(Tiểu luận) mô hình hardening soil (plaxis); thực hành môhình plaxis 2d “dry excavation using a tie blackwall; thí nghiệm nén 3 trục cd

Quan hệ Hyperbol cho thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn [1]...51.3 Tính xấp xỉ giữa mô hình Hyperbol với mô hình Hardening Soil...61.4 Biến dạng thể tích dẻo cho các trạng thái ứng

TIỂU LUẬN MÔN CƠ HỌC ĐẤT TỚI HẠN

Đề tài:

“MÔ HÌNH HARDENING SOIL (PLAXIS); THỰC HÀNH MÔ HÌNH PLAXIS 2D “DRY EXCAVATION USING A TIE BLACK Phần I MÔ HÌNH TĂNG BỀN HARDENING SOIL MODEL-HS Phần I MÔ HÌNH TĂNG BỀN HARDENING SOIL MODEL-HS 3

1 Mô hình Hardening Soil 1 Mô hình Hardening Soil 3

1.1 Giới thiệu về mô hình [1] 3

1.2 Quan hệ Hyperbol cho thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn [1] 5

1.3 Tính xấp xỉ giữa mô hình Hyperbol với mô hình Hardening Soil 6

1.4 Biến dạng thể tích dẻo cho các trạng thái ứng suất ba trục [2] 7

1.5 Các thông số cho mô hình Hardening Soil [1] 8

1.6 Mặt dẻo hình chóp mũ trong mô hình Hardening Soil 13

1.7 Thông số trạng thái trong mô hình tăng bền dần 15

1.8 Ưu nhược điên của mô hình Hardening Soil 16

2 Ứng dụng mô hình hardening Soil 2 Ứng dụng mô hình hardening Soil 16

1 Thông số đầu vào trong Plaxis: 1 Thông số đầu vào trong Plaxis: 31

2 Khai báo chiều sâu lỗ khoan và thông số các lớp đất: 2 Khai báo chiều sâu lỗ khoan và thông số các lớp đất: 33

3 Khai báo kết cấu tường chắn hố đào: 3 Khai báo kết cấu tường chắn hố đào: 42

4 Mesh Generation - tạo lưới phần tử trong kết cấ 4 Mesh Generation - tạo lưới phần tử trong kết cấu hố đào:u hố đào:u hố đào: 48 Phần In In III.II.II TH THÍ N THÍ NÍ NGHIGHIGHIỆM ỆM ỆM 3 T3 T3 TRỤCRỤCRỤC CD CD CD (c (c (cố kố kố kết ết – tết – t– thoáhoáhoát nt nt nướcướcước))))) 60

1 Nội dung phương pháp thí nghiệm 1 Nội dung phương pháp thí nghiệm 60

2 Điều kiện thí nghiệm 2 Điều kiện thí nghiệm 60

3.4 Dỡ tải 66

4 Trường hợp cụ thể 4 Trường hợp cụ thể 66

4.1 Thông tin báo cáo khảo sát địa chất 66

4.2 Số liệu thí nghiệm nén 3 trục CD trong báo cáo khảo sát địa chất 70

4.3 Phương pháp/cách tính toán cụ thể (c; φ) từ số liệu thí nghiệm trên 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO: TÀI LIỆU THAM KHẢO: 78

Phần I MÔ HÌNH TĂNG BỀN HARDENING SOIL MODEL-HS 1 Mô hình Hardening Soil

1.1 Giới thiệu về mô hình [1]

Thông thường giá trị trung

bình cho các loại đất khác nhau chúng ta có E =3 E và E ≈ E Bất kể là đất rấtur50oed50 yếu hay rất cứng thì tỉ số Eoed/E50 cũng có xu hướng khác nhau.

Điều này có nghĩa là tất cả độ cứng tăng theo ứng suất Do đó, tất cả ba độ cứng đầu vào đều có liên quan đến một ứng suất tham chiếu thường được sử dụng là 100 kPa (1bar).

