Field Stress

Trường ứng suất Stress được sử dụng để định nghĩa điều kiện ứng suất ban đầu của đất đá trước khi khoan nổ.

Constant Field Stress

Sử dụng Constant field stress để định nghĩa một trường ứng suất không đổi trước khi đào (Ví dụ như nó không thay đổi theo vị trí hoặc độ sâu). Trường ứng suất không đổi là rất điển hình cho bài toán khai đào ngầm ở độ sâu tương đối sâu.

Thông số chính sau đây thường được yêu cầu nhập vào chương trình.

Sigma 1

Sigma 1 là ứng suất chính lớn trong mặt phẳng.

Sigma 3

Sigma 3 là ứng suất chính nhỏ trong mặt phẳng.

Sigma Z

Sigma Z Là ứng suất theo phương vuông góc với mặt phẳng..

Angle

Là góc giữa trục X và hướng của Sigma 1. Góc được định nghĩa bằng độ, và hướng ngược chiều kim đồng hồ là hướng dương (+).

Gravity Field Stress

Trường trọng lực thường được sử dụng để khai báo những vùng ứng suất thay đổi theo chiều sâu, thông thường được áp dụng cho các bài toán đào hầm nông.

Độ sâu có thể được lựa chọn theo các cách sau đây:

• Cao trình mặt đất được chỉ định bởi người sử dụng (Thông thường được áp dụng cho trường hợp mặt đất nằm ngang).

• Mặt đất thực tế trong mô hình actual ground surface (sử dụng hữu hiệu trong trường hợp mà mặt đất có sự thay đổi cao độ).

Chiều sâu và trọng lượng đơn vị của vật liệu ở trên, quyết định đến sự phân bố ứng suất thông qua mô hình. Ứng suất theo phương ngang được tính bằng cách nhân ứng suất của phương đứng với hệ số (là tỉ số của ứng suất ngang/ứng suất đứng).

Những thông số sau đây thường được nhập vào cho định nghĩa trường ứng suất trọng trường gravity stress field.

Ground Surface Elevation / cao trình mặt đất

Ground Surface Elevation là cao độ của bề mặt theo trục Y phù hợp với hệ toạ độ

• Một đường nét chấm gạch sẽ suất hiện đánh dấu cao độ mặt đất tự nhiên. Đường này có thể nó ở trạng thái ON hoặc OFF trong menu View.

• Nếu bạn sử dụng là Actual Ground Surface thì đường này sẽ không suất hiện.

Unit Weight of Overburden/ Trọng lượng đơn vị của vật liệu đè

Unit Weight Of Overburden là trọng lượng trung bình của tất cả các loại vật liệu

phía trên của mô hình. Nó được sử dụng cùng với Ground Surface Elevation, để mà tính toán trường ứng suất theo phương thẳng đứng, tại bất cứ điểm nào của mô hình.

• Nếu bạn đã sử dụng đường cao độ thực tế (Actual Ground Surface) thì trọng lượng đơn vị không cần sử dụng, và ô nhập liệu này sẽ được làm mờ đi.

Use Actual Ground Surface

Nếu như bạn sử dụng cao độ thực tế (Actual Ground Surface) có nghĩa là:

• Ứng suất thẳng đứng ban đầu ở mọi điểm, sẽ được tính toán theo chiều sâu thực tế của mô hình, và trọng lượng đơn vị thực tế của các lớp vật liệu phía trên. • Ground Surface Elevation và Unit Weight of Overburden sẽ bị mờ đi trong

chương trình.

Việc sử dụng Actual Ground Surface là rất hiệu dụng cho bài toán tính mái đào hở và đặc biệt là bài toán tính toán ổn định mái đào dùng phương pháp hệ số giảm yếu khả năng chịu cắt của vật liệu.

Stress Ratios

Hệ số ứng suất = ứng suất theo phương ngang / ứng suất theo phương đứng (trong mặt phẳng tính toán và ngoài mặt phẳng), là dùng để tính toán ứng suất theo phương ngang trong trường hợp sử dụng trường trọng lực, căn cứ vào ứng suất thẳng đứng tại bất cứ điểm nào trong mô hình. Hệ số ứng suất được đưa vào chương trình sẽ được sử dụng để tính toán ứng suất theo phương ngang của ứng suất tổng hoặc ứng suất hiệu quả. Chỉ định cho chương trình tính toán ứng suất tổng hay là ứng suất hiệu quả là do người sử dung lựa chọn trong menu.

