CHƯƠNG 1. TONG QUAN CAC NGHIEN CUU VE UNG XU CUA HON HOP DAT ROI KHI CHIU TAC DONG NGOAI LUG wescsssssssssssssssesscssssuseescsssssescesssusscessssusccsssssusecesssuusessesssusesssssseesessnsneeseesss 4 1. Một số nghiên cứu phân tích mô phỏng ứng xử của đất bằng phương pháp phân tử rời rạc. Sự phát triển của phương pháp số trong mô phỏng thí nghiệm.
Nhận xét chương .- -- -:- xxx TT HT TT TT TT TT HT ngàn 9 CHUONG 2 - CO SG LY THUYET PHUONG PHAP PHAN TU ROI RAC (DEM).1 Các giả thiết và nguyên lý của phương pháp phan tit roi rac DEM. 12 b Son 0 101 6n, ào 0 san. Nhan xét ChUONg 6. MÔ PHÒNG PHÂN TÍCH CÁC YEU TO ANH HUGNG LEN KET QUA THI NGHIEM NEN LUN BANG PHUONG PHAP PHANN TU ROI RAC wisesssseesssssesssssessssseesssscsssseesesse 16 3.
Mô tả mô hình sử dụng phân tích và kiểm tra mô hình. Ảnh hưởng của chiều cao mẫu lên kết quả thí nghiệm nén lún. Mô tả mô hình mô phỏng. - - - ¿+ + + xxx *kSvEvE kg vn nghe 20 3.
Đặc điểm đường lực khi tăng tải. Quan hệ giữa ứng suất đứng và hệ số áp lực ngang K. Đặc điểm quan hệ giữa ứng suất đứng và biến đạng nén. Quan hệ giữa ứng suất đứng và phần trăm mắt mát ứng suất do ma sát.
Ảnh hưởng của bề rộng mẫu lên kết quả thí nghiệm nén lún. Mô tả mô hình mô phỏng. Đặc điểm đường lực khi tăng tải. Quan hệ giữa ứng suất đứng và hệ số áp lực ngang K,,.
Đặc điểm quan hệ giữa ứng suất đứng và biến đạng nén. Quan hệ giữa ứng suất đứng và phần trăm mắt mát ứng suất do ma sát. Một số tương quan đặc trưng biến đạng khác từ kết quả mô phỏng. Kết luận chương .1111 xe 55 KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ.ÒỎ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO.1112erree 58 -1- MO DAU Y nghia khoa hoc va thực tiễn của đề tài Bên cạnh phương pháp phần tử hữu hạn, việc mô phỏng bằng phương pháp số như phương pháp phần tử rời rạc - DEM (Discrete Element Method) cho các loại vật liệu rời như đất được sử dụng trong nghiên cứu nhiều hơn.
Phương pháp này còn có thê được gọi là phương pháp diém vat chat — MPM (Material Point Method). Mặc dù được bắt đầu nghiên cứu từ rất lâu (trong những thập kỷ 90 ở thế kỷ trước) nhưng gần đây DEM được nghiên cứu áp dụng rộng rãi hơn trong lĩnh vực Địa kỹ thuật. Cũng như phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), DEM là phương pháp dùng để phân tích ứng xử các bài toán cơ học với việc phân chia môi trường thành các phần tử. Điểm khác ở đây là các phần tử của DEM không phải là các phần tử như FEM mà lại là các hạt đất có hoặc không có liên kết với nhau bởi các trường liên kết.
Trong Địa kỹ thuật, biến dạng của nền đất thực tế có thể không phải là biến dạng nhỏ. Vì vậy, việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải các bài toán Địa kỹ thuật đôi khi không phù hợp so với các bài toán kết cấu bên trên ví dụ như khi phân tích mức độ chuyên vị của công trình đắp trên đất yếu, trượt mái dốc hay chuyền vụi ngang trong hố đào. Phương pháp DEM cho phép phân tích ứng xử cả khi mức độ chuyển vị lớn. Nội dung chính của luận văn là sử dụng phương pháp DEM để mô phỏng thí nghiệm nén cố kết trên mẫu đất.
Kết quả nghiên cứu mô phỏng giúp làm rõ ứng xử của toàn bộ mẫu đất trong quá trình nén như sự phân bố ứng suất biến dạng, ma sát giữa đất và đao vòng, sự suy giảm ứng suất do ma sát với thành dao vòng và một số yếu tố khác. Kết quả phân tích có thể cho phép rút ra các nhận định sâu sắc hơn về thí nghiệm này nên có ý nghĩa thực tiễn, góp phần làm chính xác kết quả của các bài toán phân tích Địa kỹ thuật. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Thí nghiệm nén cố kết cho phép đánh giá các giá trị đặc trưng biến dạng của đất như: module tổng biến dạng E,, hệ số nén a, chỉ số nén Œ,, hệ số có kết C, va mot SỐ đại lượng khác. Giá trị các đặc trưng này được sử dụng để dự tính độ lún và độ lún theo thời gian của nền đất dưới công trình.
