
из буфера обмена в программу табличных вычислений они занимают разные ячейки.
Дополнительно к экспорту данных можно получить печатные копии графиков и
таблиц, послав данные на внешнее выходное устройство (принтер). После того, как
пользователь щелкнет по кнопке Print (Печать...) или выберет соответствующую
опцию в меню File (Файл), появится окно печати, в котором можно будет выбрать
различные компоненты графика или таблицы, которые должны быть включены в
печатную копию. Кроме того, в рамке, окружающей рисунок, представлена основная
относящаяся к нему информация. Здесь можно указать название проекта и дать его
краткое описание для отображения на печатной копии. При нажатии на кнопку <Setup>
открывается стандартное окно конфигурации принтера, в котором можно по
необходимости изменить его настройки.
После нажатия на кнопку <Print> (Печать) рисунок посылается на принтер. Этот
процесс полностью выполняется операционной системой Windows. Более подробно об
установке принтеров или других выходных устройств см. в соответствующих
Руководствах.
При использовании опции Copy to clipboard (Копировать в буфер обмена) или Print
(Печать...) для рисунка, на котором показана часть модели в увеличенном масштабе, в
буфер обмена или на принтер попадет только видимая на экране часть рисунка.
5-21

Кривые зависимости перемещений от нагрузки
6	Кривые зависимости перемещения от нагрузки и
траектории напряжений
Программа Curves (Кривые) может использоваться для построения кривых зависимости
перемещения от нагрузки или от времени, диаграмм напряжений-деформаций и
траекторий напряжений для заранее выбранных точек геометрической модели. Эти
кривые позволяют проследить развитие соответствующих величин на разных фазах
расчета, что дает представление об общем и локальном поведении грунта. Точки, для
которых генерируются кривые, должны быть выбраны с помощью опции Select points
for curves (Выбрать точки для кривых) в программе Calculations (Расчеты) до начала
процесса вычисления (см. параграф 4.12). Программа различает узлы и точки
напряжения (см. рис. 3.4). В целом, узлы используются для генерации кривых
зависимости перемещения от нагрузки, а точки напряжения - для диаграмм
напряжений-деформаций и траекторий напряжений. Пользователь может выбрать до 10
узлов и 10 точек напряжения. В ходе вычислений информация, относящаяся к этим
точкам, хранится в файлах данных по кривым и используется для генерации кривых.
Невозможно сгенерировать кривые для точек, которые не были выбраны заранее, т.к.
необходимая для них информация будет отсутствовать в файлах данных по кривым.
6.1	Программа curves (кривые)
Эта иконка представляет программу Curves (Кривые), которая имеет все
необходимые средства для генерации кривых зависимости перемещения от нагрузки,
траекторий напряжений и диаграмм напряжений-деформаций. В начале программы
пользователь должен выбрать между работой с существующей диаграммой и
созданием новой диаграммы. При выборе опции New chart (Новая диаграмма) появится
окно Curve generation (Генерация кривых), в котором можно задать параметры для
генерации кривой (см. параграф 6.3). При выборе опции Existing chart (Существующая
диаграмма) откроется окно для быстрого выбора одной их четырех последних
диаграмм. Если нужная вам диаграмма отсутствует в списке, можно воспользоваться
опцией <«More files»> (Пролистать файлы...). На экране появится общий
запросчик файлов, позволяющий пользователю просмотреть все доступные директории
и выбрать нужный файл диаграмм PLAXIS (*.G## где ## - любой номер между 00 и 99).
После выбора существующего проекта в главном окне откроется соответствующая
диаграмма. Главное окно программы Curves (Кривые) содержит следующие элементы
(см. рис. 6.1):
S a? в ь н «а а щ ч is в. В
Рис. 6.1. Панель инструментов главного окна программы Curves (Кривые)
Меню Curves (Кривые):
Меню Curves (Кривые) содержит все опции и рабочие средства программы Curves.
Некоторые из опций этого меню доступны также в виде кнопок на панели
инструментов.
6-1
Справочное руководство
Окна диаграмм:
В этих окнах выводятся диаграммы. Программа позволяет открыть одновременно
несколько выходных форм с диаграммами, содержащими каждая до 10 кривых.
Панель инструментов:
Панель инструментов содержит кнопки, которые используются в качестве "быстрых
клавиш" для различных опций меню.
6.2	Меню curves (кривые)
Меню Curves содержит следующие подменю:
Подменю File (Файл):
New (Создать...)	Для создания новой диаграммы. Опция открывает окно запросчика файлов.
Open (Открыть...)	Для открытия существующей диаграммы. Опция открывает окно запросчика файлов.
Save (Сохранить)	Для сохранения текущей диаграммы под существующим именем. Если диаграмма еще не имеет имени, будет открыто окно запросчика файлов.
Close (Закрыть)	Для закрытия активного окна диаграмм.
Add curve (Добавить кривую)	Для добавления новых кривых в существующую диаграмму (см. параграф 6.4).
Print (Печать...)	Для вывода активной диаграммы на выбранный принтер. Опция открывает окно печати.
Work directory (Рабочая директория)	Для задания директории, в которой будут храниться файлы кривых.
(recent charts) (последние диаграммы)	Для быстрого открытия одной из четырех последних редактировавшихся диаграмм.
Exit (Выход) Подменю Edit (Правка): Сору (Копировать)	Для выхода из программы. Для копирования текущей диаграммы в буфер обмена Windows®.
Подменю Format (Формат): Curves (Кривые)	Для изменения формы представления или повторной генерации кривых в текущем окне диаграмм (см. параграф 6.6.1) .
