5. Nội dung nghiên cứu
2.4.2.Mô hình Hardening Soil (HS)
Đáp ứng đất khi chịu tải trọng là không tuyến tính, không đàn hồi và rất là phụ thuộc vào cường độ của ứng suất. Mô hình đàn hồi không tuyến tính có thể được
24
trông đợi để mang lại dự đoán có thể chấp nhận của ứng xử đất tại một mức độ ứng suất cắt tương đối nhỏ.
Mô hình Hardening-Soil là một mô hình nâng cao có thể được sử dụng để mô phỏng ứng xử ứng suất - biến dạng của cả đất mềm và đất cứng (Schanz, 1998). Đối với trường hợp thí nghiệm ba trục thoát nước, mô hình HS xấp xỉ đường cong ứng suất lệch và biến dạng dọc trục bằng cách sử dụng đường hyperbol. Đường cong hyperbol như thế có thể mô phỏng sử dụng mô hình đàn hồi không tuyến tính. Duncan and Chang được nhiều người biết đến (Duncan and Chang, 1970); tuy nhiên, mô hình HS loại bỏ đáng kể mô hình Duncan and Chang. Mô hình Hardening-Soil sử dụng lý thuyết dẻo hơn là lý thuyết đàn hồi sử dụng trong mô hình Duncan and Chang; vì thế, mô hình Hardening-Soil có khả năng mô phỏng ứng ứng suất - biến dạng không hồi phục. Thêm vào đó, mô hình HS có khả năng mô phỏng ứng xử biến dạng thể tích tái bền, mà nó không thể sử dụng trong mô hình Duncan and Chang.
Tương tự như mô hình Mohr - Coulomb, giới hạn trạng thái ứng suất trong mô hình HS được miêu tả theo thông số ứng suất có hiệu. Tuy nhiên, độ cứng đất được miêu tả rất chính xác trong mô hình HS bằng cách sử dụng ba giá trị độ cứng đầu vào khác nhau - độ cứng gia tải ba trục, , độ cứng dở/nén lại ba trục, , và độ cứng gia tải nén cố kết, . Không giống như mô hình Mohr - Coulomb, mô hình HS cũng kể đến sự độc lập ứng suất của độ cứng đất, tức là độ giá trị độ cứng đàn hồi tăng với ứng suất buồng trong mô hình HS.
Mô hình HS cho phép thay đổi biến dạng thể tích dẻo cũng như biến dạng cắt dẻo do ứng suất lệch. So với mô hình Mohr - Coulomb, ứng xử dở tải của đất được kể đến tốt hơn trong mô hình Hardening-Soil. Mô hình HS cũng có thể được sử dụng để tính toán tin cậy sự phân bố áp lực dưới móng bè và bên cạnh kết cấu tường chắn (Brinkgreve, 2007). Mô hình Mohr - Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ bản, xem bảng 2.2
Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil
Thông số Đơn vị Định nghĩa
kN/m2 Độ cứng đường cát tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục chuẩn
kN/m2 Độ cứng tiếp xúc với tải nén cố kết chính
kN/m2 Độ cứng dở tải/gia tải lại( )
m - Năng lượng phụ thuộc vào mức độ ứng
suất của độ cứng
, Góc ma sát ° Góc nội ma sát của đất
c, Lực dính kN/m2 Sức hút của các phân tử đất hạt mịn
, Góc giãn nở ° Sự thay đổi thể tích của đất trong suốt quá trình cắt
Hình 2.7 – Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước
Đường tiệm cận Đường phá hoại
26
Hình 2.8 – Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer)