CHƯƠNG 4: đÊ KHÔNG THOÁT NƯỚC
4.1. MẪU HÌNH HỌC
Mặt cắt trong hình 4.1 ựược mô phỏng với một mẫu hình học mặt phẳng. Lưới giới hạn phần tử ựược dựa trên 15 nút phần tử. Các ựơn vị sử dụng trong vắ
dụ này: chiều dài là m; lực là kN và thời gian là ngàỵ Kắch thước của mặt cắt là 65m theo phương ngang và 15m theo phương ựứng. Mặt cắt ựầy ựủ có thể ựược tạo ra khi sử dụng mục Geometry line. Mục Standard fixities ựược sử dụng ựể xác ựịnh các ựiều kiện giới hạn. Mẫu mặt cắt ựề nghị ựược thể hiện trong hình 4.2.
Hình 4.2: Mẫu mặt cắt của ựê
Các bộ vật liệu
Ba lớp vật liệu ựược chấp nhận cho ựất. Tắnh chất ựược ựưa ra trong bảng 4.1.
Bảng 4.1: Các tắnh chất vật liệu của ựê và lớp ựất chắnh
Thông số Ký hiệu Giá trị đơn vị
Mẫu vật liệu Model MC -
Loại tác ựộng Type Undr. -
Trọng lượng ựơn vị ựất trên mực nước ngầm γunsat 16 kN/m3 Trọng lượng ựơn vị ựất dưới mực nước ngầm γsat 18 kN/m3 Hệ số thấm theo phương ngang kx 0.001 m/ngày Hệ số thấm theo phương ựứng ky 0.001 m/ngày
Mô ựun ựàn hồi Eref 2000 kN/m2
Hệ số Poisson ν 0.35 -
Lực dắnh ựơn vị cref 2.0 kN/m2
Góc nội ma sát ϕ 24 0
Mở nguồn vật liệu cơ bản và tên bộ dữ liệu Soil với các thông số mẫu như bảng trên. Tắnh chất bên ngoài không có liên quan trong vắ dụ nàỵ Chú ý rằng Material type của các lớp ựất là Undrained. Kéo các bộ dự liệu ựến các lớp trong mẫu mặt cắt. (xem hình 4.1)
Sự hình thành luới
Với vắ dụ này, một trạng thái cao hơn ựược mô phỏng trong nó, ảnh hưởng mạnh bởi sự chấp nhận làm mịn của lướị Do vậy, Global coarseness ựược thiết lập vào Medium trong thực ựơn Mesh. Ngoài ra, ựộ dốc chuyển vị lớn có thể ựược hình thành tại phắa bên phải của chân ựê. để mô phỏng phần hình dạng chắnh xác, chọn ựiểm mặt cắt của chân ựê và chọn Refine around point từ thực ựơn Mesh. Kết quả là: kắch thước các phần tử xung quanh chân ựê ựược chỉnh sửa ựể lấy kắch thước trung bình. Lưới phát sinh ựược thể hiện trong hình 4.3.
Hình 4.3: Lưới giới hạn phần tử của ựê
Những ựiều kiện ban ựầu
Mặt cắt chứa ựựng một bề mặt ựất không nằm ngang. Vì vậy K0-procedure không thể ựược sử dụng ựể tắnh toán trường ứng suất ban ựầụ Thay vì ứng suất ban ựầu phải ựược tắnh toán như Gravity loading. đó là một mục tắnh toán mà sẽ ựược giải thắch trong mặt cắt 4.2. Sự hoạt ựộng của áp lực nước luôn ựược thực hiện với trọng lượng ựất, nhưng sự phát sinh áp lực nước có thể ựược thực hiện trong phần tiếp. để sinh áp lực nước ban ựầu thắch hợp, theo những bước sau: Ớ Kắch vào nút Initial conditions.
Ớ Chấp nhận giá trị mặc ựịnh của trọng lượng nước (10kN/m3).
Ớ Nhập một mực nước nhầm thông thường từ ựiểm (0.0;10.0) ựến ựiểm (65.0;10.0).
Ớ Sinh áp lực nước lỗ rỗng từ mực nước ngầm bởi kắch vào nút Generate water pressures và sau ựó kắch vào nút <OK>.
Ớ Trong cửa sổ Output, kiểm tra sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng và kắch vào nút <Update>.
Ớ Trở về cửa sổ Ouput, kắch nút <Calculate>. Không sinh ứng suất ban ựầu theo K0- procedure.
Ớ Lưu ựầu vào dưới một tên thắch hợp.
Chú ý: Nếu ứng suất ban ựầu ựược sinh bởi lỗi, chúng có thể ựược thiết lập lại
bởi việc nhập K0 - procedure, nhập một giá trị của ΣMweight = 0 và kắch nút <Generate>.
