Hố đào rộng 30 m, sâu 20 m. Hố đào ở vị trí gần sông, để thi công khô cần sử dụng tường cừ chống thấm sâu 30 m với các thanh chống đặt cách nhau 5 m. Tải trọng trên bề mặt hố đào cách vị trí tường chắn 2 m là tải trọng phân bố đều trong phạm vị bề mặt 5m xung quanh hốđào. Xem hình dưới đây.
2 2
Hình 3.1 Mặt cắt ngang hốđào
Địa tầng gồm 2 lớp: Đất sét bên trên dày 20 m, bên dưới là lớp cát. Chỉ tiêu các lớp như bảng sau:
Bảng 3.1 Thông số các lớp đất nền
Thông số Ký hiệu Đất sét Cát chặt Đơn vị
Mô hình vật liệu Model Coulomb Mohr- Coulomb Mohr- - Loại ứng xử vật liệu Type Drained Drained - Trọng lượng riêng trên MN ngầm γunsat 16.00 17.00 kN/m3 Trọng lượng riêng dưới MN ngầm γsat 18.00 20.00 kN/m3 Hệ số thấm theo phương ngang kx 0.001 1.00 m/day Hệ số thấm theo phương đứng ky 0.001 1.00 m/day Moduyn đàn hồi (const) Eref 10 000 40 000 kN/m2 Hệ sô Poisson ν 0.35 0.30 - Lực dính (const) Cref 5.00 1.00 kN/m2 Góc ma sát trong ϕ 25.00 32.00 ° Góc trương nở ψ 0.00 2.00 ° Hệ số giảm cường độ Rinter 0.50 0.67 -
Phạm vi chiều sâu ảnh hưởng của hố móng khoảng 40 m, phạm vi ảnh hưởng theo chiều ngang có thể xét như hình vẽ trang trước. Hốđào được chia làm 3 giai đoạn thi công. Tường chắn là cừ thép, thanh chống được mô hình bởi phần tửđàn dẻo, có các đặc trưng thông số như bảng sau:
Bảng 3.2 Thông số tường chắn và thanh chống
T CHƯỜẮNG N (CỪ) THANH CH
ỐNG Đơn vị
Mô hình vật liệu Material type Elastic Elastic -
Độ cứng dọc trục EA 7.5·106 2·106 kN/m
Độ cứng chịu uốn EI 1.0·106 kNm2/m
Chiều dày tương đương d 1.265 m
Khối lượng riêng w 10 kN/m/m
Hệ số Poisson ν 0 - Khoảng cách đặt neo Ls 5 m Fmax,comp 1·1015 kN Lực lớn nhất Fmin,comp 1·1015 kN 3.2.2. Trình tự giải
3.2.2.1.Bước 1: Thiết lập tổng thể bài toán
Sau khi khởi động chương trình Plaxis 8.2 sẽ xuất hiện hộp thoại Create/Open Poject . Chọn New Project
như hình 3.2.
Hình 3.2 Chọn New project từ
hộp thoại Create/Open
project
Click <OK> . Xuất hiện hôp thoại General Settings như hình 3.3.
Trong thẻ Project của hôp thoại General Settings, đặt tên bài toán trong vùng Title, trong Model chọn Plain strain và chọn kiểu Element là loại 15 nút. (hình 3.3).
Hình 3.3 Các mục chọn trong thẻ Project của hộp thoại General Settings
Chuyển sang thẻ Dimesions của hôp thoại General Settings, các mục chọn như hình sau:
Hình 3.4 Các mục chọn trong thẻ Dimesions của hộp thoại General settings
- Trong Units: Giữ nguyên các đơn vị đã mặc định (Chiều dài = m, Đơn vị lực = kN, Thời gian = day).
- Trong Grids: Giữ nguyên các giá trị đã thiết lập về khoảng chia lưới (Spacing =1; Number of intervals=1).
- Trong Geometry dimensions: Chọn các kích thước Left và Right lần lượt là 0 và 45; kích thước Bottom và Top lần lượt là 0 và 40.
