tiểu luận HƯỚNG dẫn sử DỤNG PHẦN mềm PLAXIS và PHẦN mềm GEO SLOPE OFFICE 5

Bùi Quang Tiến -45 th 2 Hớng dẫn sử dụng phần mềm PLAXIS PLAXIS là một phần mềm PTHH của Hà LAN đặc biệt dành cho việc tính toán biến dạng và ổn định của các công trình địa kĩ thuật, bằng cách xây dựng mô hình và mô phỏng ứng xử theo thời gian của các loại đất,mô hình hoá các kết cấu và các tơng tác giữa kết cấu và đất.PLAXIS đợc trang bị các tính năng đặc biệt để có thể giải quyết đợc một số khía cạnh của các kết cấu địa kĩ thuật phức tạp và về tính toán kết cấu các công trình ngầm trong đất . A. Cấu trúc của chơng trình PLAXIS : *)Chong trình PLAXIS gồm các môđun chính sau : -Môđun đầu vào (Input) ; -Môđun tính toán (Calculations); -Môđun đầu ra (Output); -Môđun vẽ đồ thị (Curves); *)Các môđun thành phần khác nằm trong các môđun chính : - Môđun tự sinh lới PTHH - Môđun tính toán biến dạng (dẻo ,cố kết ,lới cập nhật) - Môđun thể hiện ra màn hình qua trình tính toán biến dạng - Môđun phân tích tính toán theo phơng pháp PTHH - Môđun động A.1. Môđun đầu vào (Input) Môđun này đợc sử dụng để tạo ra các số liệu đầu vào cho môđun tính toán . 1 Bùi Quang Tiến -45 th 2 Nó cho phép ngời sử dụng tạo ra lới PTHH ,xác định các thông số cơ lí của đất ,thiết lập các điều kiện hiện trờng ,tải trọng mô phỏng các giai đoạn thi công ,các kết quả quan trắc địa kĩ thuật A.2. Môđun tính toán (Calculations) Môđun này dùng để thực hiện các quá trình tính toán theo các giai đoạn thi công ,các kết quả tính toán dùng làm đầu vào của môđun Output. A.3. Môđun đầu ra (Output) Môđun này thực hiện tính toán để thể hiện các biểu đồ các đờng đồng mức các thành phần ứng suất biến dạng của đất nền cà nội lực của các phần tử kết cấu nh môment,lực cắt,lực dọc,biến dạng các kêt quả tính toán thể hiện theo các bảng số liệu và có thể chuyển sang các phần mềm khác để in ấn. A.4. Môđun vẽ đồ thị (Curves) Môđun này dùng để chuyển đổi các kết quả tính toán đợc từ môđun tính toán sang dạng đồ thị để xem xét đánh giá. B. Khả năng áp dụng của chơng trình ứng dụng chơng trình vào các bài toán về mái dốc,hố đào, hầm(tunnel) cho ngời đi bộ , đờng hầm giao thông,đờng hào kĩ thuật(collector), đờng tàu điện ngầm và các dạng công trình ngầm khác. Chơng trình PLAXIS cho phép xác định trạng thái ứng suất biến dạng của bản thân kết cấu ( vỏ công trình ngầm và các kết cấu khác có liên quan ),đất nền xung quanh và các quá trình tơng tác giữa đất nền ,kết cấu bên trên và kết cấu công trình ngầm. Chơng trình PLAXIS có thể tính toán cho các dạng bài toán sau : 2 Bùi Quang Tiến -45 th 2 -Bài toán phẳng 2D. -Bài toán phẳng đối xứng trục. -Bài toán không gian 3D cho việc mô tả trạng thái ứng suất biến dạng trong các giai đoạn thi công thực tế theo không gian kể cả các phơng pháp thi công hiện đại ( nh các phơng pháp đào ngầm ). -Các mô hình nền đa dạng có kể đến quá trình thoát nớc,không thoát nớc ,cố kết và từ biến ,mô tả đợc sự hình thành các khe nứt giữa đất và kết cấu trong quá trình làm việc nhờ phần tử tiếp xúc : +Đàn hồi tuyến tính :đồng nhất đẳng hớng +Mô hình mohr-coulomb , quan hệ ứng suất biến dạng là đờng đàn dẻo tuyệt đối ; +Trạng thái tới hạn dùng cho đất sét yếu : mô hình