4.2. TÍNH TOÁN
Quá trình tắnh toán gồm hai giai ựoạn. đầu tiên, trường ứng suất ban ựầu ựược tắnh từ khi nó không ựược thực hiện trong ựầu vào của ựiều kiện ban ựầụ Việc tắnh toán ứng suất ban ựầu có thể ựược thực hiện trong một tắnh toán mềm dẻo nơi mà số nhân cho trọng lượng ựất ựược tăng lên từ 0.0 ựến 1.0. Một tắnh toán ngắn ựược gọi là: Gravity loading. Một quá trình ựược giới thiệu khi khi bề mặt ựất, các lớp ựất hoặc mực nước ngầm không nằm ngang. Gravity loading luôn luôn dẫn ựến một trạng thái cân bằng ứng suất, nhưng ngược lại K0- procedure không nằm trong trường hợp của một tầng ựất chắnh không nằm ngang. Trong Gravity loading, cả trọng lượng ựất và áp lực nước lỗ rỗng (mà ựược sinh trước ựây) ựược hoạt ựộng.
Chú ý: Từ ựó, ứng suất ban ựầu không chịu sự tác ựộng không tiêu nước, ựiều ựó
quan trọng vì sự tác ựộng của nước không thoát không ựược hoạt ựộng trong gravity loading. Nó có thể ựược thực hiện bằng việc chọn Ignore undrained behaviour trong thanh trình ựơn Parameters của cửa sổ Calculations.
Tương phản với K0-procedure, việc tắnh toán của ứng suất ban ựầu như kết quả tải trọng bản thân trong chuyển vị. Các chuyển vị không thực tế, bởi vì ựê ựược mô phỏng như nó xuất hiện trong thực tế và tắnh toán của ứng suất ban ựầu không ảnh hưởng ựến chuyển vị tắnh toán sau cùng trong phân tắch. Chuyển vị không có thực có thể thiết lập lại 0 tại giai ựoạn ựầu của quá trình tắnh toán tiếp theo bởi chọn Reset displacements to zero trong bước tiếp theọ
Giai ựoạn tắnh toán thứ 2 là sự gia tăng của mực nước sông, và áp lực nước lỗ rỗng ở lớp ựất thấp hơn. điều ựó ựược thực hiện trong chế ựộ Staged construction. để xác ựịnh hai giai ựoạn tắnh toán chắnh xác, theo quá trình sau: Giai ựoạn 1: Chất tải trọng
Ớ Trong giai ựoạn tắnh toán ban ựầu, chấp nhận tất cả các giá trị mặc ựịnh của trình ựơn General và tiến tới trình ựơn tiếp theọ
Ớ Trong trình ựơn Parameters, chọn Ignore undrained behaviour trong hộp Control parameters. Chọn Total multipliers trong hộp Loading input và kắch vào nút <Define>.
Ớ Trong trình ựơn Multipliers, nhập một giá trị 1.0 cho ∑Mweight(nhân cho trọng lượng ựất).
Giai ựoạn2: Sự dâng mực nước
Ớ Chọn giai ựoạn tắnh toán tiếp theọ Trong giai ựoạn này, trường hợp Ultimate
biểu thị trong hình 4.1 sẽ ựược xác ựịnh.
Ớ Trong trình ựơn General, chấp nhận tất cả các giá trị mặc ựịnh. Thiết lập mặc ựịnh như là bắt ựầu giai ựoạn này từ kết quả thu ựược ở bước trước ựó.
Ớ Trong trình ựơn Parameters, chọn Reset displacements to zero trong hộp Control parameters. Nó sẽ loại trừ kết quả chuyển vị không tự nhiên từ giai ựoạn tắnh toán ựầu tiên. đó là sự hoạt ựộng, tuy nhiên không tác ựộng tới ứng suất.
Ớ Chọn Staged construction trong hộp Loading input và kắch vào nút <Define>. Ớ Trong cửa sổ Geometry configuration, kắch phắm trái chuột của Switch ựể ựến
chế ựộ áp lực nước.
Ớ Nhập một mực nước tổng quát qua các ựiểm (0.0;15.0),(20.0;15.0),(45.0;10.0). Mực nước ngầm tổng quát chỉ có nghĩa ựể sinh áp lực nước ngoài trên phắa tay trái của ựê (xem trong hình 4.4). Các ựiều kiện nước riêng biệt sẽ ựược ấn ựịnh tới các lớp ựất khác nhaụ
Hình 4.4: Mực nước ngầm thông thường so với sự phát sinh áp lực nước ngoài
Ớ Kắch vào nút Selection và chọn nhóm ựất phắa trên (bao gồm cả ựê).
Ớ Trong khi nhóm ựất trên ựược ựánh dấu, kắch vào nút Phreatic level và vẽ mực nước ngầm qua các ựiểm (0.0;10.0),(65.0;10.0). Mực nước ngầm Ộnhóm xác ựịnhỢ chỉ áp dụng ựể biểu thị nhóm (xem hình 4.5). Hình 4.5 ựược sắp xếp chỉ biểu thị mực nước ngầm cho lớp ựất sét. Mực nước ngầm tổng quát không ựược biểu thị.
Hình 4.5: Mực nước ngầm của tầng ựất cao hơn
Ớ Kắch vào nút Selection và chọn nhóm ựất cát.