Chọn OK để tắt hộp thoại General settings, đồng thời mở ra cửa sổ giao diện để thực hiện các tác vụ xây dựng mô hình hình học.
Ghi chú:
- Vì mặt cắt ngang hốđào (hình 3.1) có tính đối xứng, do đó theo phương ngang cần 45 m và phương đứng cần 40 m.
- Khi cần gọi hộp thoại General settings để hiệu chỉnh các thông số, vào menu File sẽ nhìn thấy mục này. Ngoài ra, còn có thể double click chuột trong vùng thước đứng hoặc thước ngang (bên trái hoặc bên trên vùng vẽ).
3.2.2.2.Bước 2: Xây dựng mô hình hình học
1) Vẽđường bao
Sau khi thiết lập tổng thể xong và nhấn OK trong hộp thoại General settings,
màn hình giao diện sẽ mở ra như hình 2.6; để vẽ đường (line), trên menu chính, vào mục Geometry\Geometry Line hoặc chọn biểu tượng .
Xây dựng mô hình hình học theo một trong hai cách sau:
• Phương pháp click chuột :
Màn hình giao diện hình 2.6 có thể hiện vị trí con trỏ chuột tương tự như màn hình AutoCad. Sau khi chọn lệnh vẽ (ví dụ vẽ đường bao - Geometry Line), di chuyển con trỏ đến gốc toạ độ (0; 0), click chuột. Lúc này trên màn hình sẽ xuất hiện một điểm có toạ độ (0; 0). Di chuyển con trỏ về bên phải (nhìn vào thanh trạng thái ở đáy màn hình sẽ thấy các giá trị toạ độ (x; y) thay đổi tương ứng với vị trí con trỏ trên màn hình – tương tự như AutoCad), đến vị trí toạ độ (45; 0) click chuột. Tương tự click chuột ở các vị trí (45; 40), (0; 40). Cuối cùng quay về điểm đầu tiên (gốc toạđộ), click chuột và click chuột phải để kết thúc.
• Phương pháp nhập toạđộđiểm :
Hoàn toàn tương tự như trong môi trường AutoCad, sau khi chọn lệnh vẽ, nhập toạ độ điểm tại dòng đáy màn hình (Point number and coordinates). Lưu ý toạ độ điểm được nhập theo cú pháp (x; y) hoặc (x _ y) (giữa x và y cách nhau dấu chấm phẩy hoặc khoảng trắng). Nhấn Enter, điểm sẽ xuất hiện tương ứng trên màn hình. Nhấn ESC kết thúc lệnh.
Chú ý:
− − −
− Nếu dùng phương pháp click chuột, kết thúc lệnh vẽ bằng click chuột phải.
− − − − Nếu dùng phương pháp nhập toạđộđiểm, kết thúc lệnh vẽ bằng phím ESC. − − −
2)Vẽ đường phân lớp địa tầng
Tương tự như trên, dùng menu lệnh Geometry Line hoặc công cụ để vẽ đường ngang phân chia giữa lớp đất sét và lớp cát chặt (bằng phương pháp click chuột hoặc phương pháp nhập toạ độ điểm). Đường phân chia lớp địa tầng đi ngang qua 2 điểm có toạ độ (0; 20) và (45; 20).
3)Vẽ đường phân chia giữa các giai đoạn thi công
Tương tự như trên, dùng menu lệnh Geometry Line hoặc công cụ để vẽ đường ngang phân chia giữa các giai đoạn thi công (bằng phương pháp click chuột hoặc phương pháp nhập toạ độ điểm). Đường ngang phân chia giữa các giai đoạn thi công gồm 2 đường: Đường trên đi ngang qua 2 điểm có toạ độ (30; 38) và (45; 38). Đường dưới đi ngang qua 2 điểm có toạđộ (30; 30) và (45; 30).
