Đặc Trưng Vật Liệu Đất Trong Mô Hình Hardening Soil

trông đợi để mang lại dự đoán có thể chấp nhận của ứng xử đất tại một mức độ ứng suất cắt tương đối nhỏ.

Mô hình Hardening-Soil là một mô hình nâng cao có thể được sử dụng để mô phỏng ứng xử ứng suất - biến dạng của cả đất mềm và đất cứng (Schanz, 1998). Đối với trường hợp thí nghiệm ba trục thoát nước, mô hình HS xấp xỉ đường cong ứng suất lệch và biến dạng dọc trục bằng cách sử dụng đường hyperbol. Đường cong hyperbol như thế có thể mô phỏng sử dụng mô hình đàn hồi không tuyến tính. Duncan and Chang được nhiều người biết đến (Duncan and Chang, 1970); tuy nhiên, mô hình HS loại bỏ đáng kể mô hình Duncan and Chang. Mô hình Hardening-Soil sử dụng lý thuyết dẻo hơn là lý thuyết đàn hồi sử dụng trong mô hình Duncan and Chang; vì thế, mô hình Hardening-Soil có khả năng mô phỏng ứng ứng suất - biến dạng không hồi phục. Thêm vào đó, mô hình HS có khả năng mô phỏng ứng xử biến dạng thể tích tái bền, mà nó không thể sử dụng trong mô hình Duncan and Chang.

Tương tự như mô hình Mohr - Coulomb, giới hạn trạng thái ứng suất trong mô hình HS được miêu tả theo thông số ứng suất có hiệu. Tuy nhiên, độ cứng đất được miêu tả rất chính xác trong mô hình HS bằng cách sử dụng ba giá trị độ cứng đầu

vào khác nhau - độ cứng gia tải ba trục,, độ cứng dở/nén lại ba trục,,

và độ cứng gia tải nén cố kết,. Không giống như mô hình Mohr - Coulomb, mô hình HS cũng kể đến sự độc lập ứng suất của độ cứng đất, tức là độ giá trị độ cứng đàn hồi tăng với ứng suất buồng trong mô hình HS.

Mô hình HS cho phép thay đổi biến dạng thể tích dẻo cũng như biến dạng cắt dẻo do ứng suất lệch. So với mô hình Mohr - Coulomb, ứng xử dở tải của đất được kể đến tốt hơn trong mô hình Hardening-Soil. Mô hình HS cũng có thể được sử dụng để tính toán tin cậy sự phân bố áp lực dưới móng bè và bên cạnh kết cấu tường chắn (Brinkgreve, 2007). Mô hình Mohr - Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ bản, xem bảng 2.2

Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil

Thông số

Đơn vị	Định nghĩa
	kN/m2	Độ cứng đường cát tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục chuẩn
	kN/m2	Độ cứng tiếp xúc với tải nén cố kết chín
	kN/m2	Độ cứng dở tải/gia tải lại( )
m	-	Năng lượng phụ thuộc vào mức độ ứng suất của độ cứng
, Góc ma sát	°	Góc nội ma sát của đất
c, Lực dính	kN/m2	Sức hút của các phân tử đất hạt mịn
, Góc giãn nở	° Sự thay đổi thể tích của đất trong suốt quá trình cắt

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 90 trang tài liệu này.

Đường tiệm cận

Đường phá hoại

Hình 2.7 – Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước

Hình 2.8 – Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer)

2.5. Đặc trưng vật liệu của tường vây cừ Larsen (Sheet pile wall)

Tường cừ Larsen được mô hình hóa là đàn hồi tuyến tính và do đó có thể không bao giờ đi đến phá hoại. Để mô phỏng cấu trúc chắn giữ, PLAXIS 3D Foundation đã sử dụng phần tử tường (wall). Để mô phỏng ứng xử thực tế của tường trong không gian 3 chiều thì phải xem xét ứng xử theo tường phương khác nhau. Vì cừ Larsen không như các loại tường khác là đường thẳng mà là tấm tường lượn sóng, vì thế khi mô phỏng ta phải sử dụng mô hình vật liệu không đẳng hướng. Từ đó, độ cứng chống uốn của tường sẽ khác nhau theo những hướng khác nhau. Trong PLAXIS 3D Tunnel, các bức tường chỉ có thể mô phỏng đẳng hướng, có nghĩa là độ cứng uốn là giống nhau trong tất cả các hướng. Đây không phải là ứng xử thực tế của tường cừ Larsen.Trong PLAXIS 3D Foundation vấn đề này đã được giải quyết, và các bức tường có thể có đặc trưng không đẳng hướng. Bây giờ, vấn đề là tìm các đặc trưng dùng để mô phỏng ứng xử thực tế của tường cừ Larsen. Hệ trục địa phương và đặc trưng của tất cả các hướng thể hiện trong hình 2.9. Các thông số tường cừ Larsen trong PLAXIS 3D Foundation trình bày trong bảng 2.3

Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác

Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen

Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính.

