BÀI tập lớn TIN ỨNG DỤNG TRONG địa kỹ THUẬT

 Liệt kê tóm tắt các tài liệu cần thiết khi giải bài toán tính ứng suất và biến dạngdùng SIGMA/W Câu 3:  Anh chị hãy tóm tắt chi tiết các bước cần thiết để thực hiện một bài toán tính

BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG TRONG ĐỊA KỸ THUẬT.

Giảng viên hướng dẫn: Phan Khánh Linh

Sinh viên thực hiện: Phan Liên Bang

 Anh (chị) hãy tóm tắt chi tiết các bước cần thiết để giải quyết một bài toán tính lún

và ứng suất trong nền dùng modul SIGMA/W? Vẽ một sơ đồ khối đơn giản thểhiện các bước trên?

 Liệt kê tóm tắt các tài liệu cần thiết khi giải bài toán tính ứng suất và biến dạngdùng SIGMA/W

Câu 3:

 Anh (chị) hãy tóm tắt chi tiết các bước cần thiết để thực hiện một bài toán tính ổnđịnh mái dốc dùng SLOPE/W khi

o Dùng kết quả tính từ một mô hình SEEP/W đã có

o Dùng kết quả ứng suất và biến dạng từ một mô hình Sigma/w đã có

 Liệt kê tóm tắt các tài liệu cần thiết khi giải bài toán tính ổn định mái dốc dùngSLOPE/W?

II Phần thực hành:

Câu 4: Mặt cắt ngang của một con đường có hình như sau, số liệu về kích thước mặt cắt

ngang và chỉ tiêu cơ lý cho ở bảng:

c (kN/cm 2 )

(độ)

2 -52.5 -48.5 -41 -40 -39 5 16 10 15000 0.35 5*10 -6 17.5 13 15Yêu cầu:

1 Trường hợp mực nước thượng lưu ở cao trình d, mực nước hạ lưu ngang mặt đất tựnhiên (cao trình b) Tính thấm qua đường gồm:

 Xuất kết quả đường đẳng tổng cột nước thấm (total head),

 Xuất kết quả đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng (pressure),

 Xuất kết quả tính đường đẳng gradient thấm (gradient XY),

 Xuất kết quả tính lưu lượng thấm qua đường tại mặt cắt đi qua tim đường

2 Trong thời gian vận hành, người ta cần đặt một tải trọng phân bố đều trên mặt đường

có chiều rộng 5m; cường độ 20kN/m2; đặt cách mép dốc hạ lưu 2m Lấy kết quả tínhthấm từ SEEP/W, chuyển sang SLOPE/W Xác định hệ số an toàn ổn định về trượt

Kminmin của mái dốc hạ lưu

3 Lấy kết quả tính thấm theo SEEP/W từ Câu 1, chuyển sang SIGMA/W tính ứng suấtbiến dạng có kể tới lực thấm Hiển thị các kết quả gồm :

 Biến dạng theo phương ngang ( X-deformation)

 Đường đẳng ứng suất tổng ( Y-total stresses)

 Vòng Mohr ứng suất tại một điểm bất kỳ trong nền đường

Câu 5: Đập lõi giữa-Phân tích độ nhạy của hệ số thấm

Cho một đập có cấu tạo gồm các khối đắp( Fill), lõi giữa( Core), và vật thoát

nước( Free flowing blanket drain).( Hình 2)

Yêu cầu:

Dùng SEEP/W tính thấm qua đập ứng với các trường hợp khi tỉ số giữa hệ

Số thấm của đất đắp đập và đất lõi giữa như bảng 2-1.Trong đó:

1 Hiển thị các đường tổng cột nước(contours) trong cả 3 trường hợp tính Trên

2 Vẽ biểu đồ quan hệ giữa giá trị lưu lượng thấm qua đập và tỉ số hệ số thấm của hai loại đất ứng với ba trường hợp tính ở trên

3 Vẽ biểu đồ quan hệ giữa gradient thấm lớn nhất và tỷ số hệ số thấm của hai loại đất ứng với ba trường hợp tính ở trên

Bảng 2-1: Hệ số thấm bão hoà Lần tính Đất đắp đập (m/sec) Giảm (lần) Hệ số thấm lõi (m/sec)

a(

m )

b(

m )

c(

m )

f(

m )

g(

m )

