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 1

BÀI GIẢNG

Ứng dụng phần mềmtrong tính toán công

BỘ MÔN THỦY CÔNG

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

Đất có cấu tạo hạt →là môi trường rời rạc, phân tán có tínhlỗ rỗng cao, dưới td củachênhlệch cột nước,nước có thểxuyên qualỗ rỗng trong đất & chuyển động từ nơi có mựcnước cao tới nơi có mực nước thấp

1 Seepage in soil & rock environment

Hạt đất, nước, khí

Trang 5

Hiện tượng dưới td củađộ dốc thủy lực,nước cókhả năng chuyển động xuyên qua lỗ rỗng liên thôngnhau trongđất gọi là hiện tượng thấm của đất Tínhchất bị nước thấm qua gọi làtínhthấm của đất

Trang 6

hA 2

2 PT Bernoulli – N¨ng lượng dßng thÊm

1 DÒNG THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT ĐÁ

vDarcy = ki

Trang 7

71 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 theothời gian tại một điểm hoặc một mặt cắt;

• Dòng không ổn định – Transient flow 

dòng thấm có chế độ thuỷ lực thay đổi theo t.

4 Dòng thấm còn có thể là “confined” –dòng thấm có áp, hoặc “unconfined’ –dòng thấm không áp.

Vùng chảy tầng IVùng chảy rối IIIVùng chuyển tiếp II

Mặt chuẩnhA



Trang 8

1 DÒNG THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT ĐÁ

Tại sao cần phải nghiên cứu về “Thấm”?

Trang 9

● Các đặc trưng về thấm cần chú ý

3-Lưu lượng thấm q (flux)

Trang 10

10MNTL

Trang 11

2 Calculate Seepage through the soil & rock environments

+ Làphần mềm dùng để mô hình hóa chuyển động củanước & phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong môi trườngđất đá theo PTHH

+ Cóthể phân tích các bài toán:

1 Dòngthấm có áp, không áp; Ngấm do mưa; Áp lựcnước lỗ rỗng dư; Thấm ổn định, không ổn định

5.Kết hợp với SLOPEW phân tích ổn định mái dốctrongđK có áp lực lỗ rỗng phức tạp

6.Kết hợp với CTRANW phân tích lan truyền vật ô nhiễm trong đất đá

Đặc điểm chung của SEEP/W

Trang 12

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MễN: THỦY CễNG

Cơ sở lý thuyết của SEEP/W

Cỏcgiả thiết cơ bản của PT thấm

1 Dũngthấm trong đất BH/KBH tuõn theo ĐL Darcy

v = kiQvào

Phân tố đất

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

THđất 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

• TH dòng thấm ko ổn định

Trang 14

Cơ sở của SEEP/W là làmrời rạc hóacácmiền liên tụcphức tạp của bài toán Các miền liên tục đc chia thành

nhiều miền con(phần tử) Các miền này đc liên kết vớinhautạicácđiểm nút.

Trang 15

Trênmiền con này, dạng biến phân tương đươngvới bài toán đc giải xấp xỉ dựa trên các hàm xấpxỉ trên từng phần tử, thoả mãn đk trên biên cùngvới sự cân bằng & liên tục giữa các phần tử

Trang 16

VD MINH HỌA KHẢ NĂNG LV CỦA SEEP/W V.5

11 11

.5

12 12

3.5

1

4.5

Hệ đường thấm, vec tơthấm & đường đẳng thế

0.1

.1 0

.15

1

0.2

0.25

0.3

0.35

Hệ đường đẳng Gradien và lưu lượng thấm dọc mc cừ

q = 1,5872x10-4m/sec/m

K = 6,5x10-5 m/sec5m

TÇng kh«ng thÊm V¸n cõ

Trang 17

K = 1,5 x 10-6 m/sec

TÇng kh«ng thÊmB¶n cõ

Đường phân bố gradien thấm dọc theo mặt đáy hạ lưu đập

0.05

0.0

0.1

0

0.15

0.15 0.15

0.2

0.25

0.3

0.4

0.75

22.5

23

23.5

thế & vecto thấm

Trang 18

I Màn hình giao diện làm việc

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

211.Thiết lập vùng làm việc:

Trang 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

b Gán vật liệu

3 Gán vật liệu sau khi đã nhập hàm thấm

Trang 25

kia

Trang 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 29

Sketch/ TextSkech/ axes

5 Dán nhãn, vẽ trục tọa độ, trang trí cho mô hình

Trang 30

306 Kiểm tra lỗi

Tools Verify/Sort

Trang 31

31

Trang 32

8 Hiển thị kết quả tínhDraw/ Contour

Trang 33

XEM KÕT QU¶

Trang 34

34Hiển thị các đường đẳng thế

Trang 35

35Dán giá trị của các đờng đẳng trị, lu lợng

thấm tại các mặt cắt

Trang 36

Draw /Flow Paths

Trang 37

37

Trang 38

Xem th«ng sè cña c¸c nót vµ phÇn tö

Trang 39

Vẽ các biểu đồ quan hệ – Cột áp

Trang 40

• 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, khoảnglới,

• Lưu trữ bài toán;

