Hướng dẫn ứng dụng Sigma trong bộ phần mềm Geoslope để tính ứng suất tính lún

WATER RESOURCES UNIVERSITY – Southern Campus
Division of Civil Engineering

Geo-Studio in Engineering Practice

Tp. Hồ Chí Minh - 2016


Nội dung
• Một số khái niệm chung về thiết kế Địa kỹ thuật
• Tính năng chung của SIGMA/W
• Cơ sở lý luận của SIGMA/W
• Ứng dụng SIGMA/W phân tích ứng suất – biến
dạng trong môi trường đất đá

• Tích hợp SIGMA/W với các phần mềm khác trong
Geo-Slope Office

• Kết luận chung


Kh¸i niÖm chung vÒ thiÕt kÕ §ịa kỹ thuật
• Mục đích chung của thiết kế Địa kỹ thuật là đánh
giá các ứng suất & ứng biến đặt lên khối đất &
trong kết cấu công trình ở các điều kiện tải trọng
giới hạn (ultimate) & tải trọng làm việc bình
thường (serviceable).
• Theo PP luận thiết kế Địa kỹ thuật hiện nay, điều
đó ứng với 2 trạng thái giới hạn (TTGH):
• 1. TTGH thứ nhất – Ultimate State;
•

2. TTGH thứ hai – Serviceable State.
• SIGMA/W có thể cho dự tính các trạng thái ứng
suất & ứng biến trong khối đất dùng cho việc tính
toàn nền & công trình theo các TTGH đó.


VÝ dô minh ho¹

Kiểm tra modul tổng thể của
tường chắn trên nền đất
TTGH thø nhÊt

§µo tunel sau khi ®· cã CT
TTGH thø hai


Phương trình ứng suất



= 0

øs tæng
øs b¶n th©n
Lùc thÓ tÝch



+

øs t¨ng thªm
PhÇn tö
h÷u h¹n

Lịch sử ưs hiện trường
0






VÝ dô  & 0 x¸c ®Þnh theo SIGMA/W
BÓ chøa
chÊt láng
BÓ chøa chÊt láng

kPa

0


kPa

Các đường đẳng ưs bản thân
th¼ng ®øng & đường phân bố ưs
bản thân theo chiều sâu

Các đường ®¼ng
Ưs t¨ng thªm

th¼ng ®øng

  = f(y)

Ph©n bè ưs t¨ng
thªm th¼ng ®øng
theo chiÒu s©u


TÝnh n¨ng chung cña SIGMA/W

• SIGMAW là phần mềm dùng để phân tích ứng suất –

•

•

•
•

biến dạng trong môi trường đất đỏ theo PP phần tử hữu
hạn;
SIGMA/W có thể phân tích được các bài toán biến dạng
phẳng, đối xứng trục theo L.thuyết chuyển vị – biến
dạng nhỏ về nền móng, khối đắp, hố móng, tunnel (Xem
minh hoạ);
Quan hệ ứng suất & biến dạng có thể là tuyến tính hoặc
phi tuyến;
Đánh giá quá trình gia tăng U khi chất tải & quá trình
tiêu tan của nó theo thời gian;

Tích hợp với SEEP/W để giải bài toán cố kết thấm, với
SLOPE/W để đánh giá ổn định tổng thể & cục bộ của mái
dốc theo ứng suất phân tố, với CTRAN/W để phân tích ô
nhiễm nước dưới đất.


Mét sè vÝ dô minh ho¹

Mãng bÌ

§Ëp ®Êt

Tường trọng lực

Mãng cäc


Mét sè vÝ dô minh ho¹

Công trình ngoài khơi

Tunel

Tường cừ


Thit k mng li PTHH
Dùng phn t vô hạn trong SIGMA/W
Chọn dạng hợp lý các
phần tử tứ giác và tam giác

Cực

Tốt
Phần tử
vô hạn

Đạt
Phần tử
hữu hạn

Kém
Không chấp nhận
Phần tử
vô hạn


Các mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng
dùng trong SIGMA/W

n hi tuyn tớnh (Linear elastic)
n hi tuyn tớnh bt ng hng
(Anisotropic elastic)
Đàn hồi phi tuyến (Non-Linear elastic)
Đàn do (Elastic plastic)
Hoá mềm - biến dạng (strain softening)
Cam-Clay và Cam-Clay cải tiến;
Mặt trt (slip surface)


§µn håi tuyÕn tÝnh – Linear Elastic Model

Material Properties- Thông số
vật liệu cần khai báo
-E Modulus: Modun đàn hồi
-Poisson’s
Poisson

Ratio:

Hệ

số

-Cohesion: Lực dính của đất

-Phi: Góc ma sát trong (độ)


§µn håi tuyÕn tÝnh & tuyÕn tÝnh bÊt ®¼ng hướng
§µn håi tuyÕn tÝnh ®¼ng hướng

§µn håi tuyÕn tÝnh bÊt ®¼ng hớng


Đàn hồi phi tuyến Duncan & Chang, 1970


Et

1

B

1 - 3

Đờng cong hyperbolic

A

C

Ei



Eur

3

3

O
Biến dạng dọc trục

Để tuyến tính hoá đờng cong, SIGMA dùng 3 loại mô đun biến dạng: Ei, Et và Eur
Mô đun thể tích Bm


