Tính toán công trình tương tác với đất nền bằng phần mềm plaxis

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM
KHOA XÂY DỰNG

TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH
TƯƠNG TÁC VỚI NỀN ĐẤT BẰNG
PHẦN MỀM PLAXIS
GV. ĐÀO NGUYÊN VŨ
1


1. NỘI DUNG MÔN HỌC
 Nền móng công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp:
móng đơn, móng băng, móng bè, móng cọc, hố đào sâu,
tường chắn, sườn dốc, công trình trên đất yếu có xử lí (gia
tải trước, đệm cát, cọc cát, giếng cát gia tải, bấc thấm kết hợp
gia tải, vải địa kỹ thuật…v.v), … v.v;
 Nền móng công trình cầu đường: hầm bê tông cốt thép,
nền đường, nền san lấp, mố trụ cầu, …v.v;
 Nền móng công trình cảng, biển: bờ kè, móng cọc đài cao,
móng cọc chịu tải trọng ngang, …v.v;
 Nền móng công trình thủy lợi: đập bê tông cốt thép, hồ
chứa, đập đất, …v.v;
 Nền móng các công trình đặc biệt;
2


2. TÀI LIỆU THAM KHẢO
 R.B.J Brinkgreve et al.: PLAXIS - Finite Element Code for
Soil and Rock Analyses. A.A. BALKEMA/ ROTT/
BROOKFIELD. The Netherlands, 2002 (Hướng dẫn sử dụng
phần mềm Plaxis V8.2)

 John Atkinson. AN INTRODUCTION TO THE
MECHANICS OF SOILS AND FOUNDATIONS. John
Willey, 1993
 D. M. Wood. SOIL BEHAVIOUR AND CRITICAL STATE
SOIL MECHANICS. Cambridge University, 1994
 S. Timoshenko et al. THEORY OF ELASTICITY. McGraw
Hill, 1951
 S. Timoshenko et al. THEORY OF PLATES AND SHELLS.
McGraw Hill, 1987
3


2. TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Châu Ngọc Ẩn. CƠ HỌC ĐẤT. Nhà xuất bản Đại Học
Quốc Gia TP. HCM, 2009
 Đào Huy Bích. LÝ THUYẾT DẺO VÀ CÁC ỨNG DỤNG.
NXB Xây dựng, Hà Nội, 2004
 Phan Trường Phiệt. CƠ HỌC ĐẤT ỨNG DỤNG. Nhà xuất
bản Xây Dựng, Hà Nội, 2007

4


3. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS
3.1. CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH
3.2. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH
Gồm có 4 modules:
 Plaxis Input (Môđun nhập dữ liệu vào)
 Plaxis Caculations (Môđun tính toán)
 Plaxis Output (Môđun biểu diễn kết quả tính toán)

 Plaxis Curves (Môđun biểu diễn mối quan hệ ứng suất và
biến dạng)

5


3. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS
3.3. MỘT SỐ LỖI THƯỜNG GẶP
Tạo Spacing Grid quá mịn;
 Nhập các giá trị zero cho lực dính, c  0;
 Nhập chênh lệch hệ số thấm, k giữa các lớp đất ( < 10-6).

6


4. ĐẶC TÍNH HỮU HIỆU CỦA PLAXIS
 Mô phỏng bài toán theo quá trình thi công (Staged
Construction);
 Tính toán theo thời gian (cố kết - consolidation);
 Tính toán dòng thấm;
 Tính hệ số ổn định FS bằng Phi - c Reduction.

7


5. CÁC MÔ HÌNH ĐẤT
 Ứng xử của đất có thể mô phỏng ở các mức độ chính xác
khác nhau bằng cách ứng dụng các mô hình đất nền với mức
độ phức tạp khác nhau;
 Đất nền được giả định là bảo hoà và đẳng hướng;

 Mực nước ngầm ở trạng thái ổn định;
 Một số mô hình:
• Mô hình Mohr – Coulomb (MC)

• Mô hình Hardening – Soil (HS)
• Mô hình Soft - Soil (SS)
• Mô hình Soft – Soil – Creep (SSC)
8


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
 Mô hình này thường dùng để tính toán các ứng xử ở
giai đoạn đầu của đất;
 Trong mô hình này, đất được xem là vật liệu đàn hồi –
dẻo lý tưởng (Elastic perfectly – plastic);
 Quá trình làm việc của đất:
• Trong giai đoạn ban đầu, độ lệch ứng suất q = 1 - 3
còn nhỏ, vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi;
• Khi q đạt đến một trị số nào đó (TTGH đàn hồi), sức
kháng của đất, ’ = const, biến dạng,  vẫn tiếp tục;

9


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Hình 5.1. Quan hệ ứng suất, biến dạng dọc trục
10

5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
 Theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb, các phương
trình mặt giới hạn được biểu diễn:
1
1
f1  *  2 ' 3 '  * ( 2 ' 3 ' ) * sin   c * cos  0
2
2

