Bài giảng mô hình hoá trong PLAXIS

Bài toán thấm ổn định và không ổn định, môi trường đẳng hướng và bất đẳng hướng; • Plaxis 3D Tunnel V.2 - Phân tích biến dạng và ổn định theo bài toán ba chiều trong thiết kế đường hầ

Mô hènh hoá trong plaxis

2004

Plaxis 3D Found 2003

Plaxis PlaxFlow 2002

Plaxis V.8 2001

Plaxis 3D Tunnel

2000

Plaxis Dynamics 1990

Plaxis V.3 1987

Plaxis V.1 Năm

Tờn

Sự phát triển PM Plaxis đươc bắt đầu từ 1987 tại đH công nghệ Delff - Hà Lan Phiên bản Plaxis V.1 ban đầu được lập nhằm mục

đích phân tích các bài toán ổn định đê biển và đê sông tại các

vùng bờ biển thấp tại Hà Lan GS R.B.J Brinkgreve và P.A

Vermeer là những người khởi xướng.

Nam1993 Công ty PLAXIS BV được thành lập và từ năm1998, các phần mềm PLAXIS đều được xây dựng theo phần tử hữu hạn

Bộ PM Plaxis hiện nay

• Plaxis 3D Foundation - V.1 - Phân tích biến dạng và

ổn định các móng bè, móng cọc và công trinh biển theo

PTHH.

• Plaxis V.8 - 2D Phân tích biến dạng và ổn định các bài

toán đKTtheo PTHH - 2D, trường hợp đất bão hòa và

không bão hòa;

• Phân tích động lực theo PTHH - 2D do tác động nhân

tạo và động đất gây ra - Không xét được hóa lỏng trong MT;

• Plaxis PlaxFlow - V.1 - Phân tích thấm trong môi trường

đất đá theo PTHH - 2D Bài toán thấm ổn định và không

ổn định, môi trường đẳng hướng và bất đẳng hướng;

• Plaxis 3D Tunnel V.2 - Phân tích biến dạng và ổn định

theo bài toán ba chiều trong thiết kế đường hầm theo PTHH;

Bộ phần mềm PLAXIS hiện nay

LỚP chuyÓn giao PLAXIS V.7

cho ðẠI HỌC THỦY LỢI

29/10 – 2/11/2001[ChÝnh phñ Hµ Lan tµi trî]

¶nh ®¨ng trong Plaxis Bulletin N0 12 – June 2002

Líp SV ð¹i häc Thuû lîi

5 ÷÷÷÷ 7/01/2007

Líp SV ð¹i häc Thuû lîi 5 ÷÷÷÷ 7/01/2007

Líp SV ð¹i häc Thuû lîi5 ÷÷÷÷ 7/01/2007

đển vỡ dỉng trong Plaxis

[lb] [lb/in] [psi] [psi]

Lùc vộ ụng suÊt

[psi] [psi] [ệé] [ệé] [lb/cu in.] [in/sec]

Mềệun Young Lùc dÝnh ệển vỡ Gãc ma sịt Gãc chảy Trảng lưĩng ệv

Hỷ sè thÊm

TÝnh chÊt vẺt liỷu

[in] [in]

[m]

[m]

ToỰ ệé ChuyÓn vỡ đển vỡ hình học

[in] [lb] [sec]

[m]

[kN]

[ngộy]

ChiÒu dội Lùc

Thêi gian

đển vỡ cể bản

Hỷ Mủ

Hỷ SI đỰi lưĩng

Loại ựển vỡ

[ft3/sec] [ft/sec]

[m3/day]

[m/day]

Lưu lưĩng giạng ThÊm biến

ThÊm

• Xác định các điều kiện ban đầu

• Xác định các giai đoạn tính toán

• Tính toán [ Calculation P ]

• Hiển thị, kiểm tra các kết quả tính toán [ Output, Curve ]

Input Program

đỡnh dỰng hình hảc cho bội toịn

Sể ệă hình hảc bội toịn ệ−ĩc xịc ệỡnh nhê:

Ớ Cịc ệiÓm, ệ−êng vộ côm ( cluster - ệển nguyến)

Ớ Cịc tẵng ệÊt, phẵn tỏ kạt cÊu vộ cịc tải trảng

Ớ Xịc ệỡnh cịc ệ−êng biến vẺt lý cựa dỰng hình hảc

Ớ Xịc ệỡnh cịc giịn ệoỰn trong MH hình hảc nh−:

- T−êng cõ, tải trảng phẹn bè

- Phẹn cịch cịc lắp ệÊt ệị khịc nhau hay cịc giai ệoỰn thi cềng

Ớ VẺy mét ệ−êng cã nhiÒu chục năng hoẳc tÝnh chÊt

đỡnh dỰng hình hảc cựa bội toịn

Ớ Cịc phẵn tỏ tam giịc 6 nót hay 15 nót

Ớ ChuyÓn vỡ ệ−ĩc tÝnh theo vỡ trÝ nót

Ớ ụng suÊt ệ−ĩc tÝnh tỰi cịc ệiÓm tÝch phẹn Gauss

đỡnh dỰng hình hảc cựa bội toịn

Cịc cỏa sữ (menu vộ toolbar)

Tuú theo mẫi phẵn mÒm, Plaxis cã cịc menu vộ cềng cô

t−ểng ụng nếu trong cỏa sữ chÝnh cựa thuéc mẫi phẵn mÒm

Input program

đỡnh dỰng hình hảc cựa bội toịn

Plate (Tấm) - Kết cấu mỏng có độ cứng chịu uốn và pháp hướng tương

đối lớn, (dùng Line) được tạo bởi các PT dầm Ví dụ: bản, tường, vỏ (hầm)

ðiểm ƯS nằm cách trên và dưới đường tâm tấm một đoạn 1/2deq 3

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

Hinges (Bản lề) và Rotation Springs (Lò so xoay)

MH nối tiếp, xoay tự do (liên tục và không liên tục)

tại giao điểm các PT dầm

Lập MH hỡnh học

Nối tiếp giưa PT Interf và PT đất

Interface (Giao diện) Phần tử nối tiếp có

độ dày ảo, MH hoá sự trượt giữa đất - kết

cấu tấm, ngăn cản dòng thấm vuông góc

với PT trong phân tích thấm và cố kết

Geogrids - PT 3 hay 5 nút, CV 2 độ tự do: ux uy;

- Vật liệu đàn hồi tuyến tính;

- Không có độ cứng chịu uốn (EI), chỉ có độ cứng

pháp hướng (EA - chỉ chịu kéo, không chịu nén)

- Tương tác ðất/Geogrid ⇒ dùng MH “Interfaces”

nút X điểm Ư S

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

VÝ dô sö dông GEOGRID

Geogrid

ẩD: anchor, column, rod

Fixed-End Anchors đÓ MH neo, thanh chống, cét chèng

- Phẵn tỏ ệộn hăi;

- Mét ệẵu ệẳt vộo vẺt hình hảc, ệẵu kia ệẳt cè ệỡnh

- đẳt theo gãc tuú ý vộ cã thÓ tỰo ụng suÊt tr−ắcà strut

VÝ dô mề hình hoị ỘGround AnchorỢ

Input geometry Generated mesh Axial forces in ground anchor

Cềng cô ệỡnh dỰng hình hảc cựa bội toịn

Ớ "Tunen" TỰo mẳt cớt tunen tiạt diỷn trưn

hoẳc khềng trưn: vá chèng vộ giao diỷn

Cỏa sữ "Tunnel Designer" cho tỰo"Input"

