Виды земляных сооружений и работ. Баланс грунтовых масс

Все земляные сооружения делятся на выемки и насыпи.

Выемки — это земляные сооружения расположенные ниже дневной поверхности.

Насыпи — сооружения расположенные выше дневной поверхности.

Земляные сооружения, располагаемые частично в выемке, частично в насыпи, относят к полувыемкам, с преобладанием выемки, или к полунасыпям, с преобладанием насыпи.

Выемки и насыпи делят на профильные (деловые) и непрофильные (карьеры, резервы, отвалы,

кавальеры).

К насыпям относятся обратные засыпки профильных выемок.

В зависимости от срока службы земляные сооружения делятся на постоянные и временные.

Виды земляных сооружений

Котлован — это временная профильная выемка для возведения подземных частей сооружений.

Траншея — линейно протяженная профильная выемка с вертикальными или наклонными стенками для строительства трубопроводов, дрен, ленточных фундаментов.

Разработка траншей

Карьер — непрофильная выемка, для добычи открытым способом полезных ископаемых и грунта.

Резерв — непрофильная линейно протяженная выемка, из который берут грунт для строительства насыпных сооружений.

Отвал — непрофильная постоянная или временная насыпь, предназначенная для складирования грунта.

Временный или промежуточный отвал – непрофильная насыпь, грунт из которой используется в дальнейшем для насыпей и засыпок.

Кавальер — непрофильная постоянная линейная насыпь грунта вдоль протяженной профильной выемки (канала, дороги).

Кювет — протяженная профильная выемка предназначенная для сбора и отвода воды от линейного сооружения (обычно вдоль дороги).

Крутизна откосов земляных сооружений характеризуется коэффициентом заложением откосов.

Рис.2.1 Схема определения коэффициента заложения откосов земляных сооружений

где: L — горизонтальная проекция откоса;

Н — глубина выемки или высота насыпи;

Крутизна откосов постоянных сооружений задается проектом из условия их устойчивости. Крутизну откосов временных котлованов и траншей назначают с учетом вида грунтов и глубины выемки (табл.2.1). 

Таблица 2.1 — Крутизна откосов временных котлованов и траншей в грунтах естественной влажности без крепления

При глубине выемок > 5 м крутизну откосов определяют из условия их устойчивости.

Объемы земляных работ определяют в соответствии с правилами вычисления геометрических фигур.

Объемы земляных работ определятся по грунту в состоянии естественной плотности. Различают проектные и производственные объемы работ.

Проектные (профильные) объемы вычисляют в соответствии с размерами сооружений.

Производственные объемы — фактически выполненные работы с учетом дополнительных объемов, появляющихся при повторных переработках грунта. Соотношение между профильными и производственными объемами имеет такую зависимость:

V_{произв.} = (1,3…2,0)V_проф.

Наиболее целесообразно грунт из профильных выемок перемещать в профильные насыпи, что сводит к минимуму непрофильные объемы работ в карьерах и резервах. Наиболее рационального использования грунта из выемок можно добиться при составлении баланса грунтовых масс.

Баланс грунтовых масс — это проектный документ, отражающий рациональное распределение грунта между выемками и насыпями. Его составляют в виде таблиц и схем с учетом наилучшего использования грунта из профильных выемок для возведения насыпей при минимальных дальностях перемещения грунта.

Баланс грунтовых масс служит основным техническим документом в котором установлены:

1) порядок и место размещения грунта из выемок в насыпи;

2) потребность в карьерах и резервах;

3) кратчайшие пути перемещения грунта из выемок в насыпи.

Условно различают частный, районный и сводный балансы грунтовых масс. В частном балансе сравнивают объемы выемок и насыпей в пределах одного объекта, в районном — объемы выемок и насыпей нескольких сооружений, в сводном — объемы выемок и насыпей всей системы или всего комплекса сооружений.