2

2 9

1 9

1 8 4,

-5 9

Các kích thước và chỉ tiêu cơ lý đất dắp của đập được cho theo

Bảng 3

Stt a(m) b(m

)

c(m )

d(m )

e(m )

f(m )

b ứng suất tổng theo phương đứng (y-total stresses)

c Ứng suất hiệu quả theo phương đứng.(y-efective stresses)

d Vẽ biểu đồ quan hệ giữa ứng suất tổng theo phương đứng và độ sâu tạo trụcgiữa đập

3 Với kết quả tính ứng-suất biến dạng trong câu 2, dùng modun SLOPE/W tínhtoán ổn định mái dốc theo phương pháp PTHH

4 Từ kết quả tính toán theo SEEP/W ở câu 1, chuyển sang SLOPE/W tính ổnđịnh mái dốc hạ lưu theo phương pháp PTHH

B BÀI LÀM.

I Phần lý thuyết

Câu 1:

a) Các bước cần thiết khi giải bài toán thấm bằng SEEP/W v5:

- Bước 1: Thiết lập vùng làm việc( trong tab Set), gồm có:

+ Kích thước khổ giấy: Set/ Page/ Xuất hiện hộp thoại/ chọn đơn vị trong Units, Nhập chiều cao( Height), chiều rộng( Wibth) vùng làm việc trong mục Working area

+ Chọn đơn vị và tỷ lệ phù hợp cho mỗi bài toán: Set/ Scale/ Chọn đơn vị trong Engineering Units, Nhập tỷ lệ theo phương đứng và phương ngang trong mục Scale Horz và Vert Nhập tọa độ Min, Max phù hợp với bài toán vào mục

- Bước 2: Lưu giữ bài toán: File/ Save.

- Bước 3: Phác thảo mô hình hình học của bài toán thấm bằng các lệnh trong tab

Sketch( Có thể nhập trước tọa độ các điểm thiết yếu tạo nên mô hình công trình trước khi sử dụng các lệnh trong Sketch, bằng cách vào: Keyin/ Nodes)

- Bước 4: Nhập hàm thấm: Keyin/ Functions/ Conductivity Function/ Xuất hiện

hộp thoại Hàm thấm có thể nhập trực tiếp khi biết giá trị Pressure và K tương ứng( Chọn edit) Hoặc có thể lấy ra từ thư viện bằng cách chọn Import đến vị trí chứa file hàm thấm sẵn có

- Bước 5: Khai báo vật liệu( lồng hàm thấm đã khai báo vào vật liệu tương ứng):

Keyin/ Materials Properties Khai báo số lớp vật liệu tương ứng, khi khai báo đồngthời lồng hàm thấm tương ứng với lớp vật liệu vào ở cột K-Fn

- Bước 6: Chia phần tử, đồng thời gán vật liệu vào mô hình hình học: Draw/

Elements Khi chia phần tử chọn vật liệu tương ứng ở mục Material type ở hộp thoại hiện ra

- Bước 7: Gán điều kiện biên cho bài toán( biên cột nước và biên lưu lượng): Draw/

Boundary Conditions Chọn loại biên phù hợp trong hộp thoại Type và nhập giá trịtương ứng( nếu cần)

- Bước 8: Vẽ mặt cắt muốn xem lưu lượng thấm: draw/ flux section.

- Bước 9: Kiểm tra lỗi và chạy bài toán:

+ Vào Tool/ Verify/sort Data để kiểm tra bài toán

+ Vào Tool/ Solve để chạy bài toán

- Bước 10: Xuất kết quả theo yêu cầu: Vào Tool/ Contours để mở của sổ xuất kết

quả tính toán Trong cửa sổ mới này có thể xem các kết quả theo yêu cầu như:

xem các đường tổng cột nước thấm( total head), đường đẳng gradient thấm Gradients, Y-Gradients, XY-Gradients)…

(X-b) Các tài liệu cần thiết khi giải bài toán tính thấm ổn định dùng SEEP/W:

- Các số liệu kích thước hình học mặt cắt công trình

- Hế số thấm( k) của các lớp đất trong công trình

- Các số liệu thủy văn( mực nước thượng, hạ lưu, mực nước ngầm, thời gian nước rút…)

Câu 2: Các bước cần thiết để thực hiện một bài toán tính lún và ứng suất dùng Sigma/W

v5:

- Bước 1: Thiết lập vùng làm việc gồm có:

+ Kích thước khổ giấy: Set/ Page/ Xuất hiện hộp thoại/ chọn đơn vị trong Units, Nhậpchiều cao( Height), chiều rộng( Wibth) vùng làm việc trong mục Working area

+ Chọn đơn vị và tỷ lệ phù hợp cho mỗi bài toán: Set/ Scale/ Chọn đơn vị trong Engineering Units, Nhập tỷ lệ theo phương đứng và phương ngang trong mục Scale Horz và Vert Nhập tọa độ Min, Max phù hợp với bài toán vào mục Problems Extents

+ Hiển thị lưới định hướng nếu cần khi phác thảo mô hình hình học: Set/ Grid/ Nhập khoảng cách giữa các mắt lưới vào Grid Spacing, bật chế độ bắt điểm( Snap to Grid)

và hiển thị lưới( Display Grid) khi chọn hai mục này

- Bước 2: Lưu bài toán: File/ Save

- Bước 3: Phác thảo mô hình hình học của bài toán thấm bằng các lệnh trong tab

Sketch( Có thể nhập trước tọa độ các điểm thiết yếu tạo nên mô hình công trình trước khi sử dụng các lệnh trong Sketch, bằng cách vào: Keyin/ Nodes)

- Bước 4: Xác định loại phân tích: Keyin/ Analysis Setting => Xuất hiện hộp thoại.

+ Với tab Type: Chọn loại phân tích trong mục Analysis Type( thường là

Load/deformation), các điều biện ban đầu có thể chọn ở Initial Conditions

+ Trong tab Control: với bài toán phẳng bình thường chọn 2-Dimensonal, bài toán đối xứng chọn Axisymetric.

- Bước 5: Khai báo vật liệu: Keyin/ Material properties =>Xuất hiện hộp thoại.

+ Nhập vào số lớp vật liệu tương ứng với số lớp đất của công trình ở cột #

+ Chọn loại mô hình tương ứng với mỗi lớp vật liệu ở cột Model( Với Students License thì chỉ có thể dùng Linear-elastic: Mô hình tuyến tính)

+ Nhập các thông số đầu vào cần thiết tương ứng với các loại mô hình vào( Với

mô hình tuyến tính tương đương thì hai giá trị cần thiết là Module đàn hồi E và hệ

số Poisson ).)

- Bước 6: Chia lưới phần tử kết hợp đổ vật liệu: Draw/ Elements =>Xuất hiện hộp

thoại Đưa con trỏ ra màn hình, con trỏ chuyển sang biểu tượng dấu cộng, chọn các điểm tạo nên miền kính => Xuất hiện hộp thoại, chọn loại vật liệu tương ứng với lớp đất ở mục Material type, có thể sử dụng phần tử 8 nút hoặc 6 nút để cho kết quả chính xác hơn bằng cách tích vào mục Secondary Node

- Bước 7: Xác định điều kiện biên: Draw/ Node Boundary conditions => Chọn biên

phù hợp với mỗi bài toán

- Bước 8: Gắn điều kiện biên khi có áp lực ngoài tác dụng: Draw/ edge boundary

conditions

- Bước 9: Vẽ trục tọa độ( Nếu muốn): Sketch/ Axes.

- Bước 10: Kiểm tra lỗi và chạy bài toán:

+ Vào Tool/ Verify/sort Data để kiểm tra bài toán

+ Vào Tool/ Solve/ Start để chạy bài toán.

- Bước 11: Xem kết quả: Vào Tool/ Contours để mở màn hình xuất kết quả

CONTOUR button

Trong cửa sổ mới này có thể xem các kết quả sau:

+ Xem biến dạng: Draw/ Displacement

+ Vẽ các đường đẳng trị: Draw/ Contours => Chọn kết quả muốn xuất hiện ở mục Contours Parameter

+ Điền các giá trị của đường đẳng trị: Draw/ contours Labels => Kích chuột vào đường đẳng trị muốn hiển thị giá trị

+ Vẽ các vòng tròng Morh ứng suất: Draw/ Morh Circles => Kích chuột vào phần

tử nút hoặc phần từ Gauss

+ Hiển thị thông tin nút và phần tử: View/ Node Information( thông tin về nút), Elements information( thông tin về phần tử) => kích chuột vào nút, phần tử muốn hiển thị thông tin

+ Vẽ đồ thị: Draw/ Graph => chọn loại đồ thị muốn xem

b) Các tài liệu cần thiết khi giải bài toán tính ứng suất và biến dạng sử dụng SIGMA/W:

- Kích thước hình học của mặt cắt tính toán

- Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất: Module đàn hồi( E), hệ số Poisson( , dung )., dung trọng riêng( …, dung

Câu 3:

a) Các bước cần thiết để thực hiện một bài toán tính ổn định mái dốc dùng SLOPE/Wkhi dùng kết quả tính từ SEEP/W:

- Bước 1: Giải bài toán thấm bằng SEEP/W [1].