Mức độ chính xác của các giá trị đặc trưng biến dạng đóng vai trò quan trọng trong kết quả tính toán thiết kế nền móng công trình nói chung và xử lý nền nói riêng. Trong quá trình cố kết, đưới tác dụng của tải trọng ngoài, các hạt rắn sẽ được sắp xếp lại và làm giảm hệ sé rong, mẫu bị nén lún. Khi dịch chuyên, các hạt dat cọ xát với thành dao vòng làm mắt mát năng lượng tác dụng lên hạt. Do đó, lực tác dụng trên bề mặt mẫu đất và bên dưới có thể không bằng nhau.
Ngoài ra, lực ngang tác dụng lên thành dao vòng cũng thay đôi. Để khảo sát các yếu tố này, chúng tôi chọn lựa tiễn hành mô phỏng thí nghiệm nén cố kết bằng phần mềm PFC2D. Căn cứ cơ sở kết quả mô phỏng thí nghiệm nén có kết, tiến hành phân tích đánh giá giá trị ứng suất theo phương đứng và theo phương ngang tác dụng lên đao vòng. Từ đó phân tích đặc điểm giá trị hệ số áp lực hông Ko theo giá trị ứng suất tác dụng.
Ngoài ra trong mô phỏng còn tiến hành phân tích đánh giá ứng suất trên và ứng suất đáy. Từ kết quả này cho phép đánh giá sự thất thoát áp lực do ma sát. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa phân tích mô phỏng bằng phương pháp phần tử rời rạc (DEM). Phương pháp này được giới thiệu bởi Cundall và được sử dụng rộng rãi trong việc khảo sát ứng xử vi mô và vĩ mô của vật liệu đất rời (Cook và Jensen, 2002; Shimizu et al.
Trong phương pháp DEM, đất được xem như là một tập hợp gồm các hạt rời rạc. Lực tiếp xúc và chuyển vị của mẫu được tính toán thông qua chuyển vị của từng hạt riêng lẻ. Quá trình tính toán lặp trong PFC” - là một thuật toán để lặp lại tác động của định luật chuyên động, định luật lực - chuyên vị lên từng hạt trong mẫu và cập nhật lại vị trí tuyệt đối của tường theo bước thời gian. Dữ liệu thu nhận được từ vị trí của các hạt được sử dụng để đánh gia ứng suất và biến dạng cho mẫu thí nghiệm.
-3- Nội dung của luận văn chủ yếu đi sâu phân tích một số yếu tố ảnh hưởng lên kết quả thí nghiệm nén lún, chưa xét đến các đặc trưng biến dạng theo thời gian như hệ số cố kết C,, tính biến dạng do từ biến. Việc mô phỏng theo mô hình bài toán phẳng chưa hoàn toàn mô tả được ứng xử thực tế của vật liệu đất phân bố trong không gian. Ngoài ra, do giới hạn về số lượng phần tử phát sinh và thời gian tính toán mô phỏng, cho tới nay, phương pháp DEM chủ yếu được sử dụng để mô phỏng ứng xử của một mẫu đất với số lượng hạt đất giới hạn. Tuy vậy, mỗi bài toán mô phỏng cũng có thể chiếm thời gian xấp xỉ một tuần đối với máy tính thông thường.
TONG QUAN CAC NGHIEN CUU VE UNG xU CUA HON HOP DAT ROI KHI CHIU TAC DONG NGOAI LUC 1. Một số nghiên cứu phân tích mô phỏng ứng xử của đất bằng phương pháp phần tử rời rạc Cho đến nay, việc mô phỏng ứng xử trong thí nghiệm thông qua các nghiên cứu có sử dụng phương pháp phần tử rời rạc DEM (Discrete Element Method) cho vật liệu rời như đất phổ biến khá rộng rãi như: mô phỏng thí nghiệm nén mẫu có chứa hạt hòa tan (Cha M., 2012), thí nghiệm cắt trực tiếp (S. Song, 2009), thf nghiém nén dọc trục (S. Lee et al.
Khai thác tối đa các ưu điểm của phương pháp này là mô phỏng nhanh, tương đối chính xác và đặc biệt là việc thu thập kết quả và quan sát ứng xử của vật liệu ở cấp độ vi hạt giúp phương pháp này vượt trội so với các thí nghiệm truyền thống. Ở đây, thí nghiệm thông thường không thể cho phép đánh giá ứng xử vi mô như tương tác giữa các hạt hay