4)Vẽ tường cừ
Dùng menu lệnh Geometry Plate hoặc dùng công cụ để mô hình hoá kết cấu từng cừ (bằng phương pháp click chuột hoặc phương pháp nhập toạ độ điểm như đã trình bày ở trên). Tường cừ đi qua 2 điểm có toạ độ: (30; 40) và (30; 10).
Vì tường cừ là dạng bề mặt, cần khai báo bề mặt (phần tử tương tác) như sau:
Dùng menu lênh Geometry\ Interface hoặc công cụ , di chuyển con trỏ chuột đến vị trí đỉnh tường (30; 40), click chuột, di chuyển con trỏ chuột xuống vị trí đáy tường (30; 10), click chuột. Theo hướng mũi tên đi xuống, phần tử tương tác được tạo phía trái tường. Tương tự như vậy, theo hướng mũi tên đi lên, click chuột tại đáy tường rồi dịch chuyển con trỏ lên phía đỉnh tường, click chuột, click chuột phải để kết thúc.
5)Vẽ thanh chống
Dùng menu lệnh Geometry\ Fixed end anchor hoặc dùng công cụ
để mô hình hoá thanh chống. Thanh chống gắn vào tường cừ tại điểm (30,39). Di chuyển con trỏ đếm điểm này và click chuột, hộp thoại
Fixed end anchor sẽ xuất hiện. Nhập chiều dài thanh neo 15 m (một nửa bề rộng đào do tính chất đối xứng của mặt cắt) và nhấn nút OK (chấp nhận góc định hướng là 0o ).
Chú ý:
Trong quá trình xây dựng mô hình hình học, để có được chức năng tự động bắt dính điểm (như trong AutoCad), cần chọn:
- Click chuột vào menu View, sau đó chọn Grid (hoặc bấm Ctrl + G);
- Click chuột vào menu View, sau đó chọn Snap to grid (hoặc bấm Ctrl + S); - Khi tạo điểm rất gần với đường, điểm này thường bắt dính vào đường, bởi vì việc tạo lưới (the mesh generator) không thể nhận biết điểm không trùng khớp với đường khi có khoảng cách nhỏ.
- Nói chung chỉ có điểm tồn tại trong hệ toạ độ hiện hành và chỉ có đường tồn tại giữa 2 điểm (In general, only one point can exist at a certain coordinate and only one line can exist between two points). Điểm hoặc
đường trùng khớp sẽ tự động hiểu là một điểm hoặc một đường (Coinciding points or lines will automatically be reduced to single points or lines). Thủ
tục kéo điểm vào điểm đang tồn tại có thể được áp dụng để khử điểm (hoặc
đường) thừa (The procedure to drag points ontoexisting points may be used to eliminate redundant points (and lines)).
3.2.2.3.Bước 3: Khai báo tải trọng
Trước tiên cần vẽ tải trọng.
Dùng menu lệnh Loads\ Distributed load – static load system A hoặc dùng công cụ để vẽ tải trọng. Click chuột tại 2 điểm có toạ độ (23; 40) và (28; 40),
click chuột phải để kết thúc lệnh vẽ. Khai báo tải trọng bằng cách click chuột vào công cụ selection , sau đó double click chuột vào đường mặt đất trong phạm vi có tải trọng, hộp thoại Select sẽ hiện ra bên cạnh mô hình.
Hình 3.6 Hộp thoại Select
Chọn mục này Click chuột vào
khu vực này sẽ xuất hiện hộp thoại Select
Hộp thoại Select có 2 lựa chọn, click chuột vào mục Distributed Load (system A), nhấn OK , hộp thoại Distributed load – static load system A xuất hiện. Nhập vào 2 ô Y-value cùng một giá trị - 5 kN/m2 (vì là lực phân bố đều nên 2 giá trị Y này bằng nhau). Xem hình dưới đây:
Hình 3.7 Hộp thoại Distributed load – static load system A
Ghi chú:
Nhằm thuận lợi hơn trong việc khai báo tải trọng, cần chọn công cụ Zoom in
, quét chọn khu vực lực phân bố vừa vẽ (thao tác tương tự như trong môi trường AutoCad) để phóng to hình dạng lực phân bố lên, sau đó mới dùng công cụ Selection để double click chuột vào đường mặt đất trong phạm vi có tải trọng.
