bài giảng ứng dụng phương pháp số trong kỹ thuật công trình thủy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MễN: THỦY CễNG• Hệ đờng thấm;• Zoom In and Out• In kết quả;• Hiển thị thông tin nút và phần tử;• Vẽ đồ thị các kết quả• Xác định vùng làm việc, tỷ lệ, khoảnglớ

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN: THỦY CÔNG

2

Trang 3

 KN về dòng thấm trong môi trường đất đá.

 Modul SEEP/W trong Geo-Slope

 Ổn định mái dốc và nguyên lý tính toán

 Modul SLOPE/W trong Geo-slope

 Ứng dụng SEEP/W & SLOPE/W trong các

bài toán ĐKT.

3

Trang 4

4

Đất có cấu tạo hạt →là môi trường rời rạc, phân tán có tính

lỗ rỗng cao, dưới td của chênh lệch cột nước , nước có thể xuyên qua lỗ rỗng trong đất & chuyển động từ nơi có mực nước cao tới nơi có mực nước thấp

1 Seepage in soil & rock environment

Hạt đất, nước, khí

Trang 5

Hiện tượng dưới td của độ dốc thủy lực , nước có khả năng chuyển động xuyên qua lỗ rỗng liên thông nhau trong đất gọi là hiện tượng thấm của đất Tính chất bị nước thấm qua gọi là tính thấm của đất

Trang 6

v u

• Tæng thÕ n¨ng cña dßng thÊm t¹i A

2 PT Bernoulli – N¨ng lượng dßng thÊm

1 DÒNG THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT

ĐÁ

vDarcy = ki

Trang 7

1 Dòng thấm từ A đến B do hiệu thế năng h:

2.Tuỳ theo q/hệ giữa v  i dòng thấm:

nứt nẻ, sỏi cuội, cát rất thô,

3 Tuỳ theo trạng thái của dòng thấm:

• Dòng ổn định – Steady flow  vectơ tốc

độ dòng thấm ko đổi về độ lớn - hớng theo

thời gian tại một điểm hoặc một mặt cắt;

Trang 8

1 DÒNG THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT

ĐÁ

8

Tại sao cần phải nghiên cứu về “Thấm”?

1 Vấn đề mất nước

- Làm giảm hiệu quả tích nước của hồ chứa.

- Ảh đến thi công do nước chảy vào hố móng.

2 Tác động của dòng thấm do lực thấm J = w.i

- Gây xói ngầm cơ học dưới đáy CT→ BD thấm

- Chảy đất, mạch đùn, mạch sủi tại chỗ dòng thấm thoát ra khi gradien thấm đạt giá trị giới hạn igh

Trang 9

● Các đặc trưng về thấm cần chú ý

3- Lưu lượng thấm q (flux)

Trang 10

Trang 11

1 1

2 Calculate Seepage through the soil & rock environments

+ Là phần mềm dùng để mô hình hóa chuyển động của nước & phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong môi trường

đất đá theo PTHH

+ Có thể phân tích các bài toán:

1 Dòng thấm có áp, không áp; Ngấm do mưa; Áp lực

nước lỗ rỗng dư; Thấm ổn định, không ổn định

5 Kết hợp với SLOPEW phân tích ổn định mái dốc

Trang 12

BỘ MễN: THỦY CễNG

12

Cơ sở lý thuyết của SEEP/W

Cỏc giả thiết cơ bản của PT thấm

1 Dũng thấm trong đất BH/KBH tuõn theo ĐL Darcy

v = ki Qvào

Qra

Phân tố đất

1

2 Qvào – Qra = biến thiờn độ ẩm thể tớch 𝛥𝜃

TH đất bóo hũa, Qvào = Qra → dũng thấm ổn định;

3.(  - ua) = 0  ko ảh đến  , chỉ ( ua – uw) ảh   cú nghĩa

là chỉ cú biến thiờn ỏp lực nước lỗ rỗng ảh tới 

Trang 13

H k

y x

H k

t

H m

t

Q y

H k

y x

H k

Trang 14

14

Cơ sở của SEEP/W là làm rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài toán Các miền liên tục đc chia thành

nhiều miền con (phần tử) Các miền này đc liên kết với nhau tại các điểm nút

Trang 15

Trên miền con này, dạng biến phân tương đương

với bài toán đc giải xấp xỉ dựa trên các hàm xấp

xỉ trên từng phần tử, thoả mãn đk trên biên cùng

với sự cân bằng & liên tục giữa các phần tử

Trang 16

VD MINH HỌA KHẢ NĂNG LV CỦA SEEP/W

V.5

16

11

11.5

12

12.5

3.5

1

4.5

.1 0

.1 5

.1

0 2

0 25

0 3

Vùng nguy hiểm

d/2

Phù hợp TN của R.F Craig, 1995

Trang 17

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

0.1

0

0 1

5

0.15 0.15

0 2

0.2

0 2

5

0 3

0.4

0 75

thế & vecto thấm

Trang 18

I Màn hình giao diện làm việc

18

GIỚI THIỆU BỘ PHẦN MỀM SEEPW

Trang 19

II Sơ đồ khối giải BT địa kỹ thuật dùng SEEP/W

19

Trang 20

Trang 21

Set  Grid

Lưu bài toán File/ save

Trang 22

22

2 Phác thảo mô hình hình học của bài toán

II Các bước giải 1 bài toán dùng SEEP/W:

SKETCH/ LINE

Trang 23

KeyIn  Functions  Conductivity

Edit 

a Nhập hàm thấm

Trang 24

24

b Gán vật liệu

3 Gán vật liệu sau khi đã nhập hàm thấm

Trang 25

kia

Trang 26

26

4 Nhập điều kiện biên cho bài toán

2 loại đk biên: đk cột nước

& đk biên về lưu lượng

Trang 27

Chú ý đk biên về cột nước:

Cột nước tổng:

u: áp lực nước lỗ rỗng,

z : tọa độ của điểm tính toán

Vậy, luôn nhập đk biên về cột nước cho thượng lưu bằng cao trình điểm tính cộng với chiều cao cột nước nó phải

chịu

Trang 28

28

Trang 30

30

6 Kiểm tra lỗi

Tools  Verify/Sort

Trang 31

31

Trang 32

32

8 Hiển thị kết quả tính

Draw/ Contour

Trang 33

XEM KÕT QU¶

Trang 34

34Hiển thị các đ ường đẳng thế

Trang 35

Dán giá trị của các đờng đẳng trị, lu lợng

thấm tại các mặt cắt

Trang 36

36

Draw /Flow Paths

Trang 37

37

Trang 38

38

Xem th«ng sè cña c¸c nót vµ phÇn tö

Trang 39

Vẽ các biểu đồ quan hệ – Cột áp

Trang 40

40

• Kiểm tra số liệu.

SOLVE CONTOUR

• Lưu trữ bài toán;

• Phác hoạ bài toán, xác định bài toán,

Trang 42

CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

ỨNG DỤNG SLOPE

Trang 43

 PP cân bằng giới hạn (Limit equilibirum method_”slope”)

Dựa trên đk cân bằng GH Coulomb, phát triển trên 1 mặt trượt

GH giả định trước của khối trượt, xem như một cố thể

 Phương pháp phân tích giới hạn (Limit analysis method)

Dựa trên lý thuyết dẻo, xem trạng thái GH trên mặt trượt giả định trước nằm giữa trạng thái GH trên theo công thức sinh ra

do chuyển vị và trạng thái GH dưới theo cân bằng ứng suất;

 Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite element method)

Xét trạng thái CB-GH tại từng điểm trên mặt trượt thỏa mãn các PT thành phần trong lý thuyết đàn hồi và đk CB-GH Mohr- Coulomb

Trang 44

Nội dung giới thiệu SLOPE/W

 Đặc điểm chung và khả năng của SLOPE/W;

 Sơ đồ tính toán, xác định FS theo PP

Trang 45

 Slope/w là phần mềm dùng để phân tích ổn định mái đất- đá theo phương pháp cân bằng giới hạn khối trong đất BH và KBH theo 9 PP khác nhau.

đk có áp lực nước lỗ rỗng phức tạp;

động động đất;

Trang 46

2 Sơ đồ tính toán, xác định FS theo PP CBGH- Phân thỏi

Trang 48

CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY SLOPE/W

 Cơ sở lý thuyết của SLOPE/W

 Giao diện cửa sổ làm việc của SLOPE/W

 Tài liệu cần để giải một bài toán trong SLOPE/W

 Hướng dẫn ví dụ 1: Bài toán tính ổn định mái taluy

 Hướng dẫn ví dụ 2: Bài toán ổn định mái đập đất.

 VD3: Bài toán kết hợp SICMA+SLOPE

Trang 49

Nguyễn Thị Việt Phương – Bộ môn Địa Kỹ thuật May 6, 2024

1 Phương pháp cân bằng giới hạn

Trang 50

CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY SLOPE/W

 Cơ sở lý thuyết của SLOPE/W

 Giao diện cửa sổ làm việc của SLOPE/W

 Tài liệu cần để giải một bài toán trong SLOPE/W

 Hướng dẫn ví dụ 1: Bài toán tính ổn định mái taluy

 Hướng dẫn ví dụ 2: Bài toán ổn định mái đập đất.

 VD3: Bài toán kết hợp SICMA+SLOPE

Trang 51

A Tài liệu tính toán:

Nền chịu tải trọng phân bố đều từ một móng hình tròn với các kích thước mặt

cắt và chỉ tiêu cơ lý của đất nền như trong Hình 1:

Hình 1.1 Mặt cắt khối đắp tính toán

Trang 52

1) Hiện đường đẳng áp lực thẳng đứng phía dưới móng

90 kPa.

2) Tại chiều sâu bao nhiêu phía dưới móng đường đẳng có giá trị 10 và 30 kPa sẽ cắt biên bên trái (đường tâm của móng)? Đưa ra giá trị cụ thể khi bề rộng móng là B (với

B = 6 m).

3) Làm lại bài trên khi E = 3000 kPa và E = 10.000 kPa Biểu đồ áp lực thay đổi như thế nào khi độ cứng của đất thay đổi?

Trang 53

Kích thước hình học của mô hình hình học dự định tính.

Trang 54

Trang 55

2 Vẽ mô hình hình học:

học cho bài toán:

+ Dùng lệnh Sketch, vẽ trực tiếp

+ Nhập một số nút tại một số vị trí đặc biệt trên hình vẽ, sau đó nối các nút này lại

+ Import mô hình từ file ảnh bên ngoài sau đó đổi tỷ lệ

Trang 56

Trang 57

3 XÁC ĐỊNH LOẠI PHÂN TÍCH:

Trang 58

Trang 59

4 KHAI BÁO VẬT LIỆU

Trang 60

 Chú ý:

 # Số thứ tự của vật liệu được mô tả trong bảng kê.

có: Linear-Elastic, Anisotropic Linear-Elastic, Nonlinear Elastic, Elastic-Plastic, Strain Softening, Cam-Clay, and Modified Cam-Clay.

được sử dụng các tham số của ứng suất tổng hay ứng suất hiệu quả Có thể chọn cả ứng suất tổng hoặc ứng suất hiệu quả, Tuy nhiên, tham số ứng suất tổng chỉ được

chọn trong phân tích không thoát nước Các tham số của ứng suất hiệu quả được dùng trong các phân tích cố kết.

deformation Nó độc lập với số thứ tự của vật liệu Ví dụ vật liệu số 2 có thể được gán với hàm của B là 5 Tham số B được dùng để tính toán sự thay đổi về áp lực nước lỗ rỗng trong điều kiện không thoát nước do sự biến đổi của ứng suất trong bình

Trang 61

 Với bài toán này, việc tạo lưới phần tử hữu hạn sẽ được phân biệt theo 4 vùng; tất cả các phần tử sẽ có dạng tứ giác Ở vùng gần bể nên chọn loại

phần tử 8 nút

Trang 62

Trang 63

7 Gán điều kiện biên (Boundary conditions)

vị, lực, hay độ cứng lò xo có thể được gán tại các nút

Cũng có thể gán điều kiện biên áp lực dọc theo biên của

phương ngang nhưng có thể chuyển vị tự do theo trục y.

 Giá trị áp lực gán là 40 kPa ở vị trí bể nước tiếp xúc với nền đất.

vị.

Trang 64

A ĐIỀU KIỆN KHỐNG CHẾ CHUYỂN VỊ

Trang 66

8 Thao tác trang trí:

+ Ghi tiêu đề, thể hiện các ký hiệu, chèn các hình ảnh nếu cần, vẽ trục tọa độ.

Trang 67

9 KIỂM TRA LỖI VÀ CHẠY BÀI TOÁN

Trang 68

II XUẤT KẾT QUẢ TÍNH THEO YÊU CẦU.

Trang 69

2 Chuyển vị ngang các điểm tại cao trình -12 m dưới móng

Trang 70

BÀI 2: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG CỦA NỀN KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO THEO GIAI ĐOẠN

I Tài liệu tính toán

1 Tài liệu mô hình:

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Trang 71

 Đất nền: E = 10000 kPa, Poisson’s = 0,45

II Yêu cầu:

Phân tích ưng suất và biến dạng của vùng đất xung quanh hố đào khi có và không có thanh chống ? Nhận xét ?

