Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu SIGMA theo cách trình bầy thứ tự từng bước phân tích, tính toán một bài toán phân tích ứng suất, biến dạng. Bằng cách thực hiện từng bước ta có thể định dạng được bài toán, phân tích và xem kết quả. Sau khi thực hành bài toán này, ta có thể hiểu nhanh chóng toàn cục mọi chức năng và cách sử dụng SIGMA
1 Ph©n tÝch øng suÊt - biÕn d¹ng trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ Kh¸i qu¸t vÒ SIGMA / W 5 Hµ Néi th¸ng 09 - 2005 GS. NguyÔn C«ng MÉn GV.NguyÔn C«ng Th¾ng 2 Nội dung giới thiệu SIGMAW V. 5 Một số khái niệm chung về thiết kế ĐKT- minh hoạ ; Tính năng chung của SIGMA/W; Mô hình hoá bài toán - Cơ sở lý luận của SIGMA/W; Cấu trúc chơng trình SIGMA/W - Các bớc phân tích và kết quả; Các tính năng cụ thể của SIGMAW. V 5 Một số ứng dụng của SIGMAW; Tích hợp của SIGMAW với các phần mềm khác trong GEO-SLOPE OFFICE; Kết luận chung. 3 Khái niệm chung về thiết kế ĐKT Mục đích chung của TK ĐKT là đánh giá các ứng suất và ứng biến đặt lên khối đất và trong kết cấu công trình ở các điều kiện tải trọng giới hạn (ultimate) và tải trọng làm việc bình thờng (serviceable). Theo phơng pháp luận thiết kế ĐKT hiện nay, điều đó tơng ứng với hai trạng thái giới hạn là: 1. Trạng thái giới hạn thứ nhất Ultimate State; 2.Trạng thái giới hạn thứ hai Serviceable State. SIGMA/W có thể cho dự tính các trạng thái ứng suất và ứng biến trong khối đất dùng cho việc tính toán nền và công trình theo các trạng thái giới hạn đó. 4 Ví dụ minh hoạ Đào tunen sau khi đã có CT TT GH thứ hai S l i p s u r f a c e Kiểm tra mất ổn định tổng thể của tờng chắn đặt trên mái đất TT GH thứ nhất 5 Phơng trình ứng suất ứng suất tổng ứng suất tăng thêm Phần tử hữu hạn = 0 + 0 ứng suất bản thân Lực thể tích Lịch sử ứng suất hiện trờng 6 Ví dụ và 0 xác định theo SIGMA/W Bể chứa chất lỏng Các đờng đẳng ứng suất tăng thêm thẳng đứng kPa Bể chứa chất lỏng Các đờng đẳng .s bản thân thẳng đứng và đờng phân bố .s bản thân theo chiều sâu 0 kPa = f(y) Đờng phân bố ứng suất tăng thêm thẳng đứng theo chiều sâu 7 SIGMAW là phần mềm dùng để phân tích ứng suất - biến dạng trong môi trờng đất đá theo phơng pháp phần tử hữu hạn với giao diện đồ hoạ, 32- bit, có thể chạy trong MT Wins 95/98/NT/2000 và XP; SIGMAW có thể phân tích đợc các bài toán BD phẳng, đối xứng trục theo LT chuyển vị-biến dạng nhỏ về nền móng, khối đắp, hố móng, tunnen Xem minh hoạ. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến; Đánh giá quá trình gia tăng áp lực nớc lỗ rỗng khi chất tải và quá trình tiêu tan của nó theo thời gian; Tích hợp với SEEPW để giải bài toán cố kết thấm, với SLOPEW để đánh giá ổn định tổng thể và cục bộ của mái dốc theo ứng suất phân tố, với CTRANW để phân tích ô nhiễm nớc dới đất Tính năng chung của SIGMAW 8 Mét sè vÝ dô minh ho¹ T−êng träng lùc Mãng bÌ §Ëp ®Êt Mãng cäc 9 C«ng tr×nh ngoµi kh¬i Mét sè vÝ dô minh ho¹ T−êng cõ Tunen 10 Mô hình hoá bài toán 1. Gồm 2 bớc: - Mô hình hoá bài toán (Tam giác CHĐ Burland) - Lập và giải các phơng trình PTHH 2.Các bớc mô hình hoá bài toán: - Mô phỏng bài toán theo sơ đồ tính toán - - Thiết kế mạng phần tử - - Xác định các tính chất vật liệu - - Chọn mô hình thích hợp của đất đá - - Xác định điều kiện biên Đây là nhiệm vụ của ngời sử dụng phần mềm, có tính chất quyết định tới độ tin cậy của kết quả tính toán. - SIGMA/W chỉ lập và giải các phơng trình PTHH Một số vấn đề cần chú ý khi mô hình hoá bài toán - Đơn vị: có thể dùng các hệ đơn vị khác nhau, nhng phải đồng bộ; - Thiết kế mạng lới phần tử: chú ý chọn dạng PT, hệ toạ độ và tơng thích giữa các PT [...]... chiều kim đồng hồ 90 độ Quá cố kết áp suất p Quan hệ biến thiên thể tích áp suất Dẻo hoá cứng ứng suất Biến thiên thể tích v Đàn hồi O ứng biến Vậy các đờng quá cố kết và đờng cố kết thông thờng cho thấy đặc tính của một đờng cong ứng suất - biến dạng của một vật liệu đàn dẻo hoá cứng MH Cam-clay là một loại MH đàn dẻo - hoá cứng Quan hệ ứng suất ứng biến 33 Mô hình phần tử mặt trợt Chú thích: Giá trị... nút, từ đó tính đợc ứng suất và biến dạng tại các phần tử Ma trận cứng phần tử đợc lu trữ dới dạng băng hoặc dạng véc tơ, phơng pháp giải có thể sử dụng phơng pháp khử Gauss hoặc phơng pháp lặp 16 Tuyến tính hoá mô hình phi tuyến và giải Biến thiên lực nút Fe = Ki ae Biến thiên chuyển vị nút F K4 Lợng tăng ma trận cứng nút, hàm của lực hay chuyển vị a số: 1 2 3 4 5 6 a Trong phân tích phi tuyến: Chuyển... nguyên trong các 18 bớc gia tải Khái niệm ứng suất lịch sử hiện trờng Historic Insitu Stress Khi xác định Ư.S hiện trờng ban đầu, cần xét ảnh hởng lịch sử tiền cố kết ( pre-consolidation), đặc trng bởi OCR 1.Khái niệm lịch sử ứng suất tự nhiên: Ví dụ do xói mòn gây rỡ tải làm cho đất phía dới ở trạng thái quá cố kết và cách xác định OCR v0 - ứng suất quá nén thẳng ứng hiện trờng h v v v0 = h h0 h0 - ứng. .. 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 Bm = K b pa 3 pa n m R f ( 1 3 )(1 sin ) Et = 1 Ei 2c(cos ) + 2 3 sin E Bm = 3(1 2 à ) 3 Eur = K ur pa pa Trong đó: Ei môđun tiếp ban đầu; Et môđun tiếp; Eur môđun gia-giảm tải; 26 Bm môđun thể tích n ứng suất Đàn hồi... giác cần có các góc trong biến đổi trong phạm vi 450 đến 900 ; 2 SIGMA/ W có thể dùng cả các PT hữu hạn và vô hạn PT vô hạn dùng để mô 13 hình hoá các đầu mút mạng lới để giảm bớt kích thớc mạng; Thiết kế mạng lới Chọn dạng hợp lý các phần tử tứ giác và tam giác Dùng PT vô hạn trong SIGMA/ W Cực Tốt Phần tử