Ớ Cho 3 loỰi tunen: Bore Tunnel, NATM

Tunnel (New Austrian Tunneling Method) vộ

Tunnel ng−êi dỉng tù lẺp à

Prescribed Displacement

(ChuyÓn vỡ quy ệỡnh) đẳt vộo MH

ệÓ kiÓm soịt chuyÓn vỡ cựa mét

ệiÓm

(Standard) Fixities Ờ MH chuyÓn vỡ bỪng khềng Phẹn biỷt ux = 0, uy = 0

vộ ux = uy = 0 VÝ dô: dỉng ệÓ mề pháng bội toịn cỏa lật

Rotation Fixities (ệỡnh vỡ xoay) - MH gớn ệé tù do xoay cựa mét tÊm quanh trôc z

Cềng cô ệỡnh dỰng hình hảc cựa bội toịn

Theo mặc định,các giá trị đ−a vào lấy bằng -1

Tăng tải bằng (∑MloadA hay

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

Tạo lập và gọi các tệp dữ liệu

• Vào các thông số MH và “data sets” trong “data base” vật liệu

• Gọi tệp dữ liệu cho các thành phần hỡnh học bằng

“drag và drop”

Tạo lưới các PTHH

• Hoàn toàn tự động tạo lưới dựa trên MH hỡnh học

• Lựa chọn làm mịn tổng thể và cục bộ lưới

Lập các điều kiện ban đầu

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

• Tạo lập áp suất lỗ rỗng ban đầu bằng đường mặt nước hoặc từ tính thấm

• Lập dạng hỡnh học ban đầu

• Tạo lập các ứng suất ban đầu (K0 procedure)

Chuyển nút: ƯS ban đầu và “geometry mode”

• Tính toán theo đàn hồi, cố kết, triết giảm Phi/c và phân tích động

• Cập nhật lưới

• Nhập gia tải: “Multipliers” hay “Staged Construction”

• Thay đổi điều kiện mực nước

• Các pha tính có thể xác định trước và thực hiện tức thời

Xác định các “pha” tính toán

Calculation

Ch−¬ng trình xem – kiÓm tra kÕt quả

• Xuất đồ thị và bảng của các giá trị chuyển vị, ứng suất

và các lực kết cấu

• Các “Output” trong các mặt cắt

• Có thể mở đồng thời các cửa sổ “output” để so sánh –

đối chiếu các kết quả

Chương trỡnh xem – kiểm tra kết quả

không có drain, well Mới

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

PLAXIS 3D Tunnel

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

PLAXIS 3D Foundation

Cửa sổ chính

Công cụ định dạng hỡnh học của bài toán

Plaxis - PlaxFlow

Các bài toán trong PLAXIS

PLAXIS V.8 có thể giải 2 loại bài toán: biến dạng phẳng và đối xứng trục và có thể tích hợp với PlaxFlow để xét ảnh hưởng thấm.

biến dạng phẳng đối xứng trục

• Quy ước dấu - Ư.S & lực nén, AL lỗ rỗng: âm

Mô hỡnh hoá trong Plaxis

Lưới các phần tử

• Bộ PM Plaxis được xây dựng theo phương pháp PTHH:

- Rời rạc hoá miền liên tục ==> các điểm rời rạc ==> lưới các PT

- Các phương trỡnh toán học liên tục ==> các PTr toán học rời rạc (đại số )

• Lưới các PT ==> tam giác: điểm, đường và lưới

Mô hỡnh hoá trong Plaxis

Lưới các phần tử

MH 2D – PlaxFlow – Trong phân tích thấm, PlaxFlow vẫn dùng

KN “Plane strain” để “tích hợp” với MH 2D của Plaxis V8 [ tương tự

SEEP/W - SIGMA/W ], song PlaxFlow luôn dùng PT 3 nút, 1 điểm ƯS

Movie: Lưới biến dạng ⇒ ⇒ co búp mặt cắt trong quỏ trỡnh ủào

Lưới biến dạng trong khi đào theo giai đoạn

Hầm tiết diện trũn

14 x 3 m

phẳng vuông góc với trục hầm

Lưới biến dạng và quá trỡnh đào

ðường hầm NATM (New Austrian Tunneling Method)

PT nªm 15 nót,

6 ®iÓm ¦S

Giai đoạn I Nén ban đầu

Giai đoạn III

I Biến dạng tức thời, chủ yếu do sự

“bóp méo”, làm thay đổi hình dạng, không thay đổi thể tích và do sự thoát một phần khí khỏi lỗ rỗng của đất