Cam Clay có kể tới từ biến ; +Từ biến của đất yếu : mô hình này cho phép kể đến quá trình lún thứ cấp của đất yếu ; +Tái bền : mô hình cho phép mô tả quan hệ ứng suất biến dạng của đất theo đờng hypebol; -Bài toán động (đóng cọc ,động đất và các dạng tải có chu kỳ khác) dùng cho bài toán phẳng . Các dạng phần tử trong PLAXIS : -Các phần tử 1 chiều (dùng cho bài toán biến dạng phẳng ): +Dầm 3 nút (beam 3 nút) +Dầm 6 nút (beam 6 nút) Các phần tử này sử dụng lí thuyết của Mindlin cho phép chịu biến dạng uốn do môment và lực cắt gây ra . 3 Bùi Quang Tiến -45 th 2 -Các phần tử 2 chiều (dùng cho bài toán biến dạng phẳng và đối xứng trục): +Tam giác 6 nút +Tam giác 15 nút +Tam giác khối 15 nút -Các phần tử chuyển tiếp :phần tử chuyển tiếp 6 nút . C. Các môđun trong phần mềm C.1.Môđun Input 4 Bùi Quang Tiến -45 th 2 Graphical input & geometry model : Đầu vào gồm các lớp đất ,các kết cấu , các giai đoạn thi công ,các tải trọng ,các điêù kiện biên trên cơ sở các tiện tích vẽ (cad) Automatic mesh generation : PLAXIS cho phép tự động toàn bộ sinh ra các lới PTHH phi cấu trúc với các lựa chọn làm mịn lới tổng thể hay cục bộ, những lới này có thể chứa hàng ngàn phần tử. Beams : Các phần tử dầm đặc biệt đợc dùng để mô hình hoá sự uốn của tờng chắn ,các lớp vỏ tunnel và các kết cấu có độ mảnh . Beams hinges :dầm có liên kết khớp là một dầm liên tục cho pjép có các chuyển vi xoay tại các điểm ,dầm có khớp có thể sử dụng để tạo các mối nối tại các đầu dầm có chuyển vị xoay tự do. 5 Bùi Quang Tiến -45 th 2 Interfaces: Những phần tử liên kết sử dụng trong tính toán có liên quan tới tơng tác đất- kết cấu .Chúng có thể đợc sử dụng để mô phỏng các vùng có chiều dày nhỏ của các vật liêu chịu cắt tại các điểm tiếp xúc của móng ,cọc,vải địa kĩ thuật ,tờng chắn Các giá trị của góc ma sát tiếp xúc và lực bám có thế sử dụng cho các phần tử này . Anchor : Các phần tử lò xo đợc sử dụng để mô hình hoá các neo và thanh chống, đợc xác định bằng độ kháng cứng nén và lực nén cực đại. Geotextiles : Vải và lới địa kĩ thuật thờng đợc sủ dụng trong thực tế để thi công gia cố các đê ,đập hoặc các kết cấu đá dạng tờng chắn , đợc mô phỏng bằng cách sử dụng các phần tử chịu kéo đặc biệt trong PLAXIS . Tunnel : Tạo ra các tunnel hình tròn hoặc không phải hình tròn bằng các vòm ,các phần tử dầm và phần tử tiêp xúc có thể đợc thêm vào để mô hình hoá lớp vỏ tunnel và các tơng tác với đất nền xung quanh . Boundary conditions : Đây là một mục đặc biệt có sẵn để áp dụng các điều kiện biên tiêu chuẩn cho hầu hết các trờng hợp . Load : Có hai hệ tải trọng độc lập với nhau có thể đợc sử dụng cho các tải trọng tập trung và phân bố . Material set database: Các đặc trng vật liệu của đất cũng nh các phần tử kết cấu đợc đa vào cơ sở dữ liệu của bài toán .Các tập hợp số liệu về vật liệu của bài toán có thể đ- ợc copy vào dữ liệu tổng thể để sử dụng cho bài toán khác . Steady state pore pressure : Cho phép tự sinh áp lực nớc lỗ rỗng ở trạng thái ổn định theo hai phơng pháp : Ground flow analysis và Phreatic lines . Initial stress generation : Tự sinh các ứng suất ban đầu bằng cách chỉ định Ko hoặc sử dụng chức năng Gravity loading . C.2.Môđun Tính toán (Calcultation) : 6 Bùi Quang Tiến -45 th 2 Chơng trình tính toán chỉ xem xét tới tính toán biến dạng và phân biệt gia tính toán dẻo ,tính toán cố kết và tính toán theo lới cập nhật .Trong mỗi bài toán , một vài giai đoạn tính toán có thể đợc chỉ định trớc . Plastic calculation: Trong theo dạng này , các hệ số tải trọng đợc sử dụng để kích hoạt các thành phần sau : các tải cho trớc ( tải trọng tập trung , tải phân bố ) , các chuyển vị cỡng bức , trọng lợng đất và các hao hụt . Đây là tính năng quan trọng trong việc mô phỏng quá trình thi công . Staged construction : Có thể mô phỏng quá trình thi công và quá trình đào bằng cách kích hoạt hay kông kích hoạt các vùng phần tử . Quá trình này cho phép xem xét các ứng suất và chuyển dịch do một quá trình nào đó gây ra chẳng hạn nh trong việc thi công một đập đất hoặc một hố đaò cho tầng hầm sâu . Mục staged construction cũng đợc sử dụng tính toán lới cập nhật Lagrangian đợc cho ở mục Updates Mesh của Playxis. Consodation : sự tiêu tán áp lực nớc rỗng d theo thời gian có thể đợc tính toán trong phân tích cố kết . Tính toán cố kết cấu các thông số đầu vào là các hệ số thấm trong các lớp đất khác nhau . Các bớc thời gian đợc tự động đa vào trong tính toán đơn giản và dễ thực hiện . 7 Bùi Quang Tiến -45 th 2 Updated Lagrangian analysis : Sử dụng mục này đề lới PTHH đợc tự động cập nhật trong quá trình tính toán . Trong một vài trờng hợp, biến dạng nhỏ thông thờng có thể cho những thay đổi lớn về mặt hình học . Khi đó để tính toán chính xác hơn cần sử dụng tính toán lới cập nhật Lagrangian đợc cho ở mục Updated Mesh của Plaxis . Safely factors : các hệ số an toàn thờng đợc xác định nh là một tỉ số cuả tải trọng phá hoại với tải trọng làm việc . Định nghĩa này phù hợp vớí các kết cấu móng nhng không thích hợp với đề đập và tờng cọc . Khi đó một cơ chế phù hợp hơn để xác định hệ số an toàn của đất là sử dụng hệ số giữa cờng độ kháng cắt có sẵn với cờng độ kháng cắt tối thiểu để cân bằng . Trong Plaxis hệ số an toàn này đợc tính toán sử dụng mục phi-c reduction. Canculation manager : Trong mục này, một vài bài toán có thể đợc lựa chọn cho quá trình tính toán tiếp theo . Điều này cho phép tận dụng tính toán trong thời gian rỗi của máy tính và rất hữu ích để nghiên cứu các thông số . Automatic load stepping : Plaxis có thể chạy tự động từng bớc một và tự động lựa chọn chế độ bớc thời gian, điều này tránh cho ngời sử dụng phải lựa chọn bớc thời gian gia tải trong tính toán dẻo và đảm bảo cho quá trình tính toán tiếp theo . Arc-length control : Tính năng này cho phép tính toán chính xác các tải trọng sập đổ và cơ chế phá hoại xẩy ra . Thông thờng trong tính toán kiểm soát tải trọng, quá trình tơng tác bị phá vỡ ngay khi tải trọng tăng tới tải trong cực hạn . Với mục arc-length control các tải trọng tác dụng đợc tỉ lệ hoá để xem xét thì tải trọng tới hạn và các tải trọng d sau đó . C.2.Môđun Output : 8 Bùi Quang Tiến -45 th 2 Chơng trình Plaxis Post processor có tính năng đồ hoạ mở rộng để thể hiện các kết quả tính toán đợc . Các giá trị chính xác của chuyển dịch, ứng suất và nội lực trong kết cấu có thể đợc xuất trực tiếp ra clipboard của Windows để đa vào các chơng