So sánh sự khác nhau khi ứng dụng phần mềm Plaxis 2D và 3D cho bài toán đắp đường trên nền đất yếu

Bài viết đưa ra những đặc điểm giống nhau và khác biệt khi ứng dụng hai loại phần mềm Plaxis 2D và 3D cho việc giải quyết cùng một bài toán đắp đường trên nền đất yếu.Bài viết cũng ứng dụng hai phần mềm này cho bài toán cụ thể.

CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Đặt: K u   U 1 K  U T  1 Ta có phương trình: Ku X u i  pi2 X u i (7)   ma trận đối xứng, Đây dạng chuẩn toán trị riêng K u p i2 tìm có giá trị dương, hay nói cách khác xác định tần số dao động riêng p i Kết luận Với cơng thức thuật tốn nêu cho phép tính tốn tần số dao động riêng kết cấu khung khơng gian, từ giải tốn động lực học cơng trình biển dạng khung chịu tải trọng sóng biển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Văn Tuấn (2002), Phương pháp Phần tử Hữu hạn Động lực học Cơng trình, Bài giảng Cao học, Đại học Hàng hải, Hải Phòng [2] Joseph W Tedesco, William G McDougal, C Allen Ross Structural Dynamics theory and applications California 1998 [3] Zienkiewicz O.C and Taylor R The Finite Element Method, Volum 1, 2, 4th Edition McGraw – Hill Book Co., 1989 Người phản biện: TS Phạm Văn Trung SO SÁNH SỰ KHÁC NHAU KHI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D VÀ 3D CHO BÀI TOÁN ĐẮP ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU COMPERED THE DIFFRENCE WHEN APPLY PLAXIS 2D, 3D SOFTWARE FOR ANALYSIS OF ROAD EMBANKMENT PROJECTS IN SOFT GROUND TS NGUYỄN THỊ BẠCH DƯƠNG Bộ môn Cơng trình GTTP Cơng trình thuỷ TS PHẠM VĂN TRUNG Khoa Cơng trình, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Hiện Việt Nam q trình thi cơng cơng trình đắp đường đất yếu thường xảy cố sụt trượt làm tăng tiến độ chi phí xây dựng Bài báo đưa đặc điểm giống khác biệt ứng dụng hai loại phần mềm Plaxis 2D 3D cho việc giải toán đắp đường đất yếu.Bài báo ứng dụng hai phần mềm cho toán cụ thể Abstract In Viet Nam, the construction process of road embankment projects in soft ground is usualy occurred settle and collapse problems This is make to increase day schedue and construction charge The article presentsimilar and different characteristics when apply Plaxis 2D, 3D software for analysis of road embankment projects in soft ground The article also present specific example for applying this two software Giới thiệu toán đắp đường đất yếu - Các vấn đề Khi đắp đường đất yếu làm tăng ứng suất đất Nếu tăng ứng suất vượt ngưỡng giới hạn đó, phụ thuộc vào tính chất học đất, đất yếu bị phá hoại xây dựng khiến cho đắp bị lún nhiều đột ngột Bên cạnh đất yếu xung quanh bị trồi lên tương ứng Những phá hoại đất thường quan sát có hai 58 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 dạng: Phá hoại lún trồi, phá hoại trượt sâu Ngược với phá hoại trên, tượng lún biến dạng chậm đất tác dụng trọng lượng đắp Do u cầu tính toán toán đắp đường đất yếu phải thỏa mãn yêu cầu: - Nền đắp đất yếu phải đảm bảo ổn định không bị lún trồi trượt sâu q trình thi cơng khai thác - Phải tính xác độ lún Hình 1.1 Ví dụ đắp đất yếu Phần mềm Plaxis cho phép giải toán Việc xây dựng đường đất yếu với mực nước ngầm đất lớn dẫn tới gia tăng áp lực nước lỗ rỗng Do ứng suất có hiệu khơng nước phải trì mức thấp thời gian cố kết tức thời phải xem xét để đảm bảo điều kiện ổn định Trong suốt trình cố kết áp lực nước lỗ rỗng gia tăng phải tiêu tan để đất đạt sức kháng cắt cần thiết để tiếp tục trình xây dựng Những đặc điểm giống khác ứng dụng phần mềm Plaxis 2D 3D thể thông qua ví dụ hình 1.1 Phân tích mơ hình toán đắp đường đất yếu phần mềm Plaxis 2D 2.1 Phân tích cố kết a Khai báo mơ đun thơng số đầu vào (Input) Các kích thước thơng số đầu vào tốn đắp đường hình 1.1 sau: - Kích thước phần đắp có chiều rộng đường 16m, chiều cao 4m, mái dốc có độ dốc 1:3 - Đây tốn đối xứng trục nên chọn nửa mơ hình bên phải để phân tích - Địa chất lớp đất từ xuống sau: Lớp đất đắp đường lớp cát hạt thô dày 4m, 6m đất yếu (Bùn sét dày 3m, sét yếu dày 3m), lớp thứ sét pha cát (Lớp mơ hình khơng xét đến) - Mực nước ngầm tính từ cao độ tự nhiên đất (dưới lớp đất đắp) Việc khai báo cho mô đun đầu vào bao gồm bước sau: * Bước 1: Thiết lập mơ hình hình học hình 2.1 Ban đầu, người dùng tự lựa chọn loại phần tử có điểm nút, chọn đơn vị kích thước, đơn vị lực, thời gian,… dùng