5.2 ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU TRƯỜNG HỢP ĐẮP NỀN ĐƯỜNG BẰNG CÁT TRONG MỘT ĐỢT
5.2.2 Tính độ lún cố kết theo thời gian bằng chương trình Plaxis dùng mô
Mô phỏng các lớp đất trong chương trình Plaxis - Lớp cát đắp: dày 2m, có các chỉ tiêu sau:
Dung trọng khô γdry=16 kN/m3 Dung trọng ướt γWet=19 kN/m3 Hệ số thấm kx=ky=0,5 m/ngày Lực dính hữu hiệu C’=1 kN/m2 Hệ số Poisson hữu hiệu ν’=0,3 Góc ma sát hữu hiệu ϕ’=280
Modulus trong hộp nén oedometer E’oed=1,5.104 kN/m2
- Lớp đất nền: bùn sét xám xanh dày 16m, trạng thái chảy, có các chỉ tiêu sau:
Dung trọng khô γdry=12,03 kN/m3 Dung trọng ướt γwet=14,7 kN/m3
Hệ số thấm kx=2ky=2x4x10-4 m/ngày Lực dính hữu hiệu C’CU=12 kN/m2 Góc ma sát hữu hiệu ϕ’CU =29041’≈300
Hệ số áp lực ngang trong điều kiện cố kết thường:
K0NC=1-sinϕ’CU=0,5 (Jaky, 1948)
Hệ số Poisson trong quá trình chất tải - dở tải νur=0,15 Chổ soỏ neựn Cc=0,957
Chỉ số nở Cs=0,147
Độ dốc của đường nén trong hệ tọa độ (lnp’,v):
λ*=Cc/[2,3.(1+e0)]=0,957/[2,3.(1+2,385)]=0,123 Độ dốc của đường nở trong hệ tọa độ (lnp’,v):
κ*≈1,3.[(1-νur)/(1+νur)].[Cs/(1+e0)]=1,3.[(1-0,15)/(1+0,15)].[0,147/(1+2,385)]=0,042 Các bước tính trong chương trình Plaxis
- Bước 1: Khai báo chung
+ Đây là bài toán biến dạng phẳng, chọn phần tử 15 nút: (hình 5.2)
Hình 5.2: Khai báo mô hình làm việc
+ Chọn đơn vị chiều dài, lực, thời gian, hệ lưới toạ độ và khoảng cách giữa các mắt lưới (hình 5.3)
Hình 5.3: Khai báo đơn vị tính và kích thước hình học
- Bước 2: Tạo tọa độ vị trí của các lớp đất được mô phỏng (hình 5.4)
Hình 5.4: Mô hình tính toán - Bước 3: Nhập thông số của các lớp đất cần mô phỏng
+ Lớp cát đắp:
- Chọn mô hình vật liệu: Mohr-Coulomb, loại vật liệu: thoát nước. Nhập giá trị cơ bản như: dung trọng khô, dung trọng ướt, hệ số thấm của lớp đất theo phương đứng, ngang. Khi sử dụng chương trình Plaxis, giá trị dung trọng khô (γdry) không phải hoàn toàn khô do hiện tượng mao dẫn toàn phần hay một phần của đất nằm trên mực nước ngầm. Do đó giá trị này sẽ lớn hơn dung trọng khô trong thí nghiệm. Đối với đất nằm dưới mực nước ngầm thì sử dụng dung trọng bảo hòa nước (γwet) (hình 5.5)
Hình 5.5: khai báo cát đắp
- Nhập những thông số cơ bản E’oed, ν’, C’, ϕ’ của lớp cát đắp (hình 5.6)
Hình 5.6: Thông số vật liệu cát đắp + Lớp đất nền: bùn sét
- Chọn mô hình vật liệu: Soft Soil, loại vật liệu: không thoát nước. Nhập giá trị cơ bản như: dung trọng khô, dung trọng ướt, hệ số thấm của lớp đất theo phương đứng, ngang (hình 5.7a) và hệ số rỗng ban đầu (hình 5.7b)
Hình 5.7a: Khai báo đất nền
Hình 5.7b: Khai báo hệ số rỗng ban đầu của đất nền - Nhập những thông số cơ bản: λ*, κ*, C’CU, ϕ’CU (hình 5.8)
Hình 5.8: Các thông số đất nền
- Tạo điều kiện biên cho bài toán bằng cách nhấp vào biểu tượng - Phát sinh hệ lưới: nhấp vào biểu tượng (hình 5.9)
Hình 5.9: Mô hình nền và đất đắp được mô hình hóa bằng lưới phần tử và các điểm khảo sát A, B, C, D, E, F, H
- Bước 4: định nghĩa điều kiện ban đầu, nhấn vào biểu tượng + Xác định mực nước ngầm -2m, chọn biểu tượng (phreatic line), vì lớp đất từ chiều sâu -16m trở xuống là lớp sét không thấm nên ta phải khai báo bằng cách chọn biểu tượng (closed consolidation boundary) để khóa đường biên cố kết, chọn từ điểm 3 đến điểm 5 (hình 5.4). Ngoài ra, vì đây là bài toán cố kết nên cũng cần phải khóa biên cố kết từ điểm 2 đến điểm 3, từ điểm 4 đến điểm 5 (hình 5.4) và phát sinh áp lực nước thủy tĩnh nhấn vào biểu tượng (generate water pressures), hình 5.10 thể hiện áp lực nước thủy tĩnh theo chiều sâu. Sau đó cập nhật giá trị áp lực nước thủy tĩnh bằng cách chọn
Hình 5.10: Phát sinh áp lực nước thủy tĩnh
+ Xác định điều kiện ứng suất hữu hiệu ban đầu khi chưa đắp cát bằng cách chọn biểu tượng (initial stresses) và chọn (generate initial stresses) để phát sinh ứng suất hữu hiệu (hình 5.12) và cập nhật giá trị bằng cách chọn .Trong chương trình Plaxis, tính hệ số K0NC=1-sinϕ’CU=0,5 : hệ số áp lực ngang trong điều kiện cố kết thường (hình 5.11).
Hình 5.11: Giá trị K0
Hình 5.12: Phát sinh ứng suất pháp trung bình p’ ban đầu - Bước 5: Tính toán
+ Chọn các điểm ứng suất và biến dạng của nền đất (hình 5.13a)
Hình 5.13a: Các điểm khảo sát ứng suất G, I, J, K, L trong nền đất
+ Phase 1: Đắp cát cao 2m
- Chọn cách tính toán (calculation type): dẻo (plastic) (hình 5.13b)
Hình 5.13b: Khai báo điều kiện chung
- Thi công đắp cao 2m (staged construction) và nhấp vào Define (hình 5.13c) và chọn lớp cát đắp sẽ được kích hoạt đúng màu khai báo ban đầu
Hình 5.13c: Những cách thức khai báo quá trình đắp cao 2m
+ Phase 2: tính quá trình cố kết cho đến áp lực nước lỗ rỗng thặng dử toỏi thieồu baống 1 kN/m2
- Chọn loại tính toán: cố kết (consolidation) (hình 5.13d)
Hình 5.13d: Loại tính toán cố kết
- Cách tính: áp lực nước lỗ rỗng thặng dư nhỏ nhất bằng 1 kN/m2 (minimum pore pressure) (hình 5.13e)
Hình 5.13e: Những cách thức khai báo quá trình giải cố kết - Sau khi tính toán hoàn tất 2 phase trên ta được hình 5.13f