trình bảng tính, xử lý văn bản các phần mềm khác . Deformation : Đầu ra đồ hoạ của biến dạng gồm có : lới biến dạng, các chuyển dịch tổng hay chuyển dịch theo giai đoạn, các biến dạng tổng hay theo giai đoạn . Tất cả các đồ thị chuyển dịch và biến dạng có thể xem dới dạng mũi tên chuyển dịch, các đ- ờng đồng mức tô màu . Stress : Đầu ra đồ hoạ của các ứng suất gồm có : các ứng dụng suất hữu hiệu, các ứng suất tổng, các áp lực lỗ rỗng và áp lực lỗ rỗng d . Các ứng suất có thể đợc xem bằng các đờng đồng mức hay tô màu . Structural forces & displacements : Các đồ thị và các bảng đợc thể hiện cho các lực dọc, lực cắt, lực kéo và mômen uốn trong các phần tử kết cấu . Các ứng suất và chuyển dịch của phần tử kết cấu cũng có thể đợc đa ra xem xét . Cross sections : Mục này cho phép Plaxis tạo ra các đồ thị cho tất cả các dạng ứng suất và chuyển dịch ở mỗi mặt cắt ngang hình học cần xem xét . Load dissplacement curves & Stress paths : Đây là công cụ đặc biệt để vẽ các đ- ờng tải trọng chuyển vị, các đờng ứng suất và các biểu đồ ứng suất biến dạng . Đặc biệt sự ứng xử cục bô của đất và có thể phân tích chi tiêt các kết quả do Plaxis tính toán. D.Các bớc tiến hành một chơng trình tính bằng PLAXIS: 9 Bùi Quang Tiến -45 th 2 a) Xác định tên dự án ,các thông tin về dự án ,mặt cắt địa chất va sơ đồ tính toán của bài toán ,mô hình và các dạng phần tử cần sử dụng ,các tải trọng tác động . b) Vào các thông số hình học : tạo dự án mới ,tạo sơ đồ hình học,nhập các đặc trng cơ lí của vật liệu, nhập các điều kiện biên ,tải trọng tác động (lực tập trung ,lực phân bố ,lực gia tải trớc trong các phần tử dầm mô phỏng thanh chống hoặc neo có gia tải ). c) Thiết lập các điều kiện ban đầu của bài toán :tạo ứng suất nền ở trạng thái ban đầu của hiện trờng ,tạo áp lực nớc lỗ rỗng ban đầu nếu có . d) Tự sinh lới phần tử hữu hạn : e) Thiết lập các giai đoạn tính toán : -Tạo các phần tử cần bỏ hoặc thêm để mô phỏng công trình ,các tải trọng hay các thay đổi của đặc trng vật liệu trong các giai đoạn cần tính toán . -Chọn các giai đoạn cần tính toán và các điểm cần xem xét . f) Chạy chơng trình tính toán : g) Thể hiện các thông số đầu ra và kiểm tra theo yêu cầu : Các số liệu đầu ra khi tính toán là : - Các dạng ứng suất là ứng suất lệch ứng suất chính, hữu hiệu -Các trạng thái biến dạng thể hiện bằng lới biến dạng là chuyển vị ngang, lún tại điểm để đánh giá mức độ ổn định của công trình . - Các dạng áp lực nớc lỗ rỗng . - Chú giải cho tất cả các hình vẽ . -Định dạng đa ra các bảng hoặc biểu đồ cho số liệu đầu ra . Có thể đánh giá hệ số an toàn cho các bài toán về khối đất đắp hay hố đào 10 [...]... Tiến -45th2 bằng cách sử dụng mục C phi reduction trong môđun tính toán ,rôi dùng môđun vẽ đồ thị để thể hiện số liệu hiện hành 11 Bùi Quang Tiến -45th2 Hớng dẫn sử dụng phần mềm Geo- Slope office. 5 A Cấu trúc của chơng trình Geo- Slope office. 5 Phần mềm địa kỹ thuật Geo- slope gồm 6 môđun hoạt động riêng biệt ,mỗi môđun có một chức năng để tính toán khác nhau : SIGMA/W,SEEP/W, CTRAN/W ,QUAKE/W ,SLOPE/ W... thành và phân bố lại áp lực nớc lỗ rỗng d và vùng có tiềm năng hóa lỏng A .5. MÔĐUN SLOPe/ W V .5 : Phân tích ổn định mái đất -đá theo phơng pháp cân bằng giới hạn trong khối đất bão hoà và không bão hoà gồm 9 phơng pháp khác nhau Có thể phân tích và giải các bài toán không đồng nhất trên nền đá ,trờng hợp mặt trợt xác định theo từng khối ,mái đất chịu tải trọng ngoài và có gia cố 14 Bùi Quang Tiến -45th2... kết thấm 15 Bùi Quang Tiến -45th2 Do đó có thể áp dụng vào việc tính toán thiết ké các công trình xây dựng ,địa kĩ thuật và khai thác mỏ có liên quan B.Ví dụ minh họa : dùng SLOPE/ W để tính ổn định nền đờng bằng đất đắp Số liệu : đất đắp cao 3 m = 17 KN/ m3 ,C=4 , =32; Lớp đât đới nền đờng là đất cát có 2 lớp : - lớp 1 có = 16 KN/ m3 ,C =5 , =20 ; dày 3 m - lớp 1 có = 18 KN/ m3 ,C=10, = 25; dày 16 m... trình vận chuyển chất ô nhiễm phức tạp hơn nh khuyếch tán ,phát tán ,phân rã phóng xạ vào dòng thấm và vận chuyển theo gradient mật độ 13 Bùi Quang Tiến -45th2 A.4.MÔĐUN QUAKe/W V .5 : Dùng để phân tích động lực động đất theo PTHH chủ yếu cho các công trình đất và môi trờng ĐKT với giả thiết là mô hình đàn hồi tuyến tính và tuyến tính tơng đơng ,chịu tác động lực của động đất Với phiên bản này ,bên cạnh... A.2.MÔĐUN SEEP/W V .5 : Dùng để mô hình hoá chuyển động của nớc và phân bố áp lực nớc lỗ rỗng trong môi trờng đất đá theo PTHH SEEP/W có thể phân tích các bài toán : dòng thấm không áp ,ngấm do ma ,thấm từ bồn chứa ảnh hởng tới mực nớc ngầm,áp lực nớc lỗ rỗng d và thấm chuyển tiếp A.3.MÔĐUN CTRAN/W V .5 : Dùng để mô hình hoá chuyển vận của các chất ô nhiễm qua các vật liệu có tính rỗng nh đất và đá Để thực... V .5 : Dùng để phân tích ứng suất biến dạng trong môi trừờng đất đá theo phơng pháp phần tử hữu hạn ,với các bài toán biến dạng phẳng ,đối xứng trục theo lý thuyết chuyển vị ,biến dạng nhỏ về nền móng ,khối đắp , hố móng , tunnel ,tính toán áp lực lỗ rỗng tăng thêm khi chất tải và quá trình tiêu tan của nó Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến 12 Bùi Quang Tiến -45th2... TEMP/W V .5 : Phân tích ảnh hởng của nhiệt độ theo phơng pháp PTHH trong nền đất tới môi trờng xung quanh và công trình xây dựng *)Ghép nối giữa các môđun với nhau : -SLOPE/ W có thể ghép nối với SEEP/W để phân tích ổn định mái dốc trong điều kiện áp lực nớc lỗ rỗng phức tạp ,với SIGMA/W phân tích ổn đinh mái dốc theo phân tố , với QUAKE/W phân tích ổn định mái dốc có xét tới tấc động động đất và phân... hình học , tạo ra các lớp đất ,nền đờng,tính theo phơng pháp Morgenstern-Price +Bớc 2: Nhập tải trọng nền đừơng,xác các định bán kính và tâm trợt 16 Bùi Quang Tiến -45th2 +Bớc 3: Tiến hành giải bài toán,thu đợc kết quả nh hình: 17 Bùi Quang Tiến -45th2 18 Bùi Quang Tiến -45th2 19 . Quang Tiến - 45 th 2 Hớng dẫn sử dụng phần mềm Geo- Slope office. 5 A. Cấu trúc của chơng trình Geo- Slope office. 5 Phần mềm địa kỹ thuật Geo- slope gồm 6 môđun hoạt động riêng biệt ,mỗi môđun. Bùi Quang Tiến - 45 th 2 Hớng dẫn sử dụng phần mềm PLAXIS PLAXIS là một phần mềm PTHH của Hà LAN đặc biệt dành cho việc tính toán biến dạng và ổn định của các công trình địa. thế sử dụng cho các phần tử này . Anchor : Các phần tử lò xo đợc sử dụng để mô hình hoá các neo và thanh chống, đợc xác định bằng độ kháng cứng nén và lực nén cực đại. Geotextiles : Vải và lới