При составлении баланса грунтовых масс следует стремиться каждый м3 грунта из деловой выемки использовать для возведения качественных насыпей. Однако выполнение этого условия осложняется следующими причинами:

-не все грунты из деловых выемок пригодны для качественных насыпей;

-сроки разработки грунта в выемках не всегда совпадают со сроком возведения насыпей;

-некоторые деловые выемки так далеко расположены от качественных насыпей, что для последних выгоднее брать грунт из карьеров или резервов.

Порядок составления баланса грунтовых масс следующий:

В ведомость баланса грунтовых масс (табл. 2.2) записывают объемы качественных насыпей и деловых выемок. Объемы непригодных грунтов выписывают в графу < отвал грунта>.

Устанавливают направление перемещения грунта из выемок в насыпи с учетом срока разработки, отсыпки и качества грунта.

Из объема качественных насыпей вычитают объемы пригодного грунта из деловых выемок и получают необходимый объем грунта из карьеров или резервов для качественных насыпей.

Сумма объемов всех выемок должна быть равна сумме объемов всех насыпей.

Устанавливают технологическую последовательность выполнения работ, увязанную со сроками их производства. Если грунт из деловых выемок нельзя сразу уложить в качественную насыпь, то его укладывают во временные отвалы.

В выемках и в качественных насыпях грунт может иметь разную степень плотности. Для сравнения их объемов пользуются понятием <грунт в плотном теле>. Это означает, что плотность его равна плотности грунта в естественном залегании. Производительность всех землеройных и землеройно-транспортных машин измеряется по грунту в плотном теле.

Таблица 2.2 — Ведомость баланса грунтовых масс

На схемах стрелками показывает направления всех перемещений грунта, указывают объемы и дальности его возки.

Насыпи/Выемки—Справка | ArcGIS Desktop

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

Доступно с лицензией 3D Analyst.

• Краткая информация
• Иллюстрация
• Использование
• Синтаксис
• Пример кода
• Параметры среды
• Информация о лицензиях

Краткая информация

Вычисляет разницу в объеме между двумя поверхностями. Обычно используется для операций вырезания и заполнения.

Более подробно об инструменте Насыпи/выемки

Иллюстрация

CutFill_3d (Before_Ras, After_Ras, OutRas) При выполнении операции Насыпи/Выемки, по умолчанию к слою применяется специализированная шкала, которая позволяет выделить участки насыпей и участки выемок. Определяющий фактор – это таблица атрибутов выходного растра, которая рассматривает положительный объем как участки, где была произведена выемка (удаление) материала, а отрицательный объем – как участки, где материал был насыпан (добавлен).

Использование

• Инструмент Насыпи/выемки позволяет строить карту на основании двух входных поверхностей — до и после события — и отображать площади участков и объемы материалов, которые были изменены путем удаления или добавления материала поверхности.

• Обе входные растровые поверхности должны быть совпадающими. Это означает, что у них должна быть одна и та же начальная точка, одинаковое число строк и столбцов ячеек и один и тот же размер ячеек.

• Чтобы получить корректный результат, z-единицы должны совпадать с наземными единицами измерения x,y. Это гарантирует, что объемы будут выражены в значимых кубических единицах измерения (например, кубических метрах). Если они отличаются, используйте коэффициент z, чтобы преобразовать единицы z в единицы x,y. Например, если x,y-единицами измерения являются метры, а z-единицами – футы, то можно использовать z-коэффициент 0,3048 для преобразования футов в метры.

  Или можно использовать инструмент Умножить группы инструментов Математические, чтобы получить растр поверхности, в котором единицы измерения z-значений соответствуют единицам измерения наземных координат.

• Таблица атрибутов выходного растра представляет изменения в объемах поверхности, вычисленные в результате выполнения операции Насыпи/Выемки. Положительные значения в разнице объемов указывают на участки растра «до события», где была проведена выемка материала. Отрицательные значения указывают на участки, на которые материал был добавлен (участки насыпей). Более подробно о том, производятся вычисления, см. в разделе Как работает инструмент Насыпи/Выемки.