Frame (Рамка вида)	Для изменения представления рамки вида (осей и сетки) в текущем окне диаграмм (см. параграф 6.6.2).
Подменю View (Вид):
6-2
Plaxis Версия 8
Кривые зависимости перемещении от нагрузки
Zoom in (Увеличить)
Zoom out (Уменьшить)
Reset view (Восстановить вид)
Table (Таблица)
Legend (Условные обозначения)
Value indication (Показ значений)
Увеличение масштаба изображения для его
более детального просмотра. После выбора
этой функции необходимо с помощью мыши
указать область, для которой должен быть
увеличен масштаб. Для этого разместите
курсор в углу выделяемой области и нажмите
левую кнопку мыши. Удерживая кнопку
нажатой, переместите курсор к
противоположному углу выделяемой области и
затем отпустите кнопку. Программа
соответствующим образом увеличит масштаб
представления изображения по осям. Экранное
увеличение изображения можно
последовательно производить до тех пор, пока
вы не достигнете нужной степени детализации.
Восстановление предыдущего масштаба
изображения (имевшего место до последнего
увеличения масштаба)..
Для возвращения к первоначальному виду
чертежного поля.
Для просмотра таблицы численных значений
всех точек кривых.
Для просмотра условных обозначений для
текущей диаграммы. Обозначения и цвета
линий в блоке условных обозначений
соответствуют обозначениям и цветам кривых.
Чтобы просмотреть данные по кривой
необходимо курсор (указатель мыши) навести
на кривую.
6.3	Создание кривых
Для генерации новой кривой необходимо запустить программу Curves (Кривые) или
выбрать опцию New (Создать...) в меню File (Файл). В результате появится окно
запросчика файлов, в котором необходимо выбрать проект, для которого будет
генерироваться кривая. После выбора проекта появляется окно генерации кривых
(Curve generation), показанное на рис. 6.2.
Окно делится на два одинаковых блока: один для оси х и второй для оси у. В целом, ось
х соответствует горизонтальной оси, а ось у - вертикальной. Однако, это можно
изменить с помощью опции Exchange axes (Поменять местами оси) в окне Frame
settings (Настройки рамки вида) (см. параграф 6.6.2). Для каждой из осей необходимо
выбрать соответствующие опции, определяющие, какая величина будет отложена по
этой оси. Опция «Invert sign» (перемещение знака) может быть выбрана, чтобы
размножить все значения х или у координат. Эта опция может быть использована,
6-3
Справочное руководство
например, чтобы вычерчивать напряжения (которые обычно отрицательные) как
положительные величины.
Комбинации зависящих от шага вычисления значений величин, откладываемых по
осям х и у, образуют точки генерируемой кривой. Количество точек кривой
соответствует количеству шагов вычисления плюс один. Первая точка кривой
(соответствующая шагу 0) нумеруется 1. После задания обеих величин и нажатия
кнопки <ОК> программа генерирует кривую и выводит ее в окне диаграмм.
Рис. 6.2 Окно Curve generation [Ггнерация кривых)
Кривые зависимости перемещения от нагрузки
Кривые зависимости перемещения от нагрузки могут быть использованы для
визуализации зависимости между приложенной нагрузкой и результирующим
перемещением определенной точки в геометрии. В целом, ось х относится к
перемещениям конкретных узлов (Displacement - Перемещение), а ось у содержит
данные, относящиеся к уровню нагрузки (Multipliers - Коэффициенты). Программа
может строить и кривые других типов.
Выбор опции Displacement (Перемещение) должен быть дополнен выбором
предварительно заданного узла в комбинированном окне Point (Точка) и составляющей
перемещения в комбинированном окне Туре (Тип). Под типом перемещения понимается
длина вектора перемещения (I u I) или одной единичной составляющей перемещения (-
их или -чу). Перемещения выражаются в единицах длины, заданных в окне General
settings (Общие настройки) программы Input (Ввод данных).
Выбор опции Multiplier (Коэффициент) должен быть дополнен выбором требуемой
системы нагрузок, представленной соответствующим коэффициентом в
комбинированном окне Туре (Тип). Описание различных коэффициентов приведено в
параграфе 4.8. Т.к. активация системы нагрузок не связана с какой-либо конкретной
точкой в геометрической модели, выбор точки (Point) в данном случае смысла не
имеет. Обратите внимание на то, что "нагрузка" не выражается в единицах напряжений
6-4
Plaxis Версия 8
Кривые зависимости перемещений от нагрузки
или силы. Для того, чтобы получить фактическую величину нагрузки, следует
полученное значение умножить на входную нагрузку, заданную в методе Staged
Construction (поэтапное строительство).
Еще одной величиной, которая может быть представлена в виде кривой, является
избыточное поровое давление (Excess pore pressure). Выбор опции Excess pore pressure
должен быть дополнен выбором предварительно заданного узла в комбинированном
окне Point (Точка). Комбинированное окно Туре (Тип) в данном случае не имеет
смысла. Избыточное поровое давление выражается в единицах напряжений.
Если в вычислениях используются ненулевые предварительно заданные перемещения,
силы реакции на эти перемещения в направлении х и у рассчитываются и записываются
как выходные параметры. Эти составляющие силы могут использоваться и в кривых
зависимости перемещения от нагрузки при выборе опции Force (Сила) .