Ví dụ về chỉ định tính ứng suất hiệu quả

Nếu ứng suất hiệu quả không được chọn thì ứng suất ngang được tính toán từ ứng suất thẳng đứng như sau:

Trong đó:

= Ứng suất tổng theo phương năm ngang = Ứng suất tổng theo phương thẳng đứng = ƯS ngang/ƯS thẳng (Ứng suất tổng)

Nếu chúng ta lưa chọn ứng suất hiệu quả thì ứng suất ngang hiệu quả sẽ được tính toán từ ứng suất thẳng đứng hiệu quả như sau:

Trong đó:

= Ứng suất tổng theo phương nằm ngang = Ứng suất hiệu quả theo phương nằm ngang = Ứng suất hiệu quả theo phương thẳng đứng = Ứng suất tổng theo phương thẳng đứng = áp lực lỗ rỗng

= ƯS ngang/ƯS thẳng (Của ứng suất hiệu quả)

Tỉ lệ ứng suất đối với đất

Xem phần lý thuyết trong Phase2 phần (In-situ Stress States in Soils) trong đó một vài công thức để ước lượng được hệ số này.

Những giá trị điển hình của hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ, K0

STT Soil type (loại đất) K0

1 Dense sand (cát chặt) 0.35

2 Loose sand (cát tơi) 0.6

3 Normally consolidated clays (sét cố kết thôngthường) 0.5-0.6 4 Lightly consolidated clays (sét cố kết yếu) 1.0 5 Heavily consolidated clays (sét cố kết nặng, chặt) 3.0

Locked In Stress(Khóa ứng suất):

Chúng ta cũng có thể khóa thành phần ứng suất theo phương ngang theo hướng trong mặt phẳng hoặc hướng ngoài mặt phẳng. Khóa ứng suất là đơn giản hoá đối với ứng suất tại mặt đất tự nhiên, trong hầu hết các trường hợp ta giả thiết cái này là 0.

Điều này làm phù hợp thành phần ứng suất theo phương ngang được thêm vào đối với việc tính ứng suất theo phương ngang từ ứng suất theo phương đứng và hệ số tỷ lệ ứng suất, để xác định ứng suất tổng thể theo phương ngang tại một số vị trí.

Custom field stress(tuỳ biến trường ứng suất):

Có những tình huống, khi được yêu cầu người dùng có thể chỉ ra trường ứng suất đối với các vật liệu riêng lẻ trong bài toán, thay vì chỉ một trường ứng suất áp dụng cho tất cả các vật liệu.

Ví dụ, lớp vật liệu riêng lẻ của cấu trúc địa chất phân lớp, đôi khi sẽ có một trường ứng suất khác với những lớp xung quanh. Khi đó, trường hợp này xảy ra, người dùng có thể định nghĩa một trường ứng suất tuỳ biến đối với một vài loại vật liệu trong mô hình, như dưới đây:

1. Trong hộp thoại Field stress properties, chọn nút Advanced.

2. Hộp thoại mở ra, cho phép người dùng định nghĩa trường ứng suất tùy biến đối với một vài loại vật liệu trong mô hình bài toán, phù hợp với các vật liệu chúng ta đã định nghĩa trong hộp thoại Define material properties.

3. Để định nghĩa trường ứng suất tuỳ biến đối với một loại vật liệu, chọn hộp Apply

custom Field stress, đối với loại vật liệu mong muốn và nhập vào thông số

trường ứng suất áp dụng cho loại vật liệu đó. 4. Lặp lại bước 3 cho mỗi loại vật liệu yêu cầu.

Chú ý rằng, đặc tính trường ứng suất mặc định trong phần chính của hộp thoại Field stress Properties, sẽ vẫn áp dụng cho tất cả các loại vật liệu không được định nghĩa riêng trường ứng suất.

8.3. Load Split/ Phân t i tr ngả ọ

hoặc là lực trong phần tử ở các thời đoạn khác nhau thay vì đưa tất cả các lực vào thời đoạn đầu tiên.

Một bảng phân bố tải trọng điển hình , để mô phỏng hiệu quả các mặt của đường hầm 3D, sử dụng một mô hình 2D.

Thực hiện việc phân tải trọng trong Phase2:

1. Bảng Load Split chỉ có hiệu lực khi trong mô hình ít nhất là có hai bước chất tải.

2. Lựa chọn Load Split từ trong Loading menu.

3. Trong hộp thoại Load Split, chọn Enable Load Split.

4. Nhập vào các thông tin cho mỗi bước tải (Split Factor và Stress Behaviour) như là mô tả dưới đây.

Split Factor / Hệ số phân tải

Một hệ số tải trọng có thể được định nghĩa cho mỗi một thời đoạn. Hệ số tải trọng được sử dụng như sau:

• Hệ số tải trọng đơn giản là được nhân giá trị của nó vào trường ứng suất.