tính tốn Một yêu cầu quan trọng việc phân tích lựa chọn điều kiện biên hình học cho tốn Trong thiết lập mơ hình hình học với trường hợp có gia cố thêm lớp vải địa, gia cố chân khay kết cấu tường cừ khối bê tông,… việc khai báo đơn giản, cách lựa chọn vào ký hiệu loại kết cấu cần khai báo khai báo theo mơ hình đường bới điểm đầu cuối Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 59 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Hình 2.1 Mơ hình hình học toán đắp đường đất yếu * Bước 2: Thiết lập thông số đặc trưng vật liệu tạo lưới Các đặc trưng địa chất lớp đất khai báo bảng 2.1 Sau thiết lập thông số đặc trưng vật liệu đất, tiến hành tạo lưới phần tử hữu hạn * Bước 3: Thiết lập điều kiện ban đầu với trọng lượng riêng nước 10kN/m3 Áp lực nước áp lực thủy tĩnh từ cao độ mực nước ngầm khởi tạo từ điểm (0,0; 6,0) đến điểm (40,0; 6,0) Ngoài việc xác định mực nước ngầm, phải ý đến điều kiện biên cho phân tích cố kết mà thực suốt q trình tính toán Thiếu liệu biên nào, tất ranh giới nước tự ngồi biên giới hạn áp lực nước lỗ rỗng bị tiêu tan tất hướng b Khai báo mơ đun tính tốn (Calculation) Q trình thi cơng đắp đường chia làm giai đoạn, giai đoạn đắp ngày Sau giai đoạn đầu tiên, thời gian cố kết 200 ngày cho phép áp lực nước lỗ rỗng tiêu tan Sau giai đoạn thời gian cố kết phụ thuộc vào việc xác định độ lún cuối Do gồm có pha tính tốn xác định c Kết tính tốn phân tích cố kết (Output) Các kết q trình tính tốn Plaxis 2D đây: Hình 2.2 Gia tăng chuyển vị sau thi cơng đắp đường khơng nước Hình 2.3 Áp lực nước lỗ rỗng dư sau thi công đắp đường khơng nước Kết phân tích ổn định (Mơ đun kết quả) Trong thiết kế đắp đất yếu không xét đến điều kiện ổn định cuối mà phải xét điều kiện ổn định q trình thi cơng Với kết cấu xây dựng, hệ số ổn định (an toàn) thường định nghĩa tỷ số tải trọng phá hoại tải trọng khả làm việc Với kết cấu đất cho tốn đắp đường hệ số an tồn kết cấu đất Plaxis xác định sau: 2.2 K Smax Scânbang hay K  c   n tan  cr   n tan  r Hình 2.4 Sự phát triển áp lực nước lỗ rỗng dư đường theo thời gian Trong đó: Smax - Sức kháng cắt lớn Scânbang - Sức kháng cần thiết trạng thái cân c, - Lực dính, góc ma sát ứng suất thực phần tử đất cr, r- Lực dính, góc ma sát bị triết giảm mà đủ lớn để giữ cân 60 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Dự a nguyên tắc phương pháp phân tích Phi/c-reduction,đường tiếp tuyến lực dính tiếp tuyến góc ma sát bị giảm theo tỷ lệ này: c tan    Msf Việc giảm cr tan  r thông số cường độ phụ thuộc vào Msf Thông số tăng bước phá hoại xảy Hình 2.5 Gia tăng tổng chuyển vị cho thấy cấu bị phá hoại giai đoạn thi công cuối Hình 2.6 Hệ số an tồn giai đoạn thi công Hệ số ổn định giá trị Msf thời điểm phá hoại Các chuyển vị thêm vào để thực phân tích Phi/c-reduction Tổng chuyển vị khơng có ý nghĩa vật lý, chuyển vị gia tăng bước cuối (tại thời điểm phá hoại) cho thấy cấu phá hoại 2.3 Xác định độ lún theo thời gian Khi lựa chọn chức the Updated mesh Updated water pressures cho kết độ lún sát với thực tế hơn, xem hình 2.7 Phân tích mơ hình tốn đắp đường đất yếu Plaxis 3D 3.1 Phân tích cố kết a Khai báo mơ đun thơng số đầu vào * Bước 1: Thiết lập mơ hình hình học hình 3.1 Hình 2.7 Độ lún theo thời gian Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Hình 3.1 Mơ hình hình học Số 37 – 01/2014 61 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Các kích thước thiết lập Plaxis 3D tương tự Plaxis 2D khác thao tác lập theo mặt phẳng khối Mặt phẳng với tọa độ khống chế Plaxis 2D với chiều dày (theo trục y) 1m * Bước 2: Thiết lập thông số đặc trưng vật liệu tạo lưới Các đặc trưng địa chất lớp đất khai báo bảng 3.1 Bảng 2.1 Các thông số đặc trưng vật liệu đất đắp đường đất Ký hiệu Sét yếu Bảng 3.1 Các thông số đặc trưng vật liệu đất đắp đường đất Đơ n vị unsat MC Undrain ed 15 Bùn sét MC Undrain ed Cát đắp MC Draine d 16 sat 18 11 20 kN/m kx   1.0 ky   1.0 Eref 1000 350 3000 m/da y m/da y kN/m  cref 0.33 2.0 0.35 5.0 0.3 1.0 kN/m   24 0.0 20 0.0 30 0.0   kN/m Sau thiết lập thông số đặc trưng vật liệu đất, tiến hành tạo lưới phần tử hữu hạn * Bước 3: Tương tự 2D b Khai báo mơ đun tính tốn Ký hiệu Model Type dry (kN/m3) wet (kN/m3) einit Eref (kN/m2) Eoedref Eurref m * * cref (kN/m2)  (phi) độ  (psi) độ kx (m/day) ky (m/day) kz (m/day) ck Mơ hình đất