Khi chịu gia tải ứng suất lệch ban đầu, vật liệu đất cho ta thấy độ cứng giảm dần và đồng thời biến dạng dẻo không hồi phục

Mô hình Hardening Soil sử dụng trong Plaxis bao gồm luôn cả mô hình hyperbol Mô hình này dùng lý thuyết dẻo thay cho lý thuyết đàn hồi và có kể đến sự giãn nỡ quan sát được trong đất Một số đặc trưng cơ bản của mô hình:

- Biến dạng dẻo do độ lệch tải sơ cấp (do cắt): // E50ref

Điểm nổi bật của mô hình Hardening Soil là độ cứng của đất phụ thuộc vào ứng suất trong điều kiện oedometer của ứng suất - biến dạng mô hình bao hàm quan hệ E = oed Eoedref(σ

Trong trường hợp đặc biệt của đất yếu, trong thực tế m được sử dụng “m = 1”

nén λ , như đã dùng trong mô hình cho đất yếu và mô hình oedometer ∗ Eoedref=pref∗¿; ∗¿= ∗

( 1+e0)

Trong đó p là áp suất tham chiếu ref

Tương tự, mô đun dỡ tải/tải lại liên quan đến chỉ số nở cải tiến κ∗ hoặc chỉ số nở tiêu chuẩn Cam-Clay κ Có mối quan hệ gần đúng: Eurref2pref

∗¿ ; ∗¿

= ∗ ( 1+e0)

Mối quan hệ này áp dụng kết hợp với giá trị đầu vào m = 1.

1.2 Quan hệ Hyperbol cho thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn [1].

Ở đây, các thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn có xu hướng tạo ra các đường cong có thể được mô tả bằng: −ε1= 1

Mối quan hệ này được vẽ trong Hình 6.1 Thông số E là ứng suất buồng phụ50 thuộc mô đun độ cứng với tải sơ cấp: E50=E50ref(c cosφ−σ3'sinφ

ccosφ+prefsinφ)m (1.3).

là mô đun độ cứng tham chiếu tương ứng với áp suất buồng tham Trong PLAXIS mặc định p = 100 (kpa) Độ cứng thực tế phụ thuộc vàoref ứng suất chính nhỏ, σ3' là áp suất buồng trong một thí nghiệm ba trục

Độ lệch ứng suất lệch cực hạn q và đại lượng q trong phương trình (1.1)fa được định nghĩa là: qf=(Ccosφ−σ3') 2sinφ

(1−sinφ) và qa=qf Rf (1.4)

Lưu ý rằng σ3' thường âm và mối quan hệ trên đối với q bắt nguồn từ tiêuf chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb, bao gồm các tham số độ bền C và φ Ngay khi q =

qf, tiêu chí phá hủy được thỏa mãn và hiện tượng chảy dẻo hoàn hảo sẽ xảy ra như được mô tả bởi mô hình Mohr-Coulomb Tỷ lệ giữa q và q được cho bởi hệ số Rfaf nhỏ hơn 1, Trong PLAXIS mặc định R = 0,9 được chọn làm cài đặt mặc định phùf hợp Để dỡ tải/tải lại các đường ứng suất, một mô đun độ cứng phụ thuộc ứng suất khác được sử dụng: Eur=Eurref(Ccosφ−σ3'sinφ

C cosφ+prefsinφ)m (1.5)

Trong đó Erefur là mô đun tham chiếu cho Trường hợp dỡ tải và tải lại, tương ứng với áp suất tham chiếu p Trong thực tế, việc đặt ref Eurref bằng 3E50ref là phù hợp đây là cài đặt mặc định được sử dụng trong PLAXIS

1.3 Tính xấp xỉ giữa mô hình Hyperbol với mô hình Hardening Soil

=σ3' và σ1' là ứng suất nén chính Thực tế, đối với các trạng thái ứng suất chung, q có thể được thay thế bằng ~q trong đó: ~q=σ1+(α−1)σ2'−α σ3' với α=3+sinφ

với q, q , E và E được định nghĩa trong phương trình (1.1) đến phương trình.aiur (6.5), chỉ số trên p chỉ trạng thái biến dạng dẻo Đối với đất cứng, sự thay đổi thể tích dẻo (εv) tương đối nhỏ và dẫn đến xấp xỉ γ ≈ −2p ε1p

Đối với tải sơ cấp γ = p f thì ε1p≈1

Ngoài biến dạng dẻo mô hình còn có biến dạng đàn hồi đối với thí nghiệm 3 trục thoát nước, đường ứng suất với σ2'=σ3'=hằngsố, mô dun Young không đổi thì biến dạng đàn hồi có phương trình:−ε1e=q

Quan hệ này chứng tỏ không có thành phần biến dạng thể tích dẻo, εv = 0.