II Biến dạng cố kết thấm, kiểm soát bởi tốc độ thoát nước dư trong lỗ rỗng của

đất – quá trình chuyển hoá từ ứng suất trung hoà sang ứng suất có hiệu quả -tới khi biến thiên áp suất lỗ rỗng bằng không Biến dạng cố kết thấm chiếm khoảng 90% tổng biến dạng có thể

đối với đất hạt mịn

III Biến dạng từ biến, kiểm soát bởi sự trượt lên nhau giữa các hạt đất qua

màng nước liên kết sau khi cố kết thấm kết thúc, tại áp suất hiệu quả không đổi

St = Si + Sc + SsTổng biến dạng

MH tính chất vật liệu trong PLAXIS

*Biểu thị kết quả TN nén ơđômet theo bán lôgarit

Cc - chỉ số nén ⇒ [λ]

1 2

2 1 1

2

2 1

'

' log '

log '

log '

log

σ

σ σ

σ σ

e e e

e d

de C

v c

0

'

' log

v v

c

c

e

H C

s

σ

σ

σ + ∆ +

σσ

v

v vo

log σ’

ε ∼ logσ’

( 1 0 )

3 2

* 3

* 3

.

C k

MH tính chất vật liệu trong PLAXIS

1.Đàn hồi tuyến tính đẳng hướng

2 Đàn hồi tuyến tính bất đẳng hướng

)21(

3 ư ν

K

)1

Điểm chảy (yield point)

• Xét đặc tính quá nén, điều kiện ban đầu khi phân tích biến dạng và xét sự tăng độ cứng và độ bền dính c theo chiều sâu

MH tÝnh chÊt vËt liÖu trong PLAXIS

MH tÝnh chÊt vËt liÖu trong PLAXIS

4 Hardening Soil M (HS) [isotropic hardening]

-ε1

TN nÐn oedomet

ref oed

=

Eur1

*

λ

ref ref

oed

p

E = víi

) 1

(

*

e +

λ

*

2 k

p E

ref ref

) 1

(

*

e

k k

+

=

−

−

=

121

c c

B c

t

t

t C

BiÕn d¹ng cè kÕt thÊm

- Butterfield (1979)& Den Haan (1994):

c

c c

t

τ

τ µ

h h

tC

ee

τ

τ

α

'log

=

c

c H

ln

e

e V

5 Soft-soil-creep M (SSC) [đất sét, bụi cố kết thông thường, bùn]

c 1

=

c

c p

pc c

C B

A

τ

τ σ

σ σ

σ ε

ε

'

' ln

0 0

C

+

= +

=

( ) (1 0).ln10 2(.3(1 e0) )

CC

e

CC

+

ư

=+

NC line Cln(1+t’/τ)

e cε

c c

ε

1 1

-ε

∆σ’ = σ’ - σ’0

= +

C

+

=+

2 3 1 0

Soft Soil Creep M

Soft Soil (Cam Clay)

XX

X

X

XX

Eoed(kPa)

Ψ(ñộ)

c

(kPa)

ν(-)

φ(ñộ)

ðé cứng

ðé bÒn Th«ng sè

M« hình

ref

E50

ứng dụng các MH vật liệu

X X

Phụ thuộc thời

gian (Creep)

X X

X

TN nén ba trục

X X

TN Oedomet

X X

Tính lún

X X

Tunen

X

Hố đào

X X

X Khối đắp

Soft Soil

M

Soft Soil Creep M

Hardening Soil M

Mohr Coulomb M Phạm vi áp dụng

Mô hỡnh vật liệu

Lịch sử cố kết của đất

Soils have a “memory” of the stress and other changes that have occurred during their history, and these changes are preserved in the soil structure (Casagrande, 1932).