Выбор опции Force (Сила) должен быть дополнен выбором требуемой составляющей
силы (Force-X или Force-X) в комбинированном окне Туре (Тип). В простых
напряженных моделях (Force) сила выражается в единицах силы на единицу площади в
задачах плоской деформации. В осесиметричных моделях Force (сила) выражается в
единицах силы на радиан. Следовательно, чтобы вычислить общую силу реакции под
круглым фундаментом, которая соответствует заданным перемещениям, значение
Force-Y должно быть умножено па 2л .
Кривые зависимости перемещения от времени
Кривые зависимости перемещения от времени могут оказаться полезными при
интерпретации результатов расчетов, в которых важную роль играет зависящее от
времени поведение грунта (расчет консолидации). В этом случае опция Time (Время)
обычно выбирается для оси х, а по оси у откладываются данные по перемещению
заданного узла. Выбор опции Time обычно не требует дополнительного выбора
параметров в комбинированных окнах Point (Точка) и Туре (Тип). Time (Время)
выражается в единицах времени, заданных в окне General settings (Общие настройки)
программы Input (Ввод данных).
Диаграммы напряжений-деформаций
Диаграммы напряжений-деформаций могут быть использованы для визуального
представления локальной деформативности грунта. Фактически, диаграммы
напряжений-деформаций отображают идеализированное поведение грунта в
соответствии с выбранной моделью. Выбор опции Stress (Напряжения) или Strain
(Деформация) должен быть дополнен выбором предварительно заданной точки
напряжения в комбинированном окне Point (Точка) и нужной компоненты в
комбинированном окне Туре (Тип). Доступны следующие составляющие напряжений и
деформаций:
Напряжения:
о и — эффективное горизонтальное напряжение (направление х)
а 'уу—эффективное вертикальное напряжение (направление у)
а'=- эффективное поперечное напряжение в задаче плоской деформации в
направлении z; в осесиметричной- радиальное
6-5
Справочное руководство
Ох? - напряжение при сдвиге
сг'1 - наибольшее по абсолютной величине эффективное главное напряжение
с'г - промежуточное главное напряжение
ст'з - наименьшее по абсолютной величине эффективное главное напряжение
р - изотропное эффективное напряжение (среднее эффективное напряжение)
q - разность главных напряжений (эквивалентное сдвиговое напряжение)
Pexcess - избыточное поровое давление
Деформации:
Ехх - горизонтальная деформация (направление х)
Еуу - вертикальная деформация (направление у)
Уху - деформация при сдвиге
еи - поперечная деформация в задаче плоской деформации ezz = 0; в
осесимметричной задаче в направлении 6)
Ei - наибольшая по абсолютной величине главная деформация
Ег - вторая главная деформация
Ез - третья главная деформация
ev - относительная объемная деформация
Eq - разность главных деформаций (эквивалентная сдвиговая деформация)
Определения компонент напряжений и деформаций даны в Научном руководстве.
Выражение "по абсолютной величине", встречающееся в определении главных
компонент, добавлено здесь потому, что в целом нормальные компоненты напряжений
и деформаций являются отрицательными, (сжатие является отрицательным). Обратите
внимание на то, что разности компонент напряжений и деформаций всегда являются
положительными. Изотропное напряжение в том виде, в котором оно определено в
программе PLAXIS, при сжатии является положительным, а относительная объемная
деформация - отрицательной. Компоненты напряжения выражаются в единицах
напряжения, деформации являются безразмерными.
Траектории напряжений и деформаций
Траектория напряжения представляет процесс развития напряженного состояния в
локальной точке геометрической модели. Аналогичным образом, траектория
деформации представляет процесс развития деформации. Эти типы кривых полезны
при анализе локального поведения грунта. Т.к. поведение грунта зависит от
напряжений, а модели грунта учитывают не все аспекты этой зависимости, траектории
напряжений могут использоваться для обоснования ранее выбранных модельных
параметров. Для генерации траекторий напряжений и деформаций можно
воспользоваться указанными выше компонентами напряжений и деформаций.
6-6
Plaxis Версия 8
Кривые зависимости перемещении от нагрузки
6.4	Наборы кривых на одной диаграмме
С Часто оказывается полезным сравнить развитие перемещений или напряжений в
различных точках геометрической модели или даже для различных моделей или
проектов. Программа PLAXIS позволяет генерировать максимум до 10 кривых на
одной и той же диаграмме. После генерации первой кривой можно воспользоваться
опцией Add curve (Добавление кривых) для генерации новой кривой на той же
диаграмме. Эта опция может быть выбрана, нажав на кнопку Add curve на панели
инструментов или выбрать соответствующую опцию из подменю File (Файл).
Вдобавок, выбор должен быть сделан, для того чтобы точно определить, расположена
ли кривая в Current project (текущий проект) или в Another project (другой проект). В
последнем случае, проект может быть выбран, используя поиск файлов.
Процедура Add curve (добавление кривых) аналогична той, которая запускается с
помощью опции New (Создать...) (см. параграф 6.3). Однако, когда дело доходит до
фактической генерации кривой, программа накладывает ряд. ограничений на выбор
данных, которые могут быть представлены по осям х и у. Это делается для того, чтобы
новые данные согласовывались с данными существующей кривой или кривых.