Hình 6.2 Thay đổi của độ lệch ứng suất theo sự gia tăng của biến dạng cắt dẻo γp

1.4 Biến dạng thể tích dẻo cho các trạng thái ứng suất ba trục [2].

Đối với tất cả các mô hình dẻo, mô hình Hardening Soilbao và γ°± Quy luật chảy trong mô hình Hardening Soil có dạng tuyến tính ˙εv= sinψmΥ˙p (1.12)

Trong đó cần thêm thông tin chi tiết về góc giãn nở huy động ψm Đối với mô hình hiện tại, những điều sau đây được xem xét (xem thêm Hình 6.3):

Đặc tính cơ bản của lý thuyết ứng suất-giãn là vật liệu co lại khi có tỷ lệ ứng suất nhỏ φm<φcv, trong khi hiện tượng giãn nở xảy ra với tỷ lệ ứng suất cao φm>φcv Tại điểm phá hoại, khi góc ma sát huy động bằng với góc phá hoại φ, nó được cho trong phương trình (1.13) rằng: sinψ=sinφ−sinφcv

1−sinφsin φcv (1.15a) hoặc tương đương: sinφcv= sinφ−sinψ

1−sinφsinψ (1.15b) Như vậy góc trạng thái tới hạn có thể được tính từ các góc φ và ψ.

Hình 6.3 Quan hệ góc giãn nở huy độngφm và góc ma sát huy độngφm trong mô hình Hardening Soil.

1.5 Các thông số cho mô hình Hardening Soil [1].

Một số tham số của mô hình hóa cứng hiện tại trùng với các tham số của mô hình Mohr Coulomb không hóa cứng Đây là các tham số lỗi c, φ và ψ

φ’ Góc nội ma sát hữu hiệu [ ]0

Các thông số cơ bản cho độ cứng của đất

E50ref Modulus cát tuyến trong thí nghiệm ba trục thoát nước chuẩn [kN/m ]2 Eoedref Modulus tiếp tuyến đối với gia tải một trục ban đầu [kN/m ]2

Eurref Độ cứng dỡ nén – nén lại (mặc định Erefur=3.E50ref

K0nc Giá trị K0 trong điều kiện cố kết thường (mặc địnhK0nc=1– sinφ¿

Thay cho việc nhập thông số cơ bản về độ cứng của đất, có thể dùng các thông số hoán đổi sau

1.5.1 Mô đun độ cứngE50ref, , , , , Erefoed , Eurref và số mũ m

Lợi thế của mô hình Hardening Soil so với mô hình Mohr-Coulomb không chỉ nằm ở việc sử dụng đường ứng suất –biến dạng hyperbol thay co sơ đồ 2 đường thẳng của MC

Tuy nhiên, với mô hình Hardening Soil, không cần phải lựa chọn các thông số

Mặc định, chương trình sử dụng giá trị p = 100 kN/mref 2

Hình 6.5 định nghĩa E50ref, Erefur trong kết quả thí nghiệm 3 trục thoát nước

Trong mô hình Hardening Soil, mô đun độ cứng tiếp tuyến E có thể đượcoed thu được từ một thử nghiệm được chỉ ra trong Hình 6.6 Do đó, Eoedref đại diện cho mô đun độ cứng tiếp tuyến tại ứng suất thẳng đứng là −σ1' = −σ3'

K0nc = p ref 1.5.2 Lựa chọn thông số độ cứng

Mối quan hệ giữa các tham số này và chỉ số nén, Cc, được cho bởi: Cc=2.3(1+einit)Pref

Bất kể giá trị trước kia của E , một giá trị mới sẽ được tự động gán theo công50 thức: E50ref=1.25Eoedref (1.19)

Mặc dù đối với đất mềm, giá t4

rị E50refcó thể cao hơn= 2Eoedref, giá trị này có thể gây hạn chế trong quá trình mô hình hóa; do đó, sử dụng một giá trị thấp hơn Thay đổi giá trị Cs sẽ thay đổi tham

số độ cứng E Lưu ý rằng giá trị mũ cho sự phụ thuộc của độ cứng vào mức căngur (m) được tự động đặt là 1

1.5.3 Những thông số nâng cao

không chỉ đơn giản là một hàm số của hệ số Poisson, mà là Mặc định, PLAXIS sử dụng mối tương quan K0nc = 1 – sinφ Không phải tất cả các giá trị đầu vào có thể chấp nhận được cho K0nc Tùy thuộc vào các thông số khác như E50ref, Eoedref, Eurref và ν , sẽ có một khoảng giá trị hợp lệ chour K0nc Các giá trị K0ncnằm ngoài khoảng này sẽ bị PLAXIS loại bỏ

1.5.4 Độ dãn – nở

Ngay khi thể tích đất thay đổi đạt đến trạng thái rỗng tối đa emax, , góc giãn nở kích hoạt ψm thì sẽ được tự động đặt lại thành 0,

e<emax sinψ=sinφm−sinφcv

trong đó một gia tăng của "ν là dương khi có sự giản nở

Hình 6.7 đường cong biến dạng thí nghiệm 3 trục thoát nước có kể đến dilatancy cut-off