• Hệ số quá cố kết (over consolidated ratio )

' 0

Cơ chế gây tiền cố kết

MH đặc điểm và điều kiện làm việc của vật liệu

MH đặc điểm và điều kiện làm việc của vật liệu

• Initial Preconsolidation Stress ⇒ ⇒ ⇒ Advance Model

Over Consolidation Ratio

Cắt nở, cắt nén và góc ψ

τ

Cát chặt Sét quá cố kết

Cát xốp - Sét cố kết thông thường ứng suất pháp

φC

φD

D

C Cát chặt – Sét quá cố kết

nở nén

Cát xốp - Sét

cố kết thông thường

φ + ψ

c

O

B C

D Cắt phẳng

Cắt trên mặt

răng cưa

Thường ψ < φ Plaxis lấy ψ = φ - 300 cho cát thạch anh

Chỉ dùng cho cát chặt hoặc đất dính quá cố kết

MH đặc điểm và điều kiện làm việc của vật liệu

K0 tù nhiến vộ ệiÒu kiỷn hoỰt ệéng kiạn

tỰo cựa quả ệÊt

đỡa kủ thuẺt cềng trình

Sữ tay Kủ thuẺt Thuũ lĩi

(Nhộ XB Nềng nghiỷp 2006)

Ớ Hỷ sè ịp lùc hềng K0 vộ Initial stress

• Hệ số áp lực hông K0 và “Initial stress”

MH đặc điểm và điều kiện làm việc của vật liệu

•Hardening Soil: Jaky

•Soft Soil Creep: sấp sỉ Jaky

Chú ý: 1 ν nhỏ ⇒⇒⇒ K0 lớn ⇒⇒⇒ đất quá nén;

2 Trong điều kiện tự nhiên, K0 còn tuỳ thuộc

điều kiện hoạt động kiến tạo của quả đất

cùng giá trị của “Normally Consolidated ”:

xx p

NC yy

xx

OCR

OCRK

K

ν

νσ

σσ

σ

σ

σσ

1

''

''

'

0

0 0

0

0 0

1 '

'

0 0

yy

xx

ν

ν σ

σ

MH đặc điểm và điều kiện làm việc của vật liệu

• Xét độ cứng (E, c, ) biến thiên theo y: “Advance parameters”:

E(y) = Eref + (yref - y)Eincrement: yref - cao trỡnh định chuẩn ứng với ứng suất định chuẩn là100kPa [khi y = yref ⇒ E(y) = Eref]

• Active PP (pactive) và Effective stress σσσσ’

⇒ pactive = psteady + pexcess ⇒ [ = ]

Psteady – AS lỗ rỗng trạng thái ổn định, do cột áp tĩnh hay dòng

chảy ổn định gây ra

pexcess – AS lỗ rỗng dư, do gia tải trong điều kiện không thoát

nước, phụ thuộc chủ yếu vào tính thấm của đất đá

⇒ σ σ’ = σ σ - pactive [dùng để CM cho Undrained option ]

MH đặc điểm và điều kiện làm việc của vật liệu

1.Phân tích thoát nước [drained option]

Dùng cho TH trong đất không hỡnh thành ALLR: ủất khô, thoát

nước tốt (cát) hay TH gia tải chậm;

2 Phân tích không thoát nước [undrained option]

TH hỡnh thành đầy đủ ALLR Có thể bỏ qua ALLR do dòng thấm gây ra

Dùng các thông số có hiệu quả: E’, ν’, c, φ Phõn biệt 3 loại ƯS :

ƯS tổng: ∆p = Kuεv;

ƯS hiệu quả: ∆p’= (1 - B).∆p = K’u ∆εv; [b - HS Skempton]

AS lỗ rỗng dư: ∆pw = B ∆p = (Kw/n) ∆εv

Các thông số dùng:

3 Non-porous option [Undrained parameters]

Không xét tới AS nước lỗ rỗng dư Dùng cho TH kết cấu bêtông, các thông sốthuộc MH đàn hồi tuyến tính Có thể dùng cho “mặt giao diện” – loại trừ thấm tại mặt này

) ' 1

( 2 1

) ' 1

(

'

ν à

ν à

ν ν

+ +

''

1 K

K n

w

=

à

) 1

(

59