Ớ Trong khi lớp ựất thấp hơn ựược ựánh dấu, kắch vào nút Phreatic level và vẽ một mực nước qua các ựiểm (0.0;15.0),(65.0;13.0). Mực nước ngầm này chỉ áp dụng cho nhóm ựất cát. Hình 4.6 chỉ thể hiện mực nước ngầm cho lớp ựất thấp hơn; các mực nước ngầm khác không ựược biểu thị.
Hình 4.6: Mực nước ngầm của tầng ựất thấp hơn
Ớ Kắch vào nút Selection và kắch ựúp chuột, hay sử dụng phắm phải chuột, lớp ựất trung gian. Kết quả là, một cửa sổ Cluster pore pressures distribution xuất hiện. Trong hộp Pore pressure distribution, ựó là năm nút. Mặc ựịnh General phreatic level ựược chọn. Các lựa chọn khác là Cluster phreatic level, Interpolate from adjacent clusters or lines, Cluster dry và User defined pore pressure distribution. Mục Cluster phreatic level tự ựộng ựược chọn nếu một mực nước ngầm riêng biệt ựược nhập, như diễn tả trên. Với nhóm ựất hiện thời (lớp giữa) bạn nên chọn mục Interpolate from adjacent clusters or lines (xem hình 4.7). đó sẽ dẫn ựến một chiều dài phân bố từ áp lực tại ựáy của lớp ựất trên tới áp lực tại ựỉnh của lớp ựất thấp. Kắch vào nút <OK> ựể ựóng của sổ.
Chú ý: Mực nước ngầm tương ứng với một nhóm ựặc biệt ựược biểu thị màu ựỏ
ngay khi nhóm ựược chọn. Kắch bên ngoài kết quả mặt cắt trong một sự biểu thị của mực nước ngầm. Nếu một nhóm ựược lựa chọn nơi mà mục Interpolate áp dụng, không mực nước ngầm ựược biểu thị.
Hình 4.7: Xác ựịnh áp lực nước lỗ rỗng cho tầng ựất giữa
Ớ Kắch vào nút Generate water pressures ựể sinh ra áp lực nước theo trạn thái cuối cùng.
Ớ Áp lực nước lỗ rỗng phân bố ựược giới thiệu như ứng suất chắnh (như là các dấu cộng) trong cửa sổ Output. Kắch vào nút Cross section và vẽ một ựường thẳng ựứng qua ựỉnh của ựê tới ựáy của mặt cắt. Kết quả là, áp lực nước lỗ rỗng phân bố trên tất cả ba lớp ựất ựược hiển thị trong một cửa sổ riêng. Ngoài ra, phần thuỷ tĩnh của áp lực nước lỗ rỗng phân bố trong các lớp ựất trên và dưới, biểu ựồ thể hiện ựường gia tăng của áp lực nước lỗ rỗng qua lớp ựất giữạ
Chú ý: Một mặt cắt ngang qua có thể ựược vẽ hoàn hảo nằm ngang hay thẳng
ựứng bởi giữ phắm Shift trong khi ựang vẽ mặt căt ngang. Ớ Kắch vào nút <Update> ựể quay trở lại mặt cắt hình thể.
Ớ Trong mặt cắt hình thể, kắch vào nút <Update> ựể quay trở lại cửa sổ Calculations.
Ớ Kắch vào nút Select points for curves. Trong cửa sổ Output, chọn các ựiểm phù hợp với ựường cong chuyển vị do tải trọng(vắ dụ chân ựê và các ựiểm cơ ựê) và kắch vào nút <Update>.
Ớ Trong cửa sổ Calculations, kắch vào nút <Calculate> ựể bắt ựầu tắnh toán.
Sau khi quá trình tắnh toán kết thúc, kắch vào nút <Output> ựể xem kết quả của giai doạn tắnh toán thứ haị Chương trình Output sẽ hiển thị ngay sự biến dạng của ựê do sự thay ựổi của mực nước. Biểu ựồ thể hiện rõ ràng sự nâng lên của ựê. Thậm chắ trở lên rõ ràng hơn nếu bạn lựa chọn Total increments từ thực ựơn Deformations (xem hình 4.8).
Hình 4.8: Sự gia tăng chuyển vị bởi sự thay dổi mực nước
Lựa chọn Effective stresses từ thực ựơn Stressess, nó có thể ựuợc thấy rằng sự dịch chuyển của ựê gây ra một trạng thái ứng suất bị ựộng trong lớp ựất trên sau ựê.
Hình 4.9: Ứng suất tác ựộng trong ựê sau khi mực nước tăng
Sự tác ựộng của nước không thoát trong các lớp ựất gây ra sự phát triển áp lực nước lỗ rỗng. Sự dư áp lực nước lỗ rỗng có thể dược xem bởi chọn Excess pore pressures từ thực ựơn Stresses (xem hình 4.10). Trong một phân tắch chuẩn mực, tầng thấp nhất (cát) ựược mô phỏng khô, vì không dư áp lực nước lỗ rỗng sẽ phát triển ở ựâỵ Trong trường hợp này, chỉ một bộ vật liệu là có hiệu lực, tất cả các lớp ựất ựược mô phỏng không thoát nước.