vô hạn Đạt Phần tử hữu hạn Kém Không chấp nhận Phần tử vô hạn 14 Các quan hệ dùng trong PTHH Quan... Nở 1-0 pB py r u0 V ln p Chú ý: 1 Nếu trạng thái của đất nằm trên NCL cố kết thông thờng Khi đợc giảm tải - SRL đất ở trạng thái quá cố kết; ở trạng thái B: OCR = py/ pB < 1 Trên đờng NCL: OCR = 1 2 Nếu biết trạng thái ứng suất hiện tại và lịch sử gia tải/rỡ tải, có thể tính đợc thể tích riêng v = V/ Vs 22 Xét lịch sử ứng suất hiện trờng theo SIGMA/ W Khi dùng MH Cam-Clay & Cam-Clay cải tiến, cần... Cs A, 1 C Nở Nén lại B y hạt đất 1 V e = Vv/ Vs V =1+e 1 Cc e Vs H 1 TH nén nở một hớng khí nớc D z = z - u0 Biến dạng thể tích v = V/V0 = H/H0 = e/(1+e0) log z Hệ số áp lực hông: Ko = h /z : - Đất cố kết thông thờng Kon 1- sinc - Đất quá nén cố kết: K0 Kon/R0 với R0 = y /B Chú ý: 1 Cơ chế nén: do các hạt đợc sắp xếp lại, bị gẫy vỡ, bị vặn hoặc xoắn 2 Nếu trạng thái của đất nằm trên NCL cố kết thông... xác định OCR Các định nghĩa: p = (a + 2r)/3 - ứng suất trung bình = p - u0 v = v/v0 - biến dạng thể tích v = V/ Vs - thể tích riêng NCL Đờng nén thông thờng: OAD v = N - lnp.- [v = v + lnp ] SRL Đờng nở - nén lại: BC v = vK - klnp - [vK = v + klnp] chỉ số nén: = dv/dln p k chỉ số nén lại - nở: k = dv/dln p Thể tích vv khí nớc e vs v =1+e e = vv/ vs hạt đất 1 v a v N O 1 Nén lại N B K A 1 C r D... y xy = x + 2 y x ] xy = xz = zy = Để giải hệ thống phơng trình trên SIGMAW sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn xy G xz G zy G 12 Thiết kế mạng lới Chia miền tính toán ra thành các phần tử tam giác, tứ giác nối với nhau tại các điểm nút Với từng phần tử, sử dụng hệ toạ độ địa phơng đặt trong phần t thứ nhất trong hệ toạ độ chung Cartesian xy nh hình vẽ Phần tử chữ nhật Toạ độ cục bộ - (... 2K0 tháiứng suất hiện trờng khi phân tích Cam clay hay Cam clay cải tiến với m = 0,022875 PI + 1,22 23 Các mô hình quan hệ ứng suất biến dạng dùng trong SIGMAW Đàn hồi tuyến tính; Đàn hồi tuyến tính bất đẳng hớng; Đàn hồi phi tuyến (Hyperbolic); Đàn - Dẻo; Hoá mềm - biến dạng; Cam-Clay và Cam-Clay cải tiến; Mặt trợt 24 Đàn hồi tuyến tính và tuyến tính bất đẳng hớng Đàn hồi tuyến tính đẳng hớng . chiều sâu 0 kPa = f(y) Đờng phân bố ứng suất tăng thêm thẳng ứng theo chiều sâu 7 SIGMAW là phần mềm dùng để phân tích ứng suất - biến dạng trong môi trờng đất đá theo phơng pháp phần tử hữu. của SIGMA/ W; Mô hình hoá bài toán - Cơ sở lý luận của SIGMA/ W; Cấu trúc chơng trình SIGMA/ W - Các bớc phân tích và kết quả; Các tính năng cụ thể của SIGMAW. V 5 Một số ứng dụng của SIGMAW; . tờng chắn đặt trên mái đất TT GH thứ nhất 5 Phơng trình ứng suất ứng suất tổng ứng suất tăng thêm Phần tử hữu hạn = 0 + 0 ứng suất bản thân Lực thể tích Lịch sử ứng suất hiện trờng 6 Ví