1
1
f 2  *  3 ' 1 '  * ( 3 ' 1 ' ) * sin   c * cos  0
2
2

1
1
f 3  *  1 ' 2 '  * ( 1 ' 2 ' ) * sin   c * cos  0
2
2

 Các hàm trên được thể hiện bằng hình nón sáu cạnh
trong không gian ứng suất chính;
11


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Hình 5.2. Các mặt bao phá hoại MC trong không gian ứng suất chính
12

5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
 Trên mặt bao phá hoại, xác định được ba hàm thế năng
dẻo:
1
1
g1  *  2 ' 3 '  * ( 2 ' 3 ' ) * sin
2
2
1
1
g 2  *  3 ' 1 '  * ( 3 ' 1 ' ) * sin
2
2
g3 

1
1
*  1 ' 2 '  * ( 1 ' 2 ' ) * sin
2
2

Với : góc giãn nở của đất, thông số này đòi hỏi xác định
biến dạng thể tích dẻo gia tăng (như thực tế quan sát thấy
đối với đất chặt);
13


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

 Với c > 0, tiêu chuẩn MC cho phép đất chịu kéo. Trong
trường hợp này, xác định được các hàm dẻo:
f 4   1 ' t '  0
f 5   2 ' t '  0
f 6   3 ' t '  0

Với ’t= tension : ứng suất kéo cho phép

14


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
5.1.1. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
 E, module biến dạng của đất nền (module Young)
Eref: E0 hoặc E50
 q = 1 - 3 
(độ lệch ứng suất)
Hình 5.3. Xác định
E0 và E50 từ kết quả
thí nghiệm ba trục
thoát nước (CD)

15


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
• E0: module biến dạng dùng cho sét cố kết trước và đá;
• E50: module biến dạng dùng cho sét cố kết thường và
cát;

 Tỷ số tiền cố kết OCR (Over Consolidation Ratio)
OCR = ’p / ’v0
’p : ứng suất tiền cố kết;
’v0 : ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất;
• OCR = 1: đất cố kết thường (NC=Normally
Consolidation);
• OCR > 1: đất cố kết trước (OC=Over Consolidation);
• OCR < 1: đất kém cố kết (đất đắp, đất san lấp);
16


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Hình 5.4. Đường cong e-log của thí nghiệm nén cố kết
17


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Hình 5.5. Xác định ứng suất tiền cố kết ’p
18


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
 Eoed (oedometer): module biến dạng
Eoed


1   E


1  2 1   

 Gref: module cắt
E
G
21   
 : hệ số Poisson của đất
K0 

h


 v 1 
19


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Hình 5.4. Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết
20


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
• K0: hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh của đất NC;
Đất rời, theo Jaky: K0 = 1 – sin’
Đối với đất dính hoặc đất loại sét thường, theo Alpan:
K0 = 0.19 + 0.233logIp
Ip: chỉ số dẻo, Ip = WL – WP
 Lực dính c (kN/m2), góc ma sát trong  (0)
 Góc giãn nở,  (0)

Cát, =  – 300
Sét,  = 0

21


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
5.1.2. CÁC THÔNG SỐ NÂNG CAO
 Eincrement: số gia module biến dạng theo chiều sâu
(kN/m2/m);
 yref: độ sâu bắt đầu xuất hiện lớp vật liệu (m);
 Module actual ở độ sâu y
Eactual = Eref + (yref - y) Eincrement
(y < yref)
 Rinter: hệ số giảm cường độ tại bề mặt tiếp xúc
Cinter = RinterCsoil
taninter = Rintertansoil

22


5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Tại y = yref ; Eactual = Eref
Tại y = 13m;
Eactual = Eref + Einc.

Hình 5.5. Xác định Eactual
23

5.1. MÔ HÌNH MOHR - COULOMB
Sự tương tác giữa

Rinter

Cát - thép
Sét - thép
Cát – bê tông

0.67
0.5
0.8 ÷ 1

Sét – bê tông

0.7 ÷ 1

Đất – vải địa kỹ thuật

0.5 ÷ 0.9

Đất – lưới địa kỹ thuật

1

Bảng 5.1. Hệ số Rinter
24

5.2. MÔ HÌNH SOFT – SOIL (CAM – CLAY)
5.2.1. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN
 Đây là dạng mô hình Cam – Clay (Cambridge Clay);
 Hiểu biết tốt về điều kiện chịu nén ban đầu của đất;
 Độ cứng phụ thuộc vào ứng suất (ứng xử nén lún theo
quan hệ logarit);
 Phân biệt giữa sự gia tải ban đầu, dở tải và gia tải lại;
 Ghi nhớ lại ứng suất tiền cố kết, ’p (pp –
preconsolidation stress);
 Ứng xử phá hoại theo mô hình Mohr – Coulomb;
25