Plaxis version Material Models Manual Giới thiệu ứng xử lý đất mơ hình với nhiều độ xác khác định luật Hooke, đàn hồi đẳng hướng, lấy ví dụ, cho mối quan hệ đơn giản mối quan hệ ứng suất - biến dạng Vì liên quan đến thông số đầu vào, mô đun đàn hồi E hệ số Poisson v, thô để nắm bắt tinh túy khả ứng xử đất đá Tuy nhiên, đàn hồi tuyến tính phù hợp với mơ hình kết cấu lớn lớp đá cứng 1.1 Các loại mơ hình Mơ hình Mohr – Colomb (MC) Mơ hình đàn hồi dẻo MC liên quan đến thông số đầu vào, E v cho khả đàn hồi đất, c j cho khả đẻo đất w góc giãn nở Mơ hình cấp độ xác để mơ hình khả ứng xử đất đá Nên sử dụng mơ hình lần phân tích ước lượng độ cứng trung bình khơng thay đổi cho lớp đất Bởi độ cứng khơng đổi này, tính tốn diễn nhanh ta thu hình dung biến dạng Bên cạnh thông số đầu vào, điều kiện ban đầu đất đóng vai trò quan trọng hầu hết vấn đề biến dạng đất ứng suất ngang ban đầu đất phụ thuộc vào giá trị K0 Mơ hình Joint Rock (JR) JR mơ hình đàn hồi - dẻo khơng dẳng hướng, đặc biệt có ý nghĩa mơ ứng xử lớp đá có liên quan đến phân tầng phương hướng bị đứt đoạn Biến dạng dẻo xảy hướng có lực cắt lớn ( mặt phẳng cắt ) Mỗi mặt phẳng có giá trị c, j riêng Đá liền khối xem hoàn toàn đàn hồi với độ cứng không đổi E v Sự giảm độ cứng xảy cho hướng phân tầng Mơ hình Hardening – Soil (HS) Mơ hình HS mơ hình cao cấp để mơ ứng xử đất Trong mơ hình MC, trạng thái giới hạn ứng suất phụ thuộc vào c, j w Tuy nhiên, độ cứng đất mơ tả xác cách sử dụng độ cứng đầu vào khác nhau: độ cứng gia tải thí nghiệm trục E50; độ cứng dỡ tải thí nghiệm trục Eur; độ cứng gia tải thí nghiệm oedometer Eoed Theo giá trị trung bình nhiều loại đất, ta có Eur ≈ 3E50, Eoed ≈ E50, đất mềm chặt đưa số khác tỉ số Eoed/E50 Ngược lại với mơ hình MC, mơ hình HS tính tới phụ thuộc vào ứng suất hệ số độ cứng điều có nghĩa tất độ cứng tăng theo áp lực Do đó, độ cứng có liên hệ với ứng suất liên quan, thường lấy 100 KPa (1 bar) Mơ hình Soft – Soil – Creep (SSC) Mơ hình HS phù hợp cho tất loại đất, khơng tính đến tác động độ nhớt, từ biến giảm ứng suất Trong thực tế, tất loại đất có từ biến có độ nén thứ cấp sau độ nén độ nén thứ cấp thể rõ đất yếu, vd đất sét cố kết thường đất bùn, chúng mơ tốt mơ hình SSC Cần lưu ý mơ hình SSC mơ hình để giải vấn đề móng đất đắp vấn đề dỡ tải, tốn đường hầm hố đào, mơ hình SSC khơng thể thay mơ hình MC Như mơ hình MC, mơ hình SSC cần điều kiện ban đầu đất xác mơ hình HS SSC bao gồm liệu ứng suất tiền cố kết, mơ hình tính đến tác động cố kết trước Mơ hình Soft Soil (SS) Mơ hình SS loại mơ hình Cam Clay đặc biệt có ý nghĩa cho độ nén đất sét cố kết thường Mặc dù khả mô hinh thay mơ hình HS, mơ hình SS giữ lại version này, Phân tích với mơ hình khác Nên sử dụng mơ hình MC cho bước tính tốn phân tích Khi co kết tốt, không cần phải sử dụng thêm mơ hình khác Trong nhiều trường hợp, cơng trình xây đất yếu, sử dụng mơ hình HS cho lần phân tích thêm Rõ ràng ta có kết