1.6 Mặt dẻo hình chóp mũ trong mô hình Hardening Soil

Không có một mặt phẳng dẻo chóp như vậy sẽ không tạo được mô hình với hai thông số độc lập E50ref và Eoedref Mô đun trục E50ref kiểm soát tỗng quát mặt phẳng deo do cắt và mô đun Eoedref kiêm soát độ lớn của biến dạng dẻo, có thể khào sát mặt phẳng dẻo qua phương trình: fc=~q2

M2+¿ (1.22)

Hình 6.8 các thông số của mô hình HS trong mục General

Trong mặt phẳng (p', ~q), chóp mũ dẻo (fc = 0) là một phần của hình elip có tâm ở gốc tọa độ (Hình 6.9) liên hệ giữa p˙ và biến dạng thể tích chóp mũ p˙εvpc theo quy luật tăng bền dần như sau: ˙εvpc=Ks/Kc− 1

Ksref[(Pp+C cosφ

Pref+C cosφ)−m] ˙Pp (1.23) trong đó Ksref là môđun thể tích tham chiếu khi dỡ tải/tải lại: Ksref= Eurref

3(1 − 2vur) (1.24) và Ks/Kc là tỷ số mô đun khối giữa nở đẳng hướng và nén đẳng hướng lấn đầu Cả hai thông số M (1.22) và Ks/Kc đều không thể sử dụng trực tiếp Thay vào đó, có một mối quan hệ có dạng: M∗K0nc ; (mặc định K0nc=1 =sinφ ) và tỷ số Ks/Kc có thể xấp xỉ gần đúng: Ks/Kc≈Eurref

( 1+ 2K0nc) (1 − 2vur) như vậy, K0nc , Eurrefvà Eoedref có thể được sử dụng làm thông số nhập liệu trực tiếp, xác định độ lớn của M và Ks/Kc tương ứng.

Hình 1.9 mặt phẳng dẻo của mô hình tăng bền dần trong mặt phẳng p− ~q 1.7 Thông số trạng thái trong mô hình tăng bền dần

Mô hình HS cung cấp thêm vài thông số trên biến trạng thái ví dụ như tăng bền dần γpvà ứng suất nén đẳng hướng p những thông số này có được bằng cáchp chọn State parameter từ trình đơn stress ped ứng suất đẳng hướng tương đương:

pep=√ q2

M2+(p')2[kN/m2]

pp ứng suất tiền cố kết đẳng hướng [kN/m ]2 OCR Tỷ số quá cố kết đẳng hướng (OCR= pp

ped) [-] γp Thông số Hardening (biến dạng cắt dẻo huy

động tương đương)

Eur Mô đun Young dỡ tải/ tải lại [kN/m ]2 C Lực dính phụ thuộc chiều sâu hiện tại [kN/m ]2

1.8 Ưu nhược điên của mô hình Hardening Soil

1.8.1 Ưu điểm:

Mô hình Hardening Soil dùng để mô phỏng các loại đất yếu, ứng xử của lớp đất cho công trình, tính toán được hệ số rỗng của đất.

1.8.2 Nhược điểm:

2 Ứng dụng mô hình hardening Soil

HCM TRONG MÔ HÌNH HARDENING SOIL [3].

+ Dung trọng tự nhiên ∗ = [14÷16] kN/m3 - Độ bền

+ Sức kháng cắt không thoát nước Su < 50 kPa + Sức kháng xuyên tiêu chuẩn N30 < 4 búa/30cm.

Hình 2 c

Hình 3 Định nghĩa Erefoed trong thí nghiệm nén 1 trục.

HCM.

Bảng 1 Các thông số vật lý đặc trưng cho đất yếu Tp Hồ Chí Minh

Hình 6 Quan hệ (ε1 – q) mẫu 4,5,6 Hình 7 Quan hệ (ε1– εv) mẫu 4,5,6

Hình 8 Quan hệ (ε1 – q) mẫu 7,8,9 Hình 9 Quan hệ (ε1– εv) mẫu 7,8,9

Hình 10 Quan hệ (ε1 – q) mẫu 10,11,12 Hình 11 Quan hệ (ε1– εv) mẫu 10,11,12

được mô đun cát tuyến E50 như trong Bảng 2.

Xác định được tham số mũ m theo E50 như Bảng 3.