6.5	Регенерация кривых
Если, по любой причине, процесс вычисления повторяется или продолжается с новыми
расчетными фазами, обычно желательно скорректировать существующие кривые для
того, чтобы они соответствовали новым данным. Это делается с помощью опции
Regenerate (Регенерировать), которая может быть выбрана в окне Curve settings
(Настройки кривых) (см. параграф 6.6.1). Для вывода этого окна следует нажать кнопку
Change curve settings (Изменить настройки кривых) на панели инструментов или
запустить опцию Curves (Кривые) в подменю Format (Формат). После того, как
пользователь щелкнет по кнопке <Regenerate> (Регенерировать), появится окно Curve
generation (Ггнерация кривых), показывающее текущие настройки для осей х и у. Для
того, чтобы регенерировать кривую с учетом новых данных, достаточно нажать кнопку
<ОК>. Следующее нажатие кнопки <ОК> приведет к закрытию окна Curve settings
(Настройки кривых) и от ображению на экране регенерированной кривой.
При выводе на одной диаграмме нескольких кривых функцию Regenerate
(Регенерировать) следует использовать для каждой из них по отдельности.
Функция Regenerate может быть также использована для изменения величин,
выводимых по оси х или у.
6.6	Опции форматирования
Пользователь может по необходимости настроить схему расположения и форму
представления кривых и диаграмм с помощью опций меню Format (Формат).
Программа различает настройки кривых (Curve) и рамки вида (Frame). Опция Curves
(Кривые) используется для изменения формы представления кривых, а опция Frame
(Рамка вида) - для задания рамки вида и осей, в которых будут показаны кривые.
6-7
Справочное руководство
6.6.1 Настройки кривых
т—:—I Опция настройки кривых (Curve) может быть выбрана в меню Format
Трр I (Формат) или с помощью кнопки Curve settings (Настройки кривых) на
' • I панели инструментов. В результате на экран будет выведено окно Curve
settings (Настройки кривых), показанное на рис. 6.3. Это окно содержит ряд
закладок с одинаковыми опциями: по одной вкладке для каждой из кривых,
представленных на диаграмме.
Если настройки были заданы правильно, пользователь может нажать кнопку <ОК> для
их активации и закрытия окна настроек. Вместо этого можно нажать кнопку <Арр1у>
(Применить). В этом случае настройки будут активированы, но окно не закроется. При
нажатии кнопки <Сапсе1> (Отменить) программа не будет учитывать изменения,
внесенные в настройки.
Рис. 6.3. Окно Curve settings (Настройки кривых)
Title (Название):
Название по умолчанию присваивается каждой кривой при ее генерации. Это название
может быть изменено в поле редактирования Curve title (Название кривой). Если в
главном окне будут выведены условные обозначения для активной диаграммы, в них
будет фигурировать название кривой (Curve title).
Show curve (Представление кривой):
Если на одной диаграмме выведено несколько кривых, может оказаться полезным
временно скрыть одну или несколько из них для того, чтобы сфокусировать внимание
на остальных. Для этой цели можно воспользоваться опцией «Show curve»
(Представление кривой).
6-8
Plaxis Версия 8
Кривые зависимости перемещений от нагрузки
Phases (Фазы):
Кнопка Phases может использоваться в выборе, с какой стадии расчета генерируется
кривая. Эта опция полезна, когда не все вычислительные стадии были заключены в
кривых. Например, когда напротив составляющей смещения печатается развертывание
множителя ХМа для определения коэффициента безопасности, тогда только phi-c
уменьшает расчетные фазы существенно. Тогда может быть использована опция Phases
(Фазы) для выбора другой расчетной стадии.
Lines a Markers (Линии и Маркеры):
Программа предоставляет целый ряд опций для настройки формы представления линий
и маркеров кривых.
Fitting (Сглаживание):
Для построения гладкой кривой можно воспользоваться опцией Fitting (Сглаживание).
После выбора этой опции можно указать тип сглаживания (комбинированное окно Туре
- Тип). Наиболее удовлетворительные результаты обычно получаются при
аппроксимации с помощью сплайн-функций (Spline), однако, в качестве варианта,
можно подогнать кривую к полиномиальной зависимости методом наименьших
квадратов.
Regenerate (Регенерировать):
Кнопка <Regenerate> (Регенерировать) может использоваться для регенерации ранее
построенных кривых для того, чтобы они соответствовали новым данным (см. параграф
6.5).
Add curve (Добавление кривых):
Кнопка Add curve Может использоваться для добавления новой кривой в текущею
диаграмму (см. параграф 6.4).
Delete (Удалить):
Если на одной диаграмме выведено несколько кривых, можно воспользоваться кнопкой
<Delete> (Удалить) для стирания тех из них, которые не нужны.
6.6.2 Настройки рамки вида
'	Опция Frame (Настройки рамки вида) относится к форме представления
.	рамки вида и осей на диаграмме. Эта опция может быть выбрана в меню
[ Format (Формат) или с помощью кнопки Frame settings (Настройки рамки
вида) на панели инструментов. В результате на экран будет выведено окно
Frame settings (Настройки рамки вида), представлено на рис. 6.4.
6-9
Справочное руководство
Рис. 6.4. Окно Frame settings (Настройки решки вида)
Если настройки были заданы правильно, пользователь может нажать кнопку <ОК> для
их активации и закрытия окна настроек. Вместо этого можно нажать кнопку <Арр1у>
(Применить). В этом случае настройки будут активированы, но окно не закроется. При
нажатии кнопки <Сапсе1> (Отменить) программа не будет учитывать изменения,
внесенные в настройки.
Title (Название):
По умолчанию название осям х и у присваивается по той величине, которая была
выбрана для генерации кривой. Однако, это название может быть изменено в поле
редактирования Title (Название) соответствующего группового блока. Кроме того,
можно присвоить название диаграмме в целом, указав его в поле редактирования Chart
title (Название диаграммы). Не следует путать это название с названием кривой (Curve
title) (см. параграф 6.6.1).