thí nghiệm trục odeometer, liệu từ loại thí nghiệm thêm vào liệu từ tương quan hay/ thí nghiệm trường Cuối cùng, phân tích SSC cố thể tính tốn từ biến, vd độ nén thứ cấp đất mềm ý tưởng giải tốn với nhiều mơ hình khác có giá trị, thường khơng làm Lý thứ mơ hình MC giải toán nhanh đơn giản thứ để giảm sai lầm 1.2 Những giới hạn Plaxis code mơ hình phát triển để tính tốn tốn đất thực tế Có thể coi Plaxis công cụ để mô đất Các mơ hình đất xem giới thiệu ứng xử đất thông số đầu vào dùng để định lượng ứng xử đất Mặc dù quan tâm đến việc phát triển Plaxis code mơ hình đất, mơ gần đúng, nghĩa có khả sai sót Hơn nữa, xác thực tế phụ thuộc phần lớn vào lực người sử dụng Mơ hình HS Mơ hình khơng tính đến mềm hóa gây trương nở đất tác động kết dính đất Trong thực tế, mơ hình đẳng hướng nên mơ hình vừa khơng hysteretic tải trọng lặp cyclic mobility để mô tải trọng lặp với độ xác cao ta cần mơ hình phức tạp nhiều Lưu ý cuối cùng, sử dụng mơ hình HS cho thời gian tính tốn lâu hơn, ma trận độ cứng lập phân tích bước tính tốn Mơ hình SSC Tất giới hạn nêu cho mơ hình SSC Thêm mơ hình thường dự đốn ứng xử đàn hồi đất trường hợp đặc biệt cho toán đào đất, bao gồm tốn đường hầm Mơ hình SS Những giới hạn ( kể mơ hình SSC ) mơ hình SS Trong thực tế mơ hình SS thay mơ hình HS, giữ lại người sử dụng quen với Việc sử dụng mơ hình nên giới hạn tình chủ yếu chịu nén Nó khơng nên dùng toán đào đất Mặt phân cách Mặt phân cách mơ hình mơ hình song tuyến tính MC Khi mơ hình cao cấp sử dụng để thiết lập thông số vật liệu phù hợp, mặt phân cách dựa vào số liệu liên quan (c, j, w, E, v) mơ hình MC Trong trường hợp này, độ cứng mặt phân cách tính độ cứng đàn hồi đất Vì vậy, E = Eur Eur phụ thuộc vào ứng suất, với Eur tỉ lệ với sm mơ hình SSC, m = Eur xác định từ số giãn nở k* 2.3 Biến dạng đàn hồi Mơ hình vật liệu cho đất đá thường biễu diễn mối quan hệ độ tăng vi phân ứng suất hữu hiệu độ tăng vi phân biến dạng mối quan hệ diễn tả cơng thức (Eq 2.18) M ma trận độ cứng vật liệu Lưu ý với dạng tiếp cận này, áp lực lỗ rỗng bị loại trừ khỏi mối quan hệ ứng suất-biến dạng Mơ hình vật liệu đơn giản Plaxis dựa định luật Hooke ứng xử đàn hồi tuyến tính đẳng hướng Mơ hình đặt tên mơ hình đàn hồi tuyến tính, sở cho mơ hình khác định luật Hooke mơ tả bới cơng thức (Eq 2.19) Ma trận độ cứng vật liệu đàn hồi thường ký hiệu De Hai thông số thường sử dụng mơ hình này, mơ đun Young có hiệu E‟ hệ số Poisson có hiệu n‟ Trong phần lại Manual thơng số có hiệu ký hiệu khơng có dấu dash („), trừ muốn nhấn mạnh khác biệt ý nghĩa thông số Ký hiệu E n manual sử dụng kết hợp với subcript “ur” để nhấn mạnh thơng số đại diện cho q trình unloading and reloading Mơ đun độ cứng xuất subscript “ref” để nhấn mạnh dựa vào cao độ chuẩn (yref) Theo định luật Hooke, mối quan hệ mô đun Young E mô đun độ cứng khác, mô đun cắt G, mô đun bulk K, mơ đun từ thí nghiệm oedometer Eoed, tính cơng thức G = E/2/(1+n) K = E/3/(1-2n) Eoed = (1-n)E/(1-2n)/(1+n) 2.4 Phân tích ứng suất có hiệu khơng nước với thơng số độ cứng có hiệu Plaxis chun mơn hóa ứng xử khơng nước phân tích ứng suất có hiệu sử dụng thơng số có hiệu điều đạt cách lựa chọn “Material type” lớp đất “Undrained” Phần giải thích Plaxis giải lựa chọn đặc biệt Sự có mặt áp lực lỗ rỗng đất, thường nước, đóng góp vào ứng suất tổng Theo Terzaghi, ứng suất tổng s phân chia thành ứng suất hữu hiệu s‟ áp lực lỗ rỗng pw Tuy nhiên, nước cho chịu ứng suất cắt, ứng suất cắt hữu hiệu ứng suất cắt tổng: (Eq 2.22a – 2.22f) Lưu ý rằng, giống thành phần ứng suất tổng hữu hiệu, pw xem âm áp lực Một phân biệt khác áp suất lỗ rỗng trạng thái ổn định psteady, áp suất lỗ rỗng thặng dư pexcess Pw = psteady + pexcess Áp suất lỗ rỗng trạng thái ổn định xem liệu đầu vào, tức sinh tử mực nước ngầm hay dòng chảy nước đất Sự xuất áp lực lỗ rỗng trạng thái ổn định thảo luận Section 3.8 Refenrence Manual Áp lực lỗ rỗng thặng dư sinh q trình tính tốn dẻo trường hợp khơng nước hay q trình phân tích cố kết Q trình khơng nước tính tốn áp lực lỗ rỗng thặng dư trình bày sau: Xem nước vật liệu nén được, tỉ lệ áp lực lỗ rỗng sau: (Eq 2.27) Trong Kw bulk modulus nước n độ rỗng đất Một dạng khác định luật Hooke sử dụng thơng số khơng nước Eu nu: (Eq 2.28) Trong Eu = G(1 + vu) vu = [v‟ + n(1 + v‟)]/[1 + 2n(1 + v‟)] n = Kw/(3n K‟) K‟ = E‟/3/(1 – 2v‟) Vì vậy, lựa chọn đặc biệt cho ứng xử khơng nước Plaxis thơng số có hiệu G v chuyển sang thơng số khơng nước Eu vu theo cơng thức Lưu ý số “u” sử dụng cho thơng số cho đất khơng nước Cho nên, không nên nhầm lẫn Eu va vu với Eur vur dùng để trình unloading / reloading ứng xử hồn tồn khơng nén vu = 0.5 Tuy nhiên, lấy vu = 0.5 dẫn đến ma trận độ cứng không xác định Trong thực tế, nước vật liệu hồn tồn khơng nén được, bulk modulus nước lớn để tránh rắc rối số học khả nén cực nhỏ nước, mặc định vu = 0.495, điều làm cho đất không nước nén chút để đảm bảo kết tính tốn thực tế, bulk modulus nước phải cao nhiều bulk modulus hạt đất, tức Kw>>nK‟ điều kiện đảm bảo v‟ 30K‟ Ít v‟0.2 kPa) Plaxis đưa lựa chọn đặc biệt tăng lực dính theo chiều sâu Góc ma sát (j) Góc ma sát trong, đơn vị độ Góc ma sát lớn, thường cát chặt, thực chất làm tăng khối lượng tính tốn dẻo Thời gian tính toan tỉ lệ thuận theo hàm mũ với góc ma sát Do đó, nên tránh sử dựng góc ma sát lớn tính tốn bước đầu cho dự án Góc ma sát dùng để xác định sức chống cắt hình phương pháp vịng trịn ứng suất Mohr Một miêu tả tổng quát tiêu chuẩn chảy trình bày hình 3.2 Tiêu chuẩn phá hoại MC chứng tỏ tốt để miêu tả khả chịu lực đất mơ hình xấp xỉ Drucker – Prager Góc giãn nở (w) Góc giãn nở w (psi), có đơn vị độ Ngoài đất cố kết nặng, đất sét thường có góc giãn nở nhỏ (w≈0) Sự giãn nở cát phụ thuộc độ chặt góc ma sát cát thạch anh góc giãn nở tuân theo công thức ≈- 30° Tuy nhiên, cát có j nhỏ 30 độ, góc giãn nỡ gần Một giá trị âm nhỏ w xảy cát