- Bước 2: Khởi động module SLOPE/W.

- Bước 3: Đưa kết quả SEEP/W vào SLOPE/W: Keyin/ analysis setting/ PWP.

+ Trong hộp thoại chọn Use pore water pressure

+ Tích vào SEEP/W total head => Browse, tìm đến file thấm đã tính ở [1]

- Bước 4: Chọn phương pháp tính: Keyin/ analysis setting/ method => Chọn phương

pháp tính phù hợp

- Bước 5: Chọn chiều cho cung trượt: keyin/analysis setting/ control =>chọn chiều

cung trượt từ trái sang phải( Left to right) hoặc phải sang trái( Right to left) trong mục Directions of Movement

- Bước 6: Khai báo vật liệu: keyin/ soil properties.

+ Nhập tên lớp đất vào cột Soil

+ Chọn mô hình vật liệu ở cột Strength model

+ Nhập các chỉ tiêu cơ lý ứng với mỗi lớp đất ở mục Basic Parameters.

- Bước 7: Gán vật liệu vào mô hình hình học bằng cách vẽ các đường phân cách

giữa các lớp đất: Draw/ Lines => chọn vật liệu và vẽ các đường phân cách giữa các vật liệu

- Bước 8: Vẽ bán kính mặt trượt: Draw/ Slip surface/ Radius.

- Bước 9: Vẽ lưới tâm các mặt trượt: Draw/ Slip Surface/ Grid.

- Bước 10: Vẽ hệ trục tọa độ: Sketch/ axes.

- Bước 11: Kiểm tra lỗi và giải bài toán.

+ Kiểm tra lỗi: Tools/ verify Data.

+ Giải bài toán: Tools/ Solve/ Start.

- Bước 12: Hiện thị kết quả: Vào Tools/ Contours để mở cửa sổ màn hình xuất kết

quả

Trong của sổ này chúng ta có thể xem các kết quả như:

+ Vẽ các đường đẳng hệ số an toàn: Draw/ Contours

+ Xem các mặt trượt và hệ số an toàn tương ứng: Draw/ slip surface/ chọn mặt trượt muốn xem trong bảng hiện ra, muốn xem mặt trượt có KMinMin thì chọn Min.Factor of Safely

+ Xem các lực tác dụng lên thỏi và các số liệu ở thỏi: View/ Slice Forces/ kích vào thỏi muốn xem…

b Các bước cần thiết khi thực hiện bài toán tính ổn định mái dốc dùng SLOPE/Wkhi không dùng kết quả từ SEEP/W:

- Bước 1: Khởi động module SLOPE/W, thiết lập vùng làm việc.

+ Kích thước khổ giấy: Set/ Page/ Xuất hiện hộp thoại/ chọn đơn vị trong Units, Nhập chiều cao( Height), chiều rộng( Wibth) vùng làm việc trong mục Working area

+ Chọn đơn vị và tỷ lệ phù hợp cho mỗi bài toán: Set/ Scale/ Chọn đơn vị trong Engineering Units, Nhập tỷ lệ theo phương đứng và phương ngang trong mục Scale Horz và Vert Nhập tọa độ Min, Max phù hợp với bài toán vào mục

- Bước 2: Phác họa mô hình hình học: Dùng các nhóm lệnh trong tab Sketch.

( Có thể nhập trước tọa độ các điểm thiết yếu tạo nên mô hình công trình trước khi

sử dụng các lệnh trong Sketch, bằng cách vào: Keyin/ Nodes)

- Bước 3: Khai báo vật liệu: keyin/ soil properties.