Ei K l pa 3
pa
3

Bm K b pa
pa

n

m

R f 1 3 1 sin
Et 1
Ei
2ccos 2 3 sin

E
Bm
31 2

3
Eur K ur pa
pa

Trong đó: Ei môđun tiếp ban đầu;
Et môđun tiếp;
Eur môđun gia-giảm tải;
Bm môđun thể tích

n



ứng suất

Đàn hồi

Đàn - Dẻo

Dẻo

(Tresca & Mohr-Coulomb)

A

Điểm chảy (yield point)

Theo LT độ dẻo gia tăng (Hill,1950):

E

{d} = {de}+ {dp} hay:

1
ứng biến



{de} = {d} - {dp};
Chỉ lợng tăng de gây biến thiên ứng suất:
Phần đàn hồi: {d}= [Ce] {de} = [Ce] ({d} - {dp});
Phần dẻo: F = F(x, y, z, xy). Tại A: F = 0
G
Trong

Mặt khác: d p

dF

F


d 0

đó: G - hàm thế dẻo; - nhân số dẻo

Cuối cùng: {d}=( [Ce] - [Cp] ){d}; với:

G F
Ce Ce

Cp
F
Ce G






MH CAM-CLAY MH N DO HO CNG

Biến thiên thể tích

v
Cố kết
thông thờng

Quay ngợc chiều
kim đồng hồ 90 độ

Quá cố kết

O

áp suất

p
Dẻo hoá cứng

ứng suất

Quan hệ biến thiên
thể tích áp suất

Đàn hồi
O

ứng biến

Vy cỏc ng quỏ c kt v
ng c kt thụng thng cho

thy c tớnh ca mt ng
cong ng sut - bin dng ca
mt vt liu n do hoỏ cng.
MH Cam-clay l mt loi MH
n do - hoỏ cng

Quan hệ ứng suất - bin dng


ỨNG DỤNG SIGMA/W PHÂN TÍCH
BT ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG


• Bể tròn chứa chất lỏng có đường kính 10 m; Cao 4 m;
trên nền gồm 2 lớp đất như hình


Yêu cầu:
1. Vẽ các đường đẳng ứng suất theo phương
đứng:
Giá trị bắt đầu – Starting contour value: 10 kPa
Increments
- 10 đến 90 kPa
2. Hiển thị kết quả đẳng chuyển vị của nền do
tải trọng
3. Làm lại bài toán trên nhưng thay E = 3000
kPa và E = 10,000 kPa. Kết quả tính với ứng
suất và lún có gì thay đổi không? Cho nhận xét.
4. Làm bài toán với các thông số trên trong TH
đáy móng hình vuông

NX: Bài toán với áp lực phân bố phía trên giống như bài
toán tính ứng suất tăng thêm của Boussinesq.


Cỏc bc gii bi toỏn
Xác định bài toán - DEFINE
Xác định phạm vi làm việc
Xác định tỷ lệ
Xác định khoảng li
Lu giữ bài toán
Phác hoạ bài toán
Nhận dạng bài toán
Xác định loại phân tích
Nhp iu kin vt liu
Phát triển lới phần tử hữu
hạn
Gỏn cỏc iu kin biờn
Kiểm tra dữ liệu

Giải bài toán - SOLVE
Bắt đầu giải
Kết thúc SOLVE
Xem kết quả - CONTOUR
Xem biến dạng
Vẽ các đờng đẳng trị
Điền các giá trị của đờng đẳng
trị
Vẽ các vòng tròn MOHR
In hình
Hiển thị thông tin nút và phần tử

Vẽ đồ thị các kết quả


Giới thiệu phần mềm SIGMA/W version. 2012v8.15

I. Màn hình giao diện làm việc


Cấu trúc lệnh DEFINE
SEEP/W dùng thanh thực đơn và các thanh công cụ để điều khiển

Thanh thực đơn buông (Menu Bar): File, Edit, Set, View,
KeyIn, Draw, Sketch, Modify, Window và Help.
Thanh công cụ (Toolbar) gồm 5 loại:
 Thanh công cụ chính (File Toolbar)
 Thanh công cụ chế độ (Mode Toolbar)
 Thanh công cụ lệnh(Command Toolbar)
 Thanh công cụ phác họa (Sketch Toolbar)
 Thanh công cụ xem ưu tiên (View Preference Toolbar)

File Toolbar: gồm các nút để thao tác tệp, in, sao chép,….v.v

22


*
Thanh công cụ chế độ (Mode Toolbar): chỉ gồm 2 nút nhập chế độ
thao tác (DEFINE) và xuất kết quả (RESULTS)
Thanh công cụ lệnh(Command Toolbar): gồm các nút lệnh tạo mới
và chỉnh sửa đối tượng.

Thanh công cụ phác họa (Sketch Toolbar): gồm các nút lệnh để
phác thảo văn bản, phác họa mô hình bài toán

Thanh công cụ xem ưu tiên (View Preference Toolbar): gồm những
nút dùng để tắt ưu tiên hiển thị

23


*
Thanh công cụ (Grid Toolbar): điều khiển hiển thị ô lưới
Snap Grid

X coordinate

Y coordinate

X,Y Grid Spacing

Thanh công cụ Zoom (grid toolbar): điều khiển phóng to – thu nhỏ

24


X¸c ®Þnh bµi to¸n
2-Dimensional: Bài toán phẳng, mô hình tính toán là
mặt cắt đứng
Axisymmetric: Bài toán đối xứng trục (Bể chứa
nước tròn hoặc mô hình thí nghiệm 3 trục)