Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN

2.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis

2.2.1. Loại vật liệu đất nền (Drained, Undrained, Non-porous)

Một trong những tính chất khác biệt giữa đất và các vật liệu khác là trong đất tồn tại các dạng vật chất ở ba thể khác nhau: thể rắn (hạt đất), thể lỏng (nước), thể khí (không khí). Đặc biệt là nước gây nên áp lực nước lỗ rỗng làm ảnh hưởng to lớn đến ứng xử của đất nền. Do đó, để mô phỏng ứng xử của đất nền trong sự tương tác giữa kết cấu hạt đất với nước trong đất việc phân loại đất nền thành ba loại: thoát nước (Drained), không thoát nước (Undrained), và không thấm (Non-porous) là cần thiết.

Khi lớp đất nền được chọn là loại vật liệu thoát nước áp lực nước lỗ rỗng sẽ không được tạo ra trong đất, các tải ngoài sẽ chuyển toàn bộ vào ứng suất hữu hiệu của đất nền. Loại vật liệu này được sử dụng cho những lớp đất nền khô ráo (bên trên mực nước ngầm), các loại đất nền có hệ số thấm cao, hay trong các phân tích công trình ở trạng thái lâu dài mà không cần kể đến tính thấm kém của đất nền và thời gian cố kết.

Ngược lại với vật liệu thoát nước, khi đất nền được thiết lập là vật liệu không thoát nước áp lực nước lỗ rỗng sẽ được tạo ra trong đất nền. Dòng thấm trong đất nền có thể được bỏ qua do tính thấm kém của vật liệu, hệ số tải ngoài cao hay tiến hành phân tích trong trường hợp tức thời. Khi các lớp đất nền được chọn thuộc tính không

thoát nước thì chúng ứng xử không thoát nước hoàn toàn mặc dù lớp đất đó nằm trên mực nước ngầm. Tuy nhiên các thông số nhập vào trong lớp đất nền lại là các thông số thoát nước vì mặc định Plaxis sẽ sử dụng những công thức tương quan để chuyển những thông số này về thông số không thoát nước.

Vermeer & Meier (1998) đã đưa ra một công thức giúp xác định loại vật liệu trong quá trình phân tích hố đào sâu:

 

w

kEoed

T t

D Trong đó:

Eoed- Modun Oedonmeter;

D - đường thấm;

t - thời gian thi công.

Khi T < 0,1 đất nền ứng xử không thoát nước và khi T > 0,4 đất nền ứng xử thoát nước.

2.2.2. Dung trọng bão hòa và dung trọng khô

Dung trọng không bão hòa(unsat)và dung trọng bão hòa(sat)là dung trọng đơn vị của đất nền bao gồm cả nước trong các lỗ rỗng của kết cấu khung hạt đất. Dung trọng không bão hòa đại diện cho dung trọng đơn vị của lớp đất nằm trên mực nước ngầm và dung trọng bão hòa là cho lớp đất nằm dưới mực nước ngầm. Trong thực tế thì lớp đất nằm trên mực nước ngầm không hoàn toàn khô ráo do hiện tượng mao dẫn do đó không nên gán thông số dung trọng không bão hòa là dung trọng khô của đất mà nên chọn là dung trọng tự nhiên của đất. Dung trọng bão hòa được tính toán thông qua một công thức tương quan với các thông số khác.

  



w( )

1 s

sat

G e e 2.2.3. Hệ số thấm

Hệ số thấm có ý nghĩa to lớn trong phân tích cố kết và phân tích dòng thấm. Plaxis phân biệt giữa hệ số thấm ngang kx và hệ số thấm đứng ky trong thực tế phân tích thì ta thường không phân biệt giữa thấm đứng và thấm ngang để đơn giản tính toán.

Các loại đất khác nhau thì hệ số thấm thay đổi rất lớn từ khoảng 10-1(sỏi sạn) đến 10-10(sét chặt) m/s.

Giá trị hệ số thấm của các loại đất có thể tra theo bảng 2.1 Bảng 2.1: Hệ số thấm k của một số loại đất

Loại đất k (cm/s)

Cuội sỏi >10-1

Đất thô đến mịn 10-1 - 10-3

Cát mịn, cát bụi 10-3 - 10-5

Bụi sét 10-4 - 10-6

Sét <10-7

2.2.4. Thông số độ cứng của đất nền

Theo chương trình Plaxis, thông số Eref 50 của mô hình Hardening Soil sẽ được lấy trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước. Tuy nhiên trong thực tế nhiều công trình lại không tiến hành thí nghiệm này. Vì vậy, đối với hầu hết các loại nền đất, nhiều tác giả dựa vào các thí nghiệm SPT, thí nghiệm CPT hoặc thí nghiệm nén 3 trục không thoát nước để ước lượng mô đun biến dạng của đất nền theo các công thức tương quan.