• Phác hoạ bài toán, xác định bài toán, xác định loại phân tích, xác định kiểmtra phân tích;

• Xác định hàm thấm;

• Xác định tính chất vật liệu;• Sinh lưới phần tử;

• Chọn thông số cần xem;

• Xác định các điều kiên biên nút;• Xác định mặt cắt tính lưu lượng;• Xác định hệ toạ độ;

Trang 41

1 5F S L = 1 3 m

1 06 m

E l = 2 m

1 4 m

Trang 42

CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ỨNG DỤNG SLOPE

Trang 43

 PP cânbằng giới hạn (Limit equilibirum method_”slope”)

Dựa trên đk cân bằng GH Coulomb, phát triển trên 1 mặt trượtGH 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 giảđịnh trước nằm giữa trạng thái GH trên theo công thức sinh rado chuyển vị và trạng thái GH dưới theo cân bằng ứng suất;Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite element method)

Xéttrạng thái CB-GH tại từng điểm trên mặt trượt thỏa mãncác PT thànhphần 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 CBGH-

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

Giaodiện cửa sổ làm việc của SLOPE/W

Tàiliệu cần để giải một bài toán trong SLOPE/W

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

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

VD3: Bài toánkết hợp SICMA+SLOPE

Trang 49

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

1.Phương pháp cân bằng giới hạn

Trang 50

CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY SLOPE/W

Cơ sở lý thuyết của SLOPE/W

Giaodiện cửa sổ làm việc của SLOPE/W

Tàiliệu cần để giải một bài toán trong SLOPE/W

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

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

VD3: Bài toánkết hợp SICMA+SLOPE

Trang 51

A Tàiliệu 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 cógiátrị 10 và 30 kPa sẽ cắt biên bên trái (đường tâm củamóng)? Đưa ra giá trị cụ thể khi bề rộng móng là B (vớiB = 6 m).

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

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:

+ Dùnglệnh Sketch, vẽ trực tiếp

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

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

Trang 56

Trang 57

3 XÁCĐỊNH LOẠI PHÂN TÍCH:

Trang 58

Trang 59

4 KHAI BÁOVẬT 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 cảứng 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 dùngtrong các phân tíchcố kết.

deformation Nóđộc lập với số thứ tự của vật liệu Ví dụ vật liệu số 2 có thể được gánvới hàm của B là 5 Tham số B được dùng để tính toán sự thay đổi về áp lực nước lỗrỗng 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 Gánđiều 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.

 Giátrị áp lực gán là 40 kPa ở vị trí bể nước tiếp xúc vớinền đất.

vị.

Trang 64

A ĐIỀU KIỆN KHỐNG CHẾ CHUYỂN VỊ

Trang 66

8 Thao tác trang trí:

+ Ghi tiêuđề, thể hiện các ký hiệu, chèn các hình ảnh nếu cần, vẽtrục 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 toán1 Tài liệu mô hình:

Braced Excavation

8 m8 m8 m

Thanh chông

246810121416182022242628303234

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 mềmtrong tính toán công

trình bê tông và bê

BỘ MÔN THỦY CÔNG

Trang 73

1.1 KHÁINIỆM 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 tôngcốt 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

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

Trang 78

Trang 79

1.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Trìnhtự 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) rađời năm 1998Các phiênbản của SAP2000:

Advanced version: phiênbản nâng cao

Standard version: phiênbản chuẩn

Education version: phiênbản giáo dục

SAP2000tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phương phápPTHH (dựa vào mô hình tương thích), tìm ra chuyển vị tại cácđiểm nút của các phần tử, từ đó tính được nội lực, ứng suất

Trang 81

SAP2000 có 2khả năng chính:

đến phức tạp với các tính năng giao tiếp dễ sử dụng, dễ mô tả các dạngkết 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 2khả 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)

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

Dùngđể mô hình các cấu kiện dầm, cột, dànHệ toạ độ địa phương:

Trang 92

Momentxoắn (axial torque) : T

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

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

Trang 93

Vídụ 1: Dầm trên nền đàn hồi

Xác định nội lực và chuyển vị của dầm trên nền đàn hồi có sơ đồ tính toán cho ở hình dưới Tiếtdiện dầm có mặt cắt ngang hình chữ nhật B x H = 1.0 x 0.8m Cho biết p =300kN, M =90 kNm, q= 20kN/m, Vật liệu bê tông có mô đun đàn hồi Eb= 1.94 x 107 kN/m2, hệ số Poisson µb = 0.2, b = 25 kN/m3, hệ số nền k0 = 6 x 107 kN/m3.

Trang 94

Trang 95

 Định nghĩa vật liệu: Define > Materials >

Trang 96

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