• Trong hầu hết các trường hợp, một hệ số tải sẽ là một số thực từ 0 đến 1 tuy nhiên, trong một số trường hợp nó có thể là lớn hơn 1 cũng được sử dụng (điều này cho phép bạn gia tăng trường ứng suất đã nhập trong hộp thoại Field Stress), hoặc thậm chí là một số âm cũng có thể đưa vào (Điều này cho phép bạn giảm trường ứng suất).

• Trường ứng suất sẽ được áp dụng trong mô hình tuỳ theo trường hợp tác dụng lực.

Stress Behavior

• Khi mà Stress Behaviour = Initialize, trường ứng suất ở thời đoạn đó sẽ là trường ứng suất ban đầu nhân với hệ số Split Factor ở cùng thời đoạn đầu tiên. • Khi mà Stress Behaviour = Add, Trường ứng suất được quyết định bới hệ số Split Factor nhân với trường ứng suất ban đầu , sẽ được cộng với ứng suất đã tồn tại trong mô hình ở thời đoạn trước.

VÍ DỤ:

Xem xét ví dụ sau đây về phân tải trọng:

Định nghĩa "A" như là tải trọng phân tử ban đầu (Trường ứng suất và/hoặc lực bản thân) nó sẽ được gắn vào phần tử của vật liệu đó nếu như chúng ta không sử dụng bảng phân tải trọng trong mô hình.

Bây giờ xem xét bảng phân tải trọng sau đây: Bài toán có 4 bước thời đoạn.

Initialize là 0.1 trong stage 1 Add là 0.3 trong stage 2 Add là 0.4 trong stage 3 Add là 0.2 trong stage 4

sau:

Stage 1/ thời đoạn 1

Ứng suất ban đầu sẽ là 0.1A Stage 2/ Thời đoạn 2

Trong giai đoạn 2 ứng suất ban đầu sẽ là : (Ứng suất ở cuối thời đoạn 1) + 0.3A Stage 3/ Thời đoạn 3

Trong giai đoạn 3 ứng suất ban đầu sẽ là : (Ứng suất ở cuối thời đoạn 2) + 0.4A Stage 4/ Thời đoạn 4

Trong giai đoạn 4 ứng suất ban đầu sẽ là : (Ứng suất ở cuối thời đoạn 3) + 0.2A

Custom Load Split

Để cho phép người sử dụng có sự mềm dẻo tối đa trong việc phân tải trọng, lựa chọn có sẵn trong trường trình là Custom Load split, điều đó cho phép bạn định nghĩa và phân tải trọng cho từng lớp vật liệu.

Định nghĩa phân tải trọng theo người sử dụng như sau: 1. Chọn nút Advanced trong nemu Load Split.

2. Cho phép người sử dụng định nghĩa phân tải cho từng loại vật liệu trong mô hình.

3. Để định nghĩa Custom Load Split cho mỗi loại vật liệu, chọn Custom Load

Split, chọn vật liệu và nhập hệ số phân chia tải Split Factor vào.

4. Lặp lại bước 3 cho từng loại vật liệu.

Typical Use of Load Split / Điển hình sử dụng phân tải trọng

Điển hình sử dụng Load Splitting là để mô hình trì hoãn quá trình lắp đặt các gia cố tạm, trong quá trình đào hầm. Ví dụ, đơn giản là 2 thời đoạn trong một quá trình đào:

• Bạn có thể thiết lập Split Factor = 0.3 trong thời đoạn Stage 1 và Split Factor = 0.7 trong Stage 2.

• Lắp đặt chống đỡ (bu lông neo hoặc lớp lót) trong Stage 2.

Khi bạn chạy phân tích, chỉ 30% của trường ứng suất được tác dụng trong thời đoạn 1 có hiệu quả, điều này cho phép một số chuyển vị đã diễn ra trong quá trình gia cố ở stage 1, khi không có chống đỡ, khi lắp đặt hoàn thành ở stage 2 có thể chống lại 70% ứng suất.

8.4. Seismic Load/ t i tr ng do ng tả ọ độ đấ

Tuỳ chọn này cho phép người dùng kể đến một tải trọng động đất trạng thái giả tĩnh trong phần tử hữu hạn. Để định nghĩa tải trọng động đất:

1. Chọn Seismic loading từ trình đơn Loading. (Chú ý: chúng ta cũng có thể click chuột phải lên khối ứng suất như hình và chọn Seismic loading từ trình đơn

tại chỗ)

2. Trong hộp thoại Seismic loading nhập hệ số động đất theo phương ngang và hoặc phương đứng. Chúng ta cũng có thể chọn giai đoạn mà lực động đất được sử dụng, chọn OK.