Scaling (Масштабирование осей х и у):
По умолчанию программа автоматически масштабирует диапазоны значений,
указанных по осям хну, однако пользователь может выбрать опцию Manual (Ручная
настройка) и ввести требуемые значения в полях редактирования Minimum (Минимум)
и Maximum (Максимум). В результате, данные, выходящие за указанный диапазон, не
будут показаны на графике. Кроме того, с помощью флаговой кнопки Logarithmic
(Логарифмический масштаб) можно отложить данные по оси х и/или у в
логарифмическом масштабе. Использование логарифмической шкалы возможно только
в том случае, если все значения по соответствующей оси (в заданном диапазоне)
являются положительными.
6-10
Plaxis Версия 8
Кривые зависимости перемещений от нагрузки
Grid (Сетка):
Линии сетки могут быть добавлены к графику с помощью опций Horizontal grid
(Горизонтальная сетка) или Vertical grid (Вертикальная сетка). Для настройки линий
сетки можно воспользоваться опциями Style (Стиль) и Colour (Цвет).
Orthonormal axes (Ортонормальные оси):
Опция Orthonormal axes (Ортонормальные оси) может быть использована для задания
одинакового масштаба для осей х и у. Эта опция особенно полезна, когда по осям х и у
отложены значения сходных величин (например, при построении траектории
напряжений или эпюр деформаций).
Exchange axes (Поменять оси):
Опция Exchange axes (Поменять оси) может быть использована для того, чтобы
поменять местами оси х и у вместе с отложенными по ним величинами. В результате
такой перестановки осьх станет вертикальной осью, а ось у - горизонтальной.
Flip horizontal или Flip vertical (Перевернуть горизонтальную или вертикальную
ось):
Выбор опции Flip horizontal (Перевернуть горизонтальную ось) или Flip vertical
(Перевернуть вертикальную ось) приведет к обратному направлению горизонтальных
или вертикальных осей. Эта опция особенно удобна при построении траекторий
напряжений или диаграмм напряжений-деформаций, т.к. напряжения и деформации
являются обычно отрицательными.
6.7	Просмотр условных обозначений
По умолчанию условные обозначения выводятся с правой стороны каждого окна
кривых. В условных обозначениях дается краткое описание данных, представленных на
соответствующей кривой. Это описание включает в себя название кривой Curve title,
которое автоматически генерируется на основе выбранной величины из
представленных по осям х и у. Название кривой можно изменить в окне Curve settings
(Настройки кривых). Условные обозначения могут быть активированы или
(де)активированы в меню View (Вид). Формат условных обозначений может изменяться
с помощью мыши.
6.8	Просмотр таблицы
Численные данные, представленные с помощью кривых, могут быть просмотрены в
таблице. Для запуска таблицы можно воспользоваться кнопкой Table (Таблица) на
панели инструментов или выбрать соответствующую опцию в меню View (Вид). В
выведенной на экран таблице будут представлены численные значения всех точек
кривой (кривых) на текущей диаграмме. Чтобы отобразилась желаемая кривая, её
нужно выбрать в комбинированном окне над таблицей. В меню Table (Таблица)
имеются опции для распечатки таблицы и копирования всех или выбранных данных в
буфер обмена Windows. Скопированные данные могут быть внесены в программу
расширенных таблиц для дальнейшего уточнения.
6-11
Справочное руководство
Редактирование кривых
В отличии от программы Output (Вывод данных) программа Curves (Кривые) позволяет
пользователю редактировать представленные в табличной форме значения точек
кривых. После выбора соответствующей кривой из комбинированного окна, можно
вставлять или удалять точки или изменять значения кривой. Эти опции можно выбрать
из меню, которое открывается после нажатия на правую кнопку мыши при активном
окне Table (Таблица). Использование опции Insert (Вставить) позволяет получить
новое начало координат (нулевые значения х и у) в текущей позиции курсора. Значения
точек могут быть изменены при преобразовании новых значений вместо
существующих значений. Использование опции Delete (Удалить) приводит к удалению
обоих значений (как х, так и у), так что соответствующая точка просто исчезает с
кривой.
Редактирование кривых зависимости перемещения от нагрузки часто требуется в тех
случаях, когда для генерации начальных напряжений для проекта используются
гравитационные нагрузки. В качестве примера связанных с этим процедур можно
рассмотреть проект подъема насыпи, проиллюстрированный на рис. 6.5.
Рис. 6.5. Подъем насыпи
В этом примере грунт должен быть отсыпан на существующую насыпь для того, чтобы
увеличить ее высоту. Цель расчета состоит в том, чтобы определить перемещение
точки А по мере увеличения высоты насыпи. Один из подходов к решению этой задачи
состоит в том, чтобы построить сетку для окончательной насыпи и затем
деактивировать кластеры, относящиеся к добавленному слою грунта,
воспользовавшись для этого опцией Initial geometry configuration (Начальная
геометрическая конфигурация) программы Input (Ввод данных).
Альтернативный подход состоит в том, чтобы сгенерировать начальные напряжения
для проекта, т.е. напряжения для случая, когда исходная насыпь уже построена, но
новый материал еще не отсыпан. Это делается с помощью процедуры гравитационного
нагружения, в которой собственный вес грунта прикладывается путем постепенного
увеличения DMweight от нуля до 1.0 при проведении расчета пластического состояния
(Plastic) используя Total multipliers (Целый множитель) как Loading input (Ввод
нагрузки).