+ Nhập tên lớp đất vào cột Soil

+ Chọn mô hình vật liệu ở cột Strength model

+ Nhập các chỉ tiêu cơ lý ứng với mỗi lớp đất ở mục Basic Parameters

- Bước 4: Gán vật liệu vào mô hình hình học bằng cách vẽ các đường phân cách

giữa các lớp đất: Draw/ Lines => chọn vật liệu và vẽ các đường phân cách giữa các vật liệu

-Bước 5: Để vẽ đường đo ap: Vào Draw/ pore-water pressure/ Chọn những lớp

đất mà đường bão hòa đi qua/ Draw

- Bước 6: chọn phương pháp tính ổn định

+ Chọn chiều cho cung trượt: keyin/analysis setting/ control =>chọn chiều cung trượt

từ trái sang phải( Left to right) hoặc phải sang trái( Right to left) trong mục Directions

of Movement

- Bước 7: Trang trí

+ Vẽ hệ trục tọa độ: Sketch/ axes.

- Bước 8: Kiểm tra lỗi và giải bài toán.

+ Kiểm tra lỗi: Tools/ verify Data.

+ Giải bài toán: Tools/ Solve/ Start.

- Bước 9: Hiện thị kết quả: Vào Tools/ Contours để mở cửa sổ màn hình xuất kết

quả

Trong của sổ này chúng ta có thể xem các kết quả như:

+ Vẽ các đường đẳng hệ số an toàn: Draw/ Contours

+ Xem các mặt trượt và hệ số an toàn tương ứng: Draw/ slip surface/ chọn mặt trượt muốn xem trong bảng hiện ra, muốn xem mặt trượt có KMinMin thì chọn Min.Factor of Safely

+ Xem các lực tác dụng lên thỏi và các số liệu ở thỏi: View/ Slice Forces/ kích vào thỏi muốn xem…

b) Các tài liệu cần thiết khi giải bài toán tính ổn định mái dốc sử dụng SLOPE/W:

- Kích thước hình học của mặt cắt tính toán

- Các chỉ tiêu cơ lý của đất: Hệ số poisson()., dung góc ma sát trong(, dung lực dính đơn vị(c), trọng lượng riêng của các lớp đất( , dung 

- Đường bão hòa hoặc tài liệu liên quan để tìm đường bão hòa từ module SEEP/W

II Phần thực hành.

Câu 4:

1 Trường hợp mực nước ở thượng lưu ở cao trình d= -40m, mực nước hạ lưu ngang

mặt đất tự nhiên( cao trình b= -48.5 m) Ta có kết quả tính thấm qua đường khigiải bằng modul SEEP/W trong bộ phần mềm GeoOffice V5( Students License)như sau:

- Kết quả đường đẳng tổng cột nước( total head):

Hình 4.1: Kết quả đường tổng cột nước.

- Kết quả đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng( Pressure):

Hình 4.2: Kết quả đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng.

- Đường đẳng Gradient thấm( XY Gradient):

Hình 4.3: Kết quả đường đẳng Gradient thấm( XY-Gradient).J max =0,723468

Kết quả tinh lưu lượng thấm qua thân và nền đường( tại mặt cắt trên hình vẽ):

Hình 4.4: Lưu lượng thấm qua thân và nền đường tại mặt cắt như hình vẽ

2 Tính ổn định mái dốc hạ lưu bằng SLOPE/W, áp lực thấm lấy từ file SEEP/W

- Kết quả giải bằng SLOPE/W theo phương pháp Bishop cho KMinMin=1.071

Hình 4.6: Kết quả giải theo phương pháp Bishop.

3 Tính ứng suất và biến dạng có kể đến lực thấm( lấy kết quả thấm từ file SEEP ở

câu 1) bằng module SIGMA/W Ta có các kết quả sau:

a Biến dạng theo phương ngang( X-deformation):

Hình 4.7: Biến dạng theo phương ngang.

b Kết quả xuất đường đẳng ứng suất tổng( Y-total Stress):

Hình 4.8: Y-total Stress.

c Vòng Morh ứng suất tại một điểm trên nền đường:

Hình 4.9:Vòng tròn Morh thể hiện ứng suất tổng tại điểm nút 155

Câu 5: Giải bài toán bằng module SEEP/W trong bộ phần mềm GeoOffice V5 ta có các

kết quả sau:

1 Hiển thị các đường tổng cột nước trong cả 3 trường hợp

a Lần tính 1: Hệ số thấm của lõi giảm 2 lần so với đất đắp đập.