Bảng 3 r, E50và tham số mũ m từ thí nghiệm nén ba trục thoát

nghĩa E trong mô hình HS, công thức (5), ta có:ur

Hình 13 Phương trình hồi quy tương quan giữa EEur

kết quả thí nghiệm trên đất yếu Tp HCM, tác giả đề xuất tỷ số này như Bảng 5 Bảng 5: Hệ số tương quan giữa E / E của đất yếu Tp HCMur50

Lớp bùn sét (Very soft clay)

Phương trình hồi quy: Eurref= 4.5462.E50ref

Với đất yếu Tp HCM tỷ số Eurref/ E50ref như sau: Lớp bùn sét: Eurref

E50ref=[3.99÷5.26] Lớp sét yếu: Eurref

E50ref=[ 4.62÷5.32]

Phần

Phần II.II.II THỰCTHỰCTHỰC HÀNHHÀNHHÀNH MÔMÔMÔ HÌNHHÌNHHÌNH PLAXISPLAXISPLAXIS 2D2D2D - DRYDRY EXCAVATIONEXCAVATION USING A TIE BACK WALL

1 Thông số đầu vào trong Plaxis:

Mở chương trình Plaxis 2D, tạo một dự án mới File → New Project - Trong tab Project của Project Properties, đặt tên tiêu đề dự án

- Trong tab Model của Project Properties, giữ nguyên các giá trị mặc định , khai báo model ( Plane strain) và Elements (15-noded)

- Khai báo kích thước hố đào: x= 100m , y= 30m.

- Trong tab Constants của Project Properties, giữ nguyên các giá trị mặc định trong Plaxis.

2 Khai báo chiều sâu lỗ khoan và thông số các lớp đất 2 Khai báo chiều sâu lỗ khoan và thông số các lớp đất::::: Vào tab Soil → Modify soil layersSoil → Modify soil layers

- Trong tab soil layers, tạo lỗ khoan vị trí x =0, cao độ đỉnh lỗ khoan y = 30m - Khai báo 3 lớp đất có chiều sâu từ trên xuống :

+ Lớp 1 từ 30m xuống 27m, Lớp 2 từ 27m xuống 15m, Lớp 3 từ 15m xuống 0m

- Trong tab Water, khai báo cao độ đỉnh mực nước ngầm y = 23m

- Chọn vào tab Material, khai báo lần lượt 3 lớp đất Silt, Sand, Loam với các chỉ tiêu cơ lý theo bảng dưới :

Bảng thông số chỉ tiêu cơ lý các lớp đất.

- Trong tab Material sets, bấm chọn New để khai báo lần lượt 3 lớp đất SiltSilt, Sand

Sand, Loam Loam Loam với các chỉ tiêu cơ lý theo bảng dưới :

- Trong tab General khai báo tên lớp đất, mô hình áp dụng (material model), material model), thông số chung của lớp đất (general properties)

- Trong tab Parameters khai báo các thông số mô đun đàn hồi, lực dính, góc ma sát trong, góc giãn nở của đất, hệ số power (m) tương quan giữa ứng suất và độ cứng của đất.

- Trong tab Groundwater khai báo thành phần hạt, hệ số thấm của đất.

- Trong tab Interfaces khai báo hệ số tiếp xúc giữa đất và vật liệu.

- Trong tab Initial khai báo hệ số cố kết trước OCR và áp lực cố kết trước

3 Khai báo kết cấu tường chắn hố đào:

- Khai báo các thành phần kết cấu hố đào bao gồm phần vách tường vậy dày 0.35m với các thông số vật liệu sau:

- Thanh chống tường vây và neo vào phần vữa trong đất có thông số vật liệu sau:

- Phần phụt vữa trong đất có thông số vật liệu sau :

- Trong tab Structures, chọn biểu tượng Create line để vẽ tường vây với tọa

- Trong tab Structures, chọn biểu tượng CreateCreate node-to-nodenode-to-nodenode-to-node anchoranchoranchor để vẽ thanh chống xiên với tọa độ (40,27) - (31,21), (40,23) - (31,17), (60,27) - (69,21), (60,23) - (69,17).

- Trong tab Structures, chọn biểu tượng Create Create embedded beamembedded beamembedded beam row row row để vẽ tọa độ phụt vữa với bảng tọa độ sau:

- Trong tab Structurals → Show materials → Plates → New → đặt tên tường vây và khai báo thông số của tường vây

- Trong tab Structurals → Show materials → Anchor → New → đặt tên chống xiên và khai báo thông số của chống xiên

- Trong tab Structurals → Show materials → Embedded beam row→ New →

→ đặt tên dầm và khai báo thông số của dầm