Seismic Coefficients/ Hệ số động đất

Hệ số động đất là hệ số không thứ nguyên, thể hiện gia tốc động đất (lớn nhất) là một phần của gia tốc trọng trường. Các giá trị điển hình dao động từ 0.1 đến 0.3

Khi hệ số động đất được định nghĩa, một lực bản thân phát sinh thêm sẽ được gán cho mỗi phần tử hữu hạn trong lưới phần tử, như sau:

Lực động đất = hệ số động đất * lực bản thân (theo lực trọng trường)

= hệ số động đất * ( diện tích phần tử * trọng lượng riêng vật liệu của phần tử)

+ Lực bản thân (do trọng lực) thì đơn giản là trọng lượng của bản thân phần tử. + Lực bản thân do động đất là vectơ (hướng xuống) thêm vào lực bản thân đã có sẵn do trọng lực, để có được lực bản thân tổng cộng hoạt động trên phần tử.

Chú ý:

Gia tốc trọng trường (g=9.81m/s2) đã được đưa vào trọng lượng riêng của vật liệu rồi (nhớ rằng đơn vị của trọng lượng riêng là lực/thể tích), và vì thế nó không xuất hiện một cách rõ ràng trên công thức trên. Trọng lượng riêng của vật liệu là trọng lượng riêng được định nghĩa đối với mỗi loại vật liệu trong hộp thoại Define material

properties, khi lực bản thân được kể tới với tải trọng phần tử ban đầu.

Seismic Force and Initial Element Loading/Lực động đất và tải trọng phần tử ban đầu: Một chú ý rất quan trọng là tải trọng động đất chỉ áp dụng cho những vật liệu có một tải trọng phần tử ban đầu.

Nếu lực bản thân không được kể đến trong tải trọng phần tử ban đầu, khi đó lực động đất được áp dụng đó sẽ là 0, thậm chí nếu hệ số động đất có được định nghĩa trong hộp thoại Seismic load. Chúng ta phải nhớ điều này, nếu chúng ta muốn sử dụng tải trọng động đất trong tổ hợp với trường ứng suất không đổi, mặc định tải trọng phần tử ban đầu đối với trường ứng suất không đổi là Field stress only (chỉ có trường ứng suất).

Direction Convention(quy ước hướng):

Những quy ước về hướng sau đây được đùng đối với hệ số động đất trong Phase 2: + Một hệ số theo phương ngang là dương hiển thị một lực đặt qua phải.

+ Một hệ số theo phương ngang là âm thể hiện một lực đặt qua trái. + Một hệ số theo phương đứng là dương thể hiện một lực đi lên. + Một hệ số theo phương đứng là âm thể hiện một lực đi xuống.

Khi đưa ra kết quả phân tích phần tử hữu hạn với tải trọng động đất, chúng ta nên chạy nhiều phân tích sử dụng những tổ hợp khác nhau và phương đứng và phương ngang của hệ số động đất theo thứ tự đánh giá ảnh hưởng trực tiếp của lực động đất đến kết quả phân tích (ứng suất, chuyển vị, hệ số cường độ…)

Tuỳ chọn Application of seismic coefficient cho phép người dùng định rõ giai đoạn tải trọng động đất được áp dụng. Tuỳ chọn này chỉ ứng dụng đối với những mô hình có nhiều giai đoạn.

Applied in Stage/ứng dụng trong giai đoạn:

Tuỳ chọn Applied in stage cho phép ta chọn giai đoạn mà tải trọng động đất được áp dụng. Nói đúng ra tải trọng động đất nên được áp dụng tại giai đoạn sau cùng của quá trình đào. Nếu tải trọng động đất được áp dụng ở một giai đoạn trung gian nào đó của quá trình đào, ảnh hưởng của tải trọng sẽ truyền đến những giai đoạn sau( tải trọng động đất không được gỡ bỏ ở giai đoạn sau, sau giai đoạn đầu tiên áp dụng tải trọng động đất này).

Chú ý:

Nếu chúng ta sử dụng tuỳ chọn Load split, điều này không ảnh hưởng gì đến tải trọng động đất. Lực động đất được áp dụng đó sẽ luôn bằng trọng lượng của phần tử nhân với hệ số động đất. Hệ số phân chia lực không được áp dụng đối với tải trọng động đất nếu chúng ta sử dụng tuỳ chọn Applied in stage và tuỳ chọn Load split.

Applied when body force is applied( áp dụng khi lực bản thân được áp dụng):

Tuỳ chọn Applied when body force is applied sẽ tự động ứng dụng tải trọng động đất ở giai đoạn khi lực bản thân của phần tử (vật liệu) được áp dụng trước. Thường thường điều này sẽ là giai đoạn đầu tiên. Hơn nữa, tải trọng động đất sẽ được áp dụng tuỳ theo sự phân chia lực tác dụng nếu tuỳ chọn Load split được dùng. Điều này có nghĩa là tải trọng động đất sẽ được áp dụng trong những giai đoạn kế tiếp (liên tục),