• Когда операция Насыпи/Выемки запускается через инструмент, по умолчанию применяется специализированная шкала, которая выделяет участки насыпей и выемок. В соответствии с этой шкалой участки выемок отображаются синим цветом, а участки насыпей – красным цветом. Участки, которые не изменились, будут показаны серым цветом.

• Когда возникает необходимость пересчитать входной растр, используется метод билинейной интерполяции. Например, входной растр может быть пересчитан, когда выходные система координат, экстент или размер ячеек отличаются от входных.

Синтаксис

CutFill_3d (in_before_surface, in_after_surface, out_raster, {z_factor})

Пример кода

CutFill, пример 1 (окно Python)

В этом примере вычисляется объем и площадь для областей насыпей и выемок, и в качестве результата выдается растр Grid.

import arcpy
from arcpy import env
env.workspace = "C:/data"
arcpy.CutFill_3d("elevation01", "elevation02", "c:/output/outcutfill01", 1)

CutFill, пример 2 (автономный скрипт)

В этом примере вычисляется объем и площадь для областей насыпей и выемок, и в качестве результата выдается растр Grid.

# Name: Cutfill_3d_Ex_02.py
# Description: Calculates the volume and area of cut and 
#              fill locations.
# Requirements: 3D Analyst Extension
# Import system modules
import arcpy
from arcpy import env
# Set environment settings
env.workspace = "C:/sapyexamples/data"
# Set local variables
inBeforeRaster = "elevation01"
inAfterRaster =  "elevation02"
outRaster = "C:/output/outcutfill02"
zFactor = 0.5
# Check out the ArcGIS 3D Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("3D")
# Execute CutFill
arcpy.CutFill_3d(inBeforeRaster, inAfterRaster, outRaster, zFactor)

Параметры среды

• Автоподтверждение
• Размер ячейки
• Сжатие
• Текущая рабочая область
• Экстент
• Географические преобразования
• Маска
• Выходное ключевое слово CONFIG
• Выходная система координат
• Временная рабочая область
• Растр привязки
• Размер листа

Информация о лицензиях

• ArcGIS Desktop Basic: Требует 3D Analyst или Spatial Analyst
• ArcGIS Desktop Standard: Требует 3D Analyst или Spatial Analyst
• ArcGIS Desktop Advanced: Требует 3D Analyst или Spatial Analyst

Связанные разделы

Технические характеристики Пакет | Страница входа

Информация для входа

Пожалуйста, войдите в систему, если у вас уже есть учетная запись интернет-абонента FDOT.
(ИСА)

Учетная запись интернет-абонента FDOT — это учетная запись для сотрудников, не являющихся сотрудниками FDOT.
Аккаунт работает в тесном контакте с нашими системами, позволяет запрашивать доступ к
различные веб-системы FDOT.

Зарегистрироваться

Если вы никогда не были здесь раньше и не являетесь сотрудником FDOT, пожалуйста,
регистр
для использования спецификаций в Интернете.

Моделирование земляных работ/насыпи методом конечных элементов

В предыдущих пяти постах мы рассказали о двух основных методах — методе конечных элементов и методе конечных разностей, а также о различных специальных численных процедурах, отличных от методов конечных элементов — методе характеристик, методе граничных интегральных уравнений и быстром преобразовании Фурье. В этом посте мы обсудим специальные темы, относящиеся к геотехнической инженерии и численному решению этих задач.

Моделирование насыпи и земляных работ

Традиционный подход, основанный на линейном поведении материала для расчета перемещений и напряжений, как если бы конструкция завершалась за один подъем, может не дать реалистичных результатов. Для реалистичной оценки напряжений и деформаций в земляных конструкциях, построенных последовательно, необходимо учитывать зависимость от траектории и нелинейность, возникающие при поэтапном строительстве. Можно включить эффекты зависимости от пути и нелинейности в формулировки конечных элементов. Существует несколько подходов к решению таких проблем, в которых подход, предложенный Гудманом и Брауном, очень распространен в геотехнических приложениях.

Моделирование последовательностей

Добавление материала или размещение насыпи

Моделирование добавления материалов в насыпь в последовательной процедуре строительства показано ниже. Для каждого уложенного подъема (слоя) насыпи рассчитываются эквивалентные узловые силы силы тяжести. Упруго-пластический модуль материала в добавленной подъемной силе устанавливается на очень маленькое значение (около 1% от начального значения модуля), что имитирует очень слабый материал. Дополнительные смещения и напряжения рассчитываются во время каждого цикла подъема и добавляются к предыдущему циклу; выполняются итерации (при необходимости) для достижения равновесия для каждого подъема. Смещения новой поверхности обнуляются. Горизонтальное напряжение во вновь установленном подъемнике рассчитывается как вертикальное напряжение, умноженное на отношение напряжения на месте, K.

Удаление материала или земляные работы

На приведенном ниже рисунке показано моделирование процесса земляных работ, который аналогичен вырезанию в плитах и ​​включает удаление материала. Элементы, подлежащие выемке (удалению) для каждого подъема, удаляются из системы и выполняются итерации (при необходимости) до достижения равновесия. Это приведет к «свободной от напряжения» раскопанной поверхности.

Таким образом, программа конечных элементов, предложенная Гудменом и Брауном (1963) и Brown and King (1966) обладают следующими особенностями:

1. Выкопанные элементы удаляются из исходной и меняющейся сетки.
2. Свободная от напряжений поверхность устанавливается путем приложения равных и противоположных сил к вынутой поверхности и выполнения уравнения равновесия.

Удаление жидкости (воды) или обезвоживание

Обезвоживание вызывает сжатие или уплотнение и может быть смоделировано с помощью теории связанного уплотнения. Однако, чтобы обеспечить более простую и экономичную формулировку, обезвоживание аппроксимируется в программном обеспечении, предполагая несвязанный и мгновенный отклик. Основным учитываемым эффектом является увеличение эффективного напряжения из-за изменения удельного веса почвы в осушенных элементах. Это увеличение равно объемной силе за счет массы воды внутри каждого из обезвоженных элементов. Эквивалентные узловые силы определяются как:

, где {F} — узловая сила элемента, а ϒ — удельный вес воды. Обратите внимание, что это уравнение применимо только к элементам, которые ранее были погружены в воду и теперь находятся над водой из-за обезвоживания. На приведенном ниже рисунке показано обезвоживание, при котором только элементы с номерами 1, 2 и 3 испытывают нагрузку от объемных сил из-за обезвоживания, а на остальные элементы оказывает косвенное влияние нагрузка от этих трех элементов.

Опорные системы

Конструкционные опоры или затяжки: Установка системы поддержки, такой как затяжки, может считаться аналогично предварительному напряжению бетонных балок и вводит сжимающие напряжения для противодействия растягивающим и растягивающим напряжениям. Установка затяжек включает четыре этапа моделирования: сверление/сверление отверстия (под углом к ​​горизонтали), установка затяжки, заливка затяжки цементным раствором, а затем натяжение затяжки для обеспечения расчетного напряжения сжатия. .

Подтяжка обычно состоит либо из стальных тросов, либо из стальных арматурных стержней, либо из других структурных опор. В случае с геотехническими системами только последняя часть оттяжки шлифуется для образования анкера, а остальная часть обычно заключена в оболочку, чтобы предотвратить передачу нагрузки на вынутый забой.

При моделировании установки растяжек в процедуре МКЭ первые два шага не учитываются, и следует следующая процедура: усилие в завязке.

Порядок этих шагов может не соответствовать фактической процедуре строительства. В процедуре строительства стержень помещается первым, прежде чем будет применена сила натяжения. Если следовать этому в численной процедуре, стержневые элементы будут сопротивляться силе натяжения, что неверно. Неправильная и правильная последовательности показаны на рисунке ниже.