3.2.2.4.Bước 4: Thiết lập điều kiện biên
Dùng menu lệnh Loads\ Stanđard fixities hoặc công cụ để thiết lập điều kiện biên. Kết quả là chương trình tạo cố định tại đáy và thanh cuộn đứng tại các phương đứng. Điều kiện biên này thích hợp trong mô hình đối xứng tại đường biên phải (đường tâm hốđào).
Mô hình hình học sau khi thiết lập như hình sau:
3.2.2.5. Bước 5: Khai báo đặc trưng vật liệu
1) Khai báo đặc trưng vật liệu cho các lớp địa tầng.
Trên menu chính, vào mục Materials\ Soil & Interface hoặc chọn biểu tượng . Hộp thoại
Material sets hiện ra như hình 3.9.
Đầu tiên khai báo đặc trưng vật liệu cho lớp đất sét, trong mục Set type chọn Soil & Interface, chọn nút Newđể tạo thông tin cho bộ dữ liệu mới. Hộp thoại Mohr- Coulomb hiện ra như hình 3.10 (Khi chưa đặt tên lớp, tên hộp thoại là Mohr- Coulomb -<Noname>).
Hộp thoại Mohr- Coulomb -<Noname> có 3 thẻ:General , Parameters và Interface.
Hình 3.9 Hộp thoại Material set
- Trong thẻ General nhập DAT SET trong ô Indentification (hộp thoại lập tức được đổi tên là Mohr
Coulomb-DAT SET). Chọn
Mohr Coulomb trong ô
Material model.
Trong ô Material type có 3 lựa
chọn: Drained (khô ráo);
UnDrained (không thoát nước) và Non-porous (không xốp). Vì ảnh hưởng lâu dài của hố đào được xem xét, ta không tính với ứng xử UnDrained (không thoát nước) và Non-porous
(không xốp), chọn mục
Drained (khô ráo).
Hình 3.10 Hộp thoại Mohr Coulomb - thẻ General
Từ bảng 3.1, nhập các giá trị trọng lượng riêng và hệ số thấm váo các mục
General properties và Permeability.
- Trong thẻ Parameters nhập Moduyn đàn hồi Eref và hệ số Poisson ν trong ô Stiffness, nhập lực dính Cref và góc ma sát trong ϕtrong ô Strength.
Tham số Rinter xét đến ma sát bề mặt tương tác và sự cố kết tương tác giảm so với góc ma sát và sự cố kết của đất liền kề.
Các gí trị khác, chọn theo mặc định.
Chọn nút OK để đóng hộp thoại Mohr Coulomb-DAT SET. Lúc này hộp thoại Material set
xuất hiện có thêm dấu hiệu nhận biết lớp DAT SET và ô thể hiện mầu lớp như hình 3.11 (Ta gọi đây là
bộ dữ liệu DAT SET)
Ghi chú:
Trên hộp thoại này, ta có thể:
- Hiệu chỉnh một thông số nào đó bằng cách nhấn nút Edit.
- Sao chép các thông số qua một lớp khác bằng cách nhấn nút Copy.
- Xoá dữ liệu một lớp nào đó bằng cách nhấn nút Del.
Hình 3.11 Hộp thoại Material set sau khi nhập xong số liệu lớp đất sét
Để gán bộ dữ liệu DAT SET vừa khai báo vào mô hình, tại hộp thoại
Material set, click chuột vào bộ dữ liệu, kéo và thả (drag and drop) vào khu vực lớp đất sét của mô hình hình học. Lập tức khu vực lớp đất sét đổi màu theo màu của bộ dữ liệu.
Đối với lớp cát bên dưới, khai báo hoàn toàn tương tự như vừa thực hiện đối với lớp đất sét
2) Khai báo đặc trưng vật liệu cho tường cừ và thanh chống
Trên menu chính vào mục Materials\ Plates hoặc chọn biểu tượng Sau khi hộp thoại Material sets hiện ra như hình 3.9, chọn Plates
trong mục Set type, click nút
New, hộp thoại Plate properties mở ra.