Theo kết quả thực nghiệm của Michell, Gardner và Schurtmann (1970):

- Thí nghiệm SPT:

E = 766*N (kPa)

N số búa của thí nghiệm NPT - Với đất sét cố kết thường:

E = 250cu – 500cu - Với đất sét cố kết trước:

E = 750 – 1000cu Trong đó:

cu – lực dính của thí nghiệm nén 3 trục không thoát nước

Skempton đề nghị công thức thực nghiệm tính lực dính không thoát nước theo chỉ số dẻo Ip và ứng suất hữu hiệu thẳng đứng do trọng lượng bản thân ’z

0,11 0,0037 p z'

u I

c   

Theo kết quả nghiên cứu của mình, Bowles (1988) cũng đã lập ra được bảng giá trị tương quan giữa mô đun E và các loại đất khác nhau.

Bảng 2.2: Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau (Bowles, 1988)

Loại đất E (MPa)

Sét rất yếu 2 - 15

Sét yếu 5 - 25

Sét nửa cứng 15 - 50

Sét cứng 50 - 100

Sét pha cát 25 - 250

Cát bụi 5 - 20

Cát rời 10 - 25

Cát chặt 50 - 81

Cuội sỏi 50 - 200

Đá phiến 150 - 5000

Bùn 2 - 20

Bảng 2.3: Các giá trị điển hình của mô đun E

Loại đất Trạng thái E (MPa)

Sét

Mềm Nửa cứng

Cứng

1 - 15 15 - 30 30 - 100

Cát

Rời Chặt vừa

Chặt

10 - 20 20 - 40 40 - 80 Hệ số Poisson

Được xác định thông qua mối liên hệ với hệ số áp lực ngang tĩnh Ko:



 

0 hv 1 K v

v

Ko: hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh của đất; Theo Jaky: K0  1 sin'

Bảng 2.4: Các giá trị điển hình của hệ số Poisson

Loại đất Trạng thái E (MPa)

Sét

Mềm Nửa cứng

Cứng

0,34 - 0,4 0,3 - 0,35 0,2 - 0,3

Cát

Rời Chặt vừa

Chặt

0,15 - 0,25 0,25 - 0,3 0,25 - 0,35 2.2.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền

Thông số sức chống cắt trong mô hình cũng được chia thành hai dạng: Dạng thoát nước và không thoát nước, tùy theo mục đích và phương pháp phân tích.

Các thông số sức chống cắt thoát nước được lấy từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước hay lấy từ các giá trị sức chống cắt hữu hiệu trong thí nghiệm 3 trục cố kết không thoát nước. Trong trường hợp không có thí nghiệm 3 trục CU, CD có thể lấy từ thí nghiệm cắt trực tiếp, nhưng độ tin cậy không cao.

Thông số sức chống cắt không thoát nước không kể đến góc ma sát trong của đất nền u 0, mà chỉ kể đến lực dính của đất Cu. Giá trị Cu được lấy thông qua các thí nghiệm ba trục không thoát nước, thí nghiệm cắt cánh ngoài hiện trường hay trong phòng, thí nghiệm nén 1 trục nở hông..

Theo Peck, Hansen và Thornburn đưa ra bảng xác định góc ma sát trong của cát căn cứ vào số búa N của thí nghiệm SPT (bảng 2.5)

Bảng 2.5: Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT

Số búa NSPT 10 16 22 30 40 60

Góc o 30 32 34 36 38 40

Theo Terzaghi, Peck, Meyerhof, Duhem, Osaki, đưa ra công thức xác định góc

:

a NSPT 

 12

 Với a1525

Các giá trị điển hình của ', c'và cu

Bảng 2.6: Các giá trị điển hình của ', c' và cu

Loại đất ' c' (kPa) cu(kPa)

Cát hạt tròn, rời 30 - -

Cát góc cạnh, rời 32,5 - -

Cát hạt tròn, chặt vừa 32,5 - -

Cát góc cạnh, chặt vừa 35 - -

Cuội sỏi không lẫn cát 37,5 - -

Cuội sỏi thô 40 - -

Sét mềm cố kết thường 15 – 20 5 – 10 10 – 25

Sét cứng cố kết trước 25 – 28 20 – 25 75 - 150

Bùn cát 25- 30 - 10 - 50

Than bùn 10 – 15 0 - 5 -