6-12
Plaxis Версия 8
Кривые зависимости перемещении от нагрузки
Характеристики осадки точки А при приложении гравитационной нагрузки показаны
начальной горизонтальной линией на рис. 6.6а. Эта линия, в целом, включает несколько
шагов пластического расчета, все из которых имеют одно и то же значение ЕМагеа.
Для того чтобы смоделировать поведение грунтового сооружения в целом по мере
добавления нового материала, необходимо активировать кластеры дополнительного
материала с помощью расчета для поэтапного строительства (Staged construction). В
начале расчета все перемещения должны быть сброшены на ноль пользователем. Это
позволит устранить эффект физически бессмысленных перемещений, имевших место
во время гравитационного нагружения.
Кривая зависимости осадки от нагрузки, полученная в конце полного расчета для точки
А, показана на рис. 6.6а. Для того чтобы показать развитие осадки грунта без эффекта
реакции на гравитационную нагрузку, необходимо отредактировать соответствующие
данные для зависимости перемещения от нагрузки. Должна быть удалена ненужная
начальная часть кривой за исключением точки 1. После этого значение перемещения
для точки 1 должно быть установлено на ноль. Результирующая кривая показана на
рис. 6.6b.
Рис. 6.6. Кривые зависимости осадки от нагрузки для проекта по подъему насыпи.
Как альтернатива вышеупомянутой процедуре редактирования, стадия
гравитационного нагружения может быть исключена из списка стадии расчета,
который включен в кривую (см. параграф 6.6.1).
6-13

Библиография
7
1
2
3
4
5
б
7
8
9
10
И
12
13
14
15
16
Библиография
Bakker, K.J. and Brinkgreve, R.B.J. (1990). The use of hybrid beam elements to
model sheet-pile behaviour in two dimensional deformation analysis. Proc. 2nd
European Specialty Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering.
Santander, Spain, 559- 572.
Bathe, K.J. (1982). Finite element analysis in engineering analysis. Prentice-Hall, New
Jersey.
Bolton, M.D. (1986). The strength and dilatancy of sands. Geotechnique 36(1), 65-78.
Brinkgreve, R.B.J. and Bakker, H.L. (1991). Non-linear finite element analysis of
safety factors. Proc. 7th Int. Conf, on Comp. Methods and Advances in
Geomechanics, Cairns, Australia, 1117-1122.
Burd, H.J. and Houlsby, G.T. (1989). Numerical modelling of reinforced unpaved
roads. Proc. 3rd Int. Symp. on Numerical Models in Geomechanics, Canada, 699-706.
De Borst, R. and Vermeer, P.A. (1984). Possibilities and limitations of finite elements
for limit analysis. Geotechnique 34(20), 199-210.
Hird, C.C. and Kwok, C.M. (1989). Finite element studies of interface behaviour in
reinforced embankments on soft grounds. Computers and Geotechnics, 8, 111-131.
Nagtegaal, J.C., Parks, D.M. and Rice, J.R. (1974). On numerically accurate finite
element solutions in the fully plastic range. Comp. Meth. Appl. Meeh. Engng. 4, 153-
177.
Rheinholdt, W.C. and Riks, E. (1986). Solution techniques for non-linear finite
element equations. State-of-the-art Surveys on Finite Element Techniques, eds. Noor,
A.K. and Pilkey, W.D. Chapter 7.
Rowe, R.K. and Ho, S.K. (1988). Application of finite element techniques to the
analysis of reinforced soil walls. The Application of Polymeric Reinforcement in Soil
Retaining Structures, eds. Jarett, P.M. and McGown, A. 541-553.
Schikora K., Fink T. (1982). Berechnungsmethoden modemer bcrgmannischer
Bauweisen beim U-Bahn-Bau. Bauingenieur, 57, 193-198. PLAXIS
Sloan, S.W. (1981). Numerical analysis of incompressible and plastic solids using
finite elements. Ph.D. Thesis, University of Cambridge, U.K.
Sloan, S.W. and Randolph, M.F. (1982). Numerical prediction of collapse loads using
finite element methods. Int. J. Num. Analyt. Meth, in Geomech. 6, 47-76.
Smith I.M. (1982). Programming the finite element method with application to
geomechanics. John Wiley & Sons, Chichester.
Song E.X. (1990). Elasto-plastic consolidation imder steady and cyclic loads. Ph.D.
Thesis, Delft University of Technology, The Netherlands.
Van Langen, H. (1991). Numerical analysis of soil structure interaction. Ph.D. Thesis,
Delft University of Technology, The Netherlands.
Справочное руководство
17	Van Langen, Н. and Vermeer, P.A. (1990). Automatic step size correction for nonassociated plasticity problems. Int. J. Num. Meth. Eng. 29, 579-598.
18	Vermeer, P.A. and Van Langen, H. (1989). Soil collapse computations with finite elements. Ingenieur-Archive 59, 221-236.
19	Vermeer P.A. and Verruijt A. (1981). An accuracy condition for consolidation by finite elements. Int. J. for Num. Anal. Met. in Geom., Vol. 5, 1-14.
20	Zienkiewicz, O.C. (1977). The Finite Element Method. McGraw-Hill, London.
21	Owen D.R.J. and Hinton E. (1982). Finite Elements in Plasticity. Pineridge Press Limited, Swansea.
22	Van Langen, H. and Vermeer, P.A. (1991). Interface elements for singular plasticity points. Int. J. Num. Analyt. Meth, in Geomech. 15, 301-315.
7-2
Plaxis Версия 8
Приложение А
Приложение А. Генерация начальных напряжений
Во многих задачах инженерной геотехники требуется задание набора начальных
напряжений. Эти напряжения, вызванные силой тяжести, представляют равновесное
состояние ненарушенного грунта или скальной породы.
В программе PLAXIS эти начальные напряжения должны задаваться пользователем. Это
может быть сделано двумя способами:
С помощью процедуры Ко (Ko-procedure)
Путем гравиттцюнного нагружения (Gravity loading)
Как правило, KO-procedure должна использоваться только в задачах с горизонтальной
поверхностью и проходящими параллельно ей слоями грунта и уровнями грунтовых вод.
Во всех остальных случаях должна использоваться процедура гравитационного
нагружения (Gravity loading).
Рис. А.1 Примеры из не горизонтальных поверхностей и не горизонтальных влияний
залеганий
А.1 Процедура к0 (k(rprocedure)
При использовании этого метода пользователь должен выбрать опцию Initial stresses
(Начальные напряжения) в подменю Generate (Создать) в режиме Initial conditions
(Начальные условия). После выбора этой опции пользователь может ввести значения
коэффициента бокового давления грунта для каждого отдельного кластера. Кроме
параметра Ко, необходимо также указать значение для EMweight. При SMweight = 1.0
будет иметь место полная активация силы тяжести. Коэффициент Ко представляет
отношение между горизонтальными и вертикальными эффективными напряжениями:
На практике значение КО для нормально уплотненного грунта зачастую предполагается
связанным с углом трения с помощью следующего эмпирического выражения:
Ки =l-sin<p
Значение Ко в переуплотненном грунте полагается более высоким, чем-то, которое
задается приведенным выше уравнением.
Использование очень низких или очень высоких значений Ко в процедуре KO-procedure
может привести к напряжениям, нарушающим условие прочности Кулона. В этом случае
программа PLAXIS автоматически уменьшит поперечные напряжения таким образом,
чтобы снова выполнялось условие Кулона. Таким образом, эти точки напряжений
находятся в пластическом состоянии и поэтому указаны как пластические точки.
Пластические точки могут быть отмечены после того, как: начальные эффективные
напряжения будут представлены в программе Output (Вывод данных) с помощью опции
Plastic points (Пластические точки) в меню Stresses (Напряжения). Несмотря на то, что
откорректированное напряженное состояние соответствует условию разрушения, оно
может привести к неравновесному полю напряжений. В пелом, желательно сгенерировать
А-1
Справочное руководство
поле начальных напряжений, не содержащее пластических точек. Для несвязного грунта
может быть с легкостью показано, что для того, чтобы избежать пластичности грунта,
значение Ко должно быть ограничено следующими пределами:
1 - simp	1 + sin ср
< К О <	~.
1 + smy?	l-sin<p
При использовании процедуры KO-procedwe программа PLAXIS будет генерировать
вертикальные напряжения, находящиеся в состоянии равновесия с собственным весом
грунта. Однако, горизонтальные напряжения рассчитываются по заданному значению КО.
Даже если Ко выбрано таким образом, что состояния пластичности не возникает,
процедура Кг,-procedure не гарантирует, что полное поле напряжений будет находиться в
состоянии равновесия. Полное равновесие достигается только для горизонтальной
поверхности грунта, если все слои грунта и уровень грунтовых вод будут параллельны
этой поверхности. Если поле напряжений требует лишь незначительной коррекции для
достижения равновесного состояния, эта коррекция может быть произведена с помощью
описанных ниже методик вычисления. Если поле напряжений достаточно далеко от
состояния равновесия, следует отказаться от процедуры Ko-procedure в пользу процедуры
гравитационного нагружения (Gravity loading).
Пластический нулевой шаг
Если процедура Ko-procedure генерирует поле начальных напряжений, которое либо не
находится в состоянии равновесия, либо имеет пластические точки, необходимо
произвести пластический нулевой шаг. Пластический нулевой шаг представляет собой
стадию пластического расчета, при котором не прикладывается никакой дополнительной
нагрузки (см. параграф 4.7.10). По завершению пластического нулевого шага поле
напряжений перейдет в состояние равновесия, и все напряжения будут удовлетворять
условию разрушения.
Расходимость
Если исходная процедура Ko-procedure генерирует поле напряжений, состояние которого
далеко от равновесного, пластический нулевой шаг может не сойтись. Такое может
произойти, например, когда процедура Ko-procedure применяется в задачах с очень
крутыми откосами. В таких случаях лучше пользоваться процедурой гравитационного
нагружения (Gravity loading).
Начальные перемещения
Очень важно обеспечить, чтобы перемещения, рассчитанные во время пластического
нулевого шага (если таковой выполняется), не повлияли на последующие вычисления. Это
можно достичь, используя опцию Reset displacements to zero (Обнулить перемещения) на
следующей стадии вычисления.
А.2 Гравитационное нагружение
При использовании процедуры гравитационного нагружения (Gravity loading) начальные
напряжения (т.е. напряжения, соответствующие "Начальной фазе") равны нулю. После
этого производится задание напряжений путем приложения собственного веса грунта на
первой фазе расчета.
В этом случае, при использовании упругой идеальнопластичной модели грунта
(например, модели Мора-Кулона), конечное значение Ко в значительной степени зависит
от принятых значений коэффициента Пуассона. Важно выбирать такие значения
коэффициента Пуассона, которые дают реалистические значения Кр. Если потребуется,
д	Plaxis Версия 8
Приложение А
можно использовать вместе с коэффициентом Пуассона отдельные наборы данных по
материалам, подобранные так, чтобы обеспечить нужные значения Ко во время
"гравитационного нагружения". В ходе последующих расчетов эти наборы данных могут
быть заменены другими (см. параграф 4.7.5). Упругий расчет для одномерного
(линейного) сжатия даст:
V = K0/(l+KB)
Если требуется Ко равный, например, 0.5, то тогда необходимо задать коэффициент
Пуассона 0.333.