rời để biết thêm thông tin mối quan hệ góc ma sát góc giãn nở, xem Bolton (1996) Góc giãn nở dương ám điều kiện thoát nước đất tiếp tục giãn nở miễn biến dạng cắt xảy điều rõ ràng khơng thực tế, hầu hết loại đất tiến tới trạng thái tới hạn điểm sau biến dạng cắt xảy mà khơng có thay đổi thể tích Góc giãn nở dương điều kiện khơng nước, kết hợp với hạn chế thay đổi thể tích, dẫn đến sinh áp lực kéo lỗ rỗng Cho nên phân tích ứng suất hữu hiệu khơng nước, khả chịu lực đất bị đánh giá cao 3.4 Các thông số cao cấp mơ hình MC Khi sử dụng mơ hình MC, nút Advanced tab Parameters click để nhập vào vài thông số phụ cho chức mơ hình cao cấp Kết là, cửa số xuất hình 3.6 Các chức cao cấp bao gồm gia tăng độ cứng lực dính theo độ sâu sử dụng tension cut-off Trong thực tế, tension cut-off sử dụng mặc định, bị deactivated, muốn Sự gia tăng độ cứng (Eincrement) Trong thực tế, độ cứng phụ thuộc nhiều vào độ lớn ứng suất, có nghĩa độ cứng tăng theo chiều sâu Khi sử dụng mơ hình MC, độ cứng số để tính đến gia tăng độ cứng theo chiều sâu sử dụng giá trị Eincrement, gia tăng mô đun Young đơn vị độ sâu ( đơn vị ứng suất độ sâu ) Tại cao độ đưa thông số yref, cao độ này, độ cứng với mô đun Young (Eref), điền vào Parameter tab Giá trị thực tế mô đun Young điểm ứng suất tính từ Eref Eincrement Lưu ý q trình tính tốn, độ cứng tăng theo chiều sâu không làm thay đổi công thức trạng thái ứng suất Sự gia tăng lực dính (Cincrement) Plaxis đưa lựa chọn cao cấp loại đất sét mà có lực dính tăng theo độ sâu để tính đến gia tăng lực dính theo độ sâu giá trị Cincrement sử dụng, gia tăng lực dính đơn vị độ sâu ( đơn vị ứng suất độ sâu ) Tại cao độ đưa thông số yref, cao độ này, lực dính với cref, Parameter tab Giá trị thực tế lực dính điểm ứng suất tính tốn từ cref cincrement Tension cut-off Trong nhiều toán thực tế khu vực có ứng suất kéo tăng lên Theo đường cong Columb hình 3.5 điều cho phép ứng suất cắt ( bán kính vịng trịn Mohr ) đủ nhỏ Tuy nhiên, bề mặt đất gần mương đất sét lại xuất vết nứt lực kéo gây Điều đất bị phá hoại lực kéo thay lực cắt Sự ứng xử mơ hình Plaxis cách sử dụng tension cut-off Trong trường hợp vịng trịn MC với ứng suất dương không cho phép Khi lựa chon tension cut-off tức ta cho phép xuất sức chịu kéo đất mơ hình MC HS tension cut-off, mặc định cho sức chịu kéo đất ... Eoed, tính công thức G = E/2/(1+n) K = E/3/( 1-2 n) Eoed = (1-n)E/( 1-2 n)/(1+n) 2.4 Phân tích ứng suất có hiệu khơng nước với thơng số độ cứng có hiệu Plaxis chun mơn hóa ứng xử khơng nước phân tích... kéo thay lực cắt Sự ứng xử mơ hình Plaxis cách sử dụng tension cut-off Trong trường hợp vịng trịn MC với ứng suất dương không cho phép Khi lựa chon tension cut-off tức ta cho phép xuất sức chịu... số Poisson có hiệu n‟ Trong phần cịn lại Manual thơng số có hiệu ký hiệu khơng có dấu dash („), trừ muốn nhấn mạnh khác biệt ý nghĩa thông số Ký hiệu E n manual sử dụng kết hợp với subcript “ur”