Thông số

Đơn vị	Định nghĩa
d	m	Chiều dày tương đương
E1	kPa	Mô đun đàn hồi theo trục 1
E2	kPa	Mô đun đàn hồi theo trục 2
G12	kPa	Mô đun cắt trong mặt phẳng
G13	kPa	Mô đun cắt không trong mặt phẳng liên quan đến biến dạng cắt qua trục 1
G23	kPa	Mô đun cắt không trong mặt phẳng liên quan đến biến dạng cắt qua trục 2

Khi có các thông số cơ bản của tường cừ Larsen như: t (chiều dày tường), h

(tổng chiều cao), A (diện tích mặt cắt ngang trên 1m tường), I1(moment quán tính),

Esteel (mô đun đàn hồi của thép), và steel (trọng lượng riêng của thép). Thì các thông số để mô hình hóa có thể được tính bằng những công thức sau theo hướng dẫn của PLAXIS 3D Foundation:

d = h

Hình 2.11 – Thông số cơ bản của tường cừ Larsen

()

Trong đó:

I1– Moment quán tính chống uốn trên trục 1.

I2– Momentquán tính chống uốn trên trục 2.

I12– Moment quán tính chống xoắn.

A13– diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu cho lực cắt Q13.

A23– diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu cho lực cắt Q23.

2.6. Đặc trưng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam)

Dầm (wailing beam) dùng để phân bố tải gây ra bởi đất xung quanh hố đào. Đối với dầm không đẳng hướng, như H300 thì sẽ có đặc trưng khác nhau ở hướng khác nhau. Đặc trưng này thường được cung cấp bởi nhà sản xuất thép. Đặc trưng vật liệu dầm ứng xử đàn hồi được định nghĩa trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 – đặc trưng vật liệu dầm ( wailing beam)

Thông số

Đơn vị	Định nghĩa
A	m2	Diện tích mặt cắt ngang dầm
	kN/m3	Trọng lượng riêng
E	kN/m2	Mô đun đàn hồi dọc trục
I2	m4	Moment quán tính chống uốn quanh trục 2
I3	m4	Moment quán tính chống uốn quanh trục 3
I23	m4	Moment quán tính chống uốn xiên (bằng 0 cho mặt cắt dầm đối xứng)

Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm

2.7. Đặc trưng vật liệu của phần tử cọc (Pile)

Cọc là đối tượng dùng để thay thế những kết cấu dạng khối, với mặt cắt ngang có dạng vuông, tròn hoặc theo yêu cầu của người thiết kế. Trước khi tạo cọc cần thiết lập mặt phẳng làm việc tương ứng với đầu trên và đầu dưới của cọc.

Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc

Thông số

Đơn vị	Định nghĩa
d	m	Đường kính hay bề rộng cọc
	kN/m3	Trọng lượng riêng
E	kN/m2	Mô đun đàn hồi của vật liệu làm cọc
	-	Hệ số possion

2.8. Phần tử lò xo (Spring)

Lò xo là một đối tượng dùng để liên kết vật thể với đất. Nó được dùng để thay thế cọc khi bỏ qua tương tác giữa cọc với đất. Ngoài ra nó cũng được dùng thay thế mỏ neo hay cừ để gia cố cho tường chắn.

Lò xo luôn nằm trên mặt phẳng làm việc, do đó cần phải lựa chọn mặt phẳng phù hợp trước khi tạo lò xo.

Chương 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO

Trong quá trình thi công hố đào sâu, dưới tác dụng của áp lực đất xung quanh, tải trọng bề mặt và các yếu tố khác, tường chắn đất sẽ bị dịch chuyển đồng thời cũng gây dịch chuyển đất trong hố đào nhất là trong đất yếu. Điều này không những làm ảnh hưởng đến nội lực trong bản thân tường chắn, nội lực trong hệ thanh chống mà còn có thể gây ra chuyển vị và nội lực trong cọc. Nếu chuyển vị và nội lực trong cọc vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn đến cọc bị phá hoại.

Do đó, để có thể dự tính được mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định của cọc bên trong hố đào, ta cần phải dự tính được chuyển vị của tường chắn và sự dịch chuyển của đất nền xung quanh trong suốt quá trình thi công hố đào từ đó xác định được phạm vi, mức độ ảnh hưởng do chuyển vị đó gây ra. Vì vậy để giải quyết được các vấn đề này, tác giả sẽ phân tích các vấn đề sau:

1. Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào. Từ đó xác định mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào.

2. Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường cắm vào đất với chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng do việc thi công hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào.

3.1. Phương pháp tính toán

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để tính toán ổn định và biến dạng của hố đào sâu, từ những phương pháp cổ điển đến những phương pháp hiện đại. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn và phương pháp giải tích áp dụng để tính toán cho các công trình hố đào sâu ở Việt Nam vẫn chưa được thống nhất.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, việc áp dụng các phương pháp phần tử hữu hạn vào trong tính toán các bài toán địa kỹ thuật ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Vì vậy, trong báo cáo này chúng ta chọn phương pháp phần tử hữu hạn – phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân tích các vấn đề nêu trên.