Часто пластические точки генерируются во время процедуры гравитационного
нагружения. Например, для несвязных грунтов генерация пластических точек будет иметь
место при невыполнении следующего условия:
1 — sirup v
l + sinp 1 —v
Генерация небольшого количества пластических точек во время процедуры
гравитационного нагружения вполне допустима.
Пластический расчет
При желании процедуру гравитационного нагружения (Gravity loading) можно применить
в отдельной фазе расчета. Это должно делаться с помощью опции Plastic Calculation
(пластический расчет) располагается в Total multipliers (Целые множители.) при
XMweight равном 1.0.
Начальные перемещения
После настройки начальных напряжений перемещения должны быть обнулены в начале
следующей фазы расчета. Это позволит избежать влияния эффекта "гравитационного
нагружения" на перемещения, полученные в ходе последующих расчетов.
А-3
I
Приложение В
Приложение В. Структура программы и файлов данных
В.1 Структура программы
Программа PLAXIS состоит из различных подпрограмм, модулей и прочих файлов
которые копируются в различные директории во время установки программы (см. раздел
"Установка программы" в пособии "Общая информация"'). Наиболее важные файлы
находятся в программной директории PLAXIS. Некоторые из этих файлов и их функции
перечислены ниже: GEO.EXE	Программа Input (Ввод данных) (препроцессор) (см. главу 3)
. BATCH.EXE	Программа Calculations (Расчеты) (см. главу 4)
PLAXOUT.EXE	Программа Output (Вывод данных) (постпроцессор) (см. главу 5)
CURVES.EXE	Программа Curves (Кривые) (см. главу 6)
PLXMESHW.EXE	Генератор сетки
GEOFLOW.EXE	Программа расчета потока подземных вод
PLASW. EXE	Программа расчета деформаций (расчет для пластического состояния, расчет уплотнения грунта, расчет по уточненной сетке)
PLXSSCR.DLL	Модуль, представляющий логотипы PLAXIS
PLXCALC. DLL	Модуль, представляющий данные, выводимые на экран во время расчета деформаций (см. параграф 4.14)
PLXREQ.DLL	Запросчик файлов программы PLAXIS (см. параграф 2.2)
Наборы данных по материалам глобальной базы данных (см. параграф 3.5) по умолчанию
хранятся в поддиректории DB программной директории PLAXIS. Поддиректория
EMPTYDB содержит, пустую структуру баз данных по материалам, которая может быть
использована для "восстановления" проекта, у которого по тем или иным причинам эта
структура была повреждена. Для восстановления структуры баз данных следует
скопировать нужные файлы в директорию проекта (см. параграф В.2). Точные значения
данных по материалам должны быть повторно введены с помощью программы Input (Ввод
данных).
В.2 Файлы данных по проекту
Главный файл, использующийся для хранения информации по проекту программы
PLAXIS, имеет структурированный формат и называется <proJect>.PLX, где <project> -
название проекта. Кроме этого файла, информация по проекту может храниться в целом
ряде файлов в поддиректории <j>ro/ect>.DTA. В этой поддиректории могут находиться
следующие файлы:
CALC.INF
DBDWORK.INI
PLAXMESH.ERR
PLAXIS.* (.MSI; .MSO)
ANCHORS.* (.LDB; .MDB)
BEAMS.* (.LDB; .MDB)
B-l
Справочное руководство
GEOTEX.* (.LDB; .MDB)
SOILDATA.* (.LDB; .MDB)
<project>* (.H00; .INP; ,MAT;.L## 1;.MSH; .S; .SF2; .SF4; .SIS; .SXX; .WOO; .W## 1
;.000; .### 2)
1	= Две цифры расчетной фазы номер (01, 02,...). Больше 99 дается дополнительная цифра
в файловое расширение.
2	= Две цифры расчетного шага номер (001,002,...). Более 999 дается дополнительная
цифра в файловое расширение.
Если требуется скопировать проект PLAXIS под другим именем или в другую
директорию, рекомендуется открыть копируемый проект в программе Input (Ввод данных)
и сохранить его под другим именем с помощью опции Save as (Сохранить как...) в меню
File (Файл). Это позволяет правильно скопировать файл и структуру данных. Однако, при
этом не копируются файлы <project>.###, где ### - номер шага вычисления. Если
необходимо скопировать шаг вычисления или вручную сделать полную копию проекта,
пользователь должен создать точную копию вышеупомянутых файлов и структуры
данных, т.к. в противном случае PLAXIS не сможет прочитать данные и выдаст ошибку.
Во время создания проекта, до его сохранения под определенным именем, промежуточная
информация хранится в директории TEMP установленной в операционной системе
Windows под именем XXOEGXX. Директория TEMP содержит также резервные копии
некоторых файлов (SGEOS.#, где # - номер), использующиеся для последовательной
отмены произведенных операций (см. параграф 3.2). Файлы SGEOS.# имеют ту же
структуру, что и файлы проектов PLAXIS. Следовательно, эти файлы также могут
использоваться для "восстановления" проекта, если по каким-то причинам файлы этого
проекта были повреждены. Для этого надо скопировать самые последние резервные
файлы в <project>.PLX в рабочей директории программы PLAXIS.
В-2
Plaxis Версия 8