Trang 72

BÀI GIẢNG

Ứng dụng phần mềm

trong tính toán công

trình bê tông và bê

BỘ MÔN THỦY CÔNG

Trang 73

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

 Bố trí cốt thép để chịu ứng suất kéo

 Bố trí cốt thép ở vùng nén (cấu tạo, trợ lực cho bê tông)

Trang 74

 Bê tông cốt thép:

 Vật liệu xây dựng hỗn hợp, bê tông và cốt thép cùng phối hợp làm việc

 Sử dụng rộng rãi, chủ yếu trong xây dựng

Trang 75

 Khoa học & công nghệ trong xây dựng phát triển:

 Tự động hoá tính toán và thiết kế bằng phần mềm

 Dựa trên phương pháp số: Phần tử hữu hạn

 Một số phần mềm nổi tiếng sử dụng rộng rãi:

Trang 76

1.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

 Dùng công thức biến phân của bài

toán biên

 Miền tính toán (miền xác định của PT

đạo hàm riêng) được rời rạc thành

các miền con.

 Phương pháp số tìm nghiệm xấp xỉ của các PT đạo hàm riêng

Trang 77

Nút Phần tử

Trang 78

Trang 79

1.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

 Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phương pháp PTHH

Trang 80

1.3 PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU SAP2000

 SAP2000 (Structural Analysis Program) ra đời năm 1998

 Các phiên bản của SAP2000:

 Advanced version: phiên bản nâng cao

 Standard version: phiên bản chuẩn

 Education version: phiên bản giáo dục

 SAP2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phương pháp PTHH (dựa vào mô hình tương thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính được nội lực, ứng suất

Trang 81

 SAP2000 có 2 khả năng chính:

đến phức tạp với các tính năng giao tiếp dễ sử dụng, dễ mô tả các dạng kết cấu

 Thực hiện các bài toán: phân tích tĩnh, phân tích động

 Vật liệu: đẳng hướng, trực hướng hoặc phi tuyến

 Tải trọng: tập trung, phân bố, áp lực của chất lỏng, khí

 Kết quả tính toán: xem trực tiếp trên màn hình hoặc đọc ở dạng văn bản

Trang 82

 SAP2000 có 2 khả năng chính:

chuẩn BS, ACI, ASSHTO, CSA, EUROCODE

 Chưa hỗ trợ thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn Việt Nam

Trang 83

 Một số khái niệm cơ bản:

Trang 84

 Hệ đơn vị: English và Metric

 Đơn vị lực, chiều dài, nhiệt độ và thời gian

Trang 85

 Hệ toạ độ (coordinate system)

a Hệ toạ độ tổng thể (Global system):

- Hệ toạ độ vuông góc trong không gian 3 chiều

- Chiều xác định bằng quy tắc bàn tay phải, là các trục X, Y, Z trong SAP2000

Trang 86

 Hệ toạ độ (coordinate system)

b Hệ toạ độ địa phương (Local system):

- Mỗi thành phần cơ bản của kết cấu (nút,phần tử ,hay ràng buộc chuyển vị) đều có các hệ tọa độ địa phương của chính nó.

- Xác định bằng quy tắc bàn tay phải, kí hiệu các trục 1,2,3

(Trục 1 màu đỏ,trục 2 màu trắng và trục 3 màu xanh)

Trang 87

 Bậc tự do của nút (DOF- Degree of freedom)

 Là số thành phần chuyển vị của nút đó

 Mỗi nút: 6 thành phần chuyển vị

 Bậc tự do ràng buộc (Restraint): chuyển vị bị ràng buộc

sinh phản lực tương ứng trong phân tích

 Bậc tự do hạn chế (Constraint): chuyển vị phụ thuộc

chuyển vị của bậc tự do khác khi phân tích

Trang 88

 Ứng dụng tính toán trong công trình thuỷ lợi, thuỷ điện

Trang 89

Trang 90

Trang 91

2.ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN SỬ DỤNG PHẦN TỬ THANH

 Phần tử thanh: xác định bởi 2 điểm nút

 Dùng để mô hình các cấu kiện dầm, cột, dàn

 Hệ toạ độ địa phương:

Trang 92

 Moment xoắn (axial torque) : T

 Moment uốn (phụ) (bending moment): M2 (xoay quanh trục 2)

 Moment uốn (chính) (bending moment): M3 (xoay quanh trục 3)

Trang 94

Trang 95

 Ví dụ 1: Dầm trên nền đàn hồi

 Định nghĩa vật liệu: Define > Materials >

Trang 96

 Định nghĩa tiết diện dầm: Define > Section Properties > Frame Sections > Add New Property >

Trang 97

 Gán tiết diện dầm: Chọn đối tượng gán là 3 đoạn dầm > Assign > Frames > Frame Section > Xuất hiện

bảng Frame Property > Chọn DAM > OK

Tiêu đề	Bài Giảng Ứng Dụng Phương Pháp Số Trong Kỹ Thuật Công Trình Thủy
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Thủy Công

Định dạng
Số trang	213
Dung lượng	11,92 MB