Hình 3.12 Hộp thoại Plate properties
Nhập TUONG CU tại ô Indentification. Trên cơ sở số liệu ở bảng 3.2, nhập các thông số trong hộp thoại như hình 3.12 . Nhấn nút OK. Hộp thoại Material set xuất hiện có thêm bộ dữ liệu TUONG CU. Click vào bộ dữ liệu TUONG CU kéo và thả (drag and drop) vào tường cừ trên mô hình hình học ngay khi con trỏ cho biết việc thả (drop) là có thể.
Khai báo đặc trưng vật liệu cho thanh chống cũng tương tự như đối với tường cừ. Khi hộp thoại Material sets hiện ra, chọn Anchor trong mục Set type, click nút
New, hộp thoại Anchor properties mở ra. Nhập THANH CHONG tại ô
Indentification. Trên cơ sở số liệu ở bảng 3.2,
nhập các thông số trong hộp thoại như hình 3.13
Hình 3.13 Hộp thoại Anchor properties
3.2.2.6. Bước 6: Chia lưới phần tử
Trên menu chính, vào mục Mesh\Global coarseness hoặc chọn biểu tượng để tự động phát sinh lưới phần tử tính toán. Sau một vài giây, một lưới thô
(coarse mesh ) xuất hiện trên cửa sổOutput như hình sau:
Hình 3.14 Cửa sổ Out put Click nút Update để đóng cửa sổ Output và quay lại mô hình hình học
Chú ý:
•Để điều chỉnh độ mịn của lưới, từ
menu chính chọn Mesh \ Global coarseness, hộp thoại Mesh generation setup xuất hiện (hình
3.15). Trong mục Element
distribute có danh sách xổ xuống, gồm các mức độ như sau:
Hình 3.15 Hộp thoại Mesh generation setup
- Very coarse (rất thô); - Coarse (thô);
- Medium (trung bình); - Fine (mịn);
- Very fine (rất mịn).
Sau khi chọn một trong các mức độ mịn từ danh sách Element distribute,
Click nút Generae, lập tức toàn bộ lưới phần tử trong mô hình hình học sẽ được cập nhật trong cửa sổ Output theo ý muốn. Click nút Update để đóng cửa sổOutput và quay lại mô hình hình học (xem hình 3.14).
• Điểm góc của phần tử kết cấu có thể có Gradient chuyển vị lớn (large
displacement gradients). Để nâng cao độ chính xác của bài toán, tại các khu vực này cần chia lưới mịn hơn so với các khu vực khác trong mô hình hình học. Cách thực hiện như sau:
Tại cửa sốInput, dùng công cụSelection Click vào tường cừ (tường cừ
sẽ biến thành màu đỏ), từ Menu chính chọn Mesh \ Refine line, lúc này xung quanh tường cừ sẽ xuất hiện lưới phần tử mịn hơn so với các vùng khác. Click nút Update để đóng cửa sổ Output và quay lại mô hình hình học.
• Lựa chọn Reset all trong menu Meshđể tạo lưới đã mặc định.
3.2.2.7. Bước 7:Thiết lập điều kiện về mực nước nước
Từ menu chính, chọn Initial \ Initial
condition hoặc click vào nút có
sẵn trên thanh công cụ, xuất hiện hộp thoại
Water weight như hình 3.16, trong đó: chấp
nhận dung trọng nước 10 kN/m3 (hoặc thay đổi giá trị khác). Click nút OK.
Kiểu Goundwater conditions sau đó sẽ hoạt động, trong đó nút Phreatic level đã được lựa chọn. Theo mặc định, một mực nước ngầm tổng quát được thiết lập ởđáy mô hình.
• Để thiết lập mực nước ngầm ở mức cách mặt đất tự nhiên 2 m, thực hiện như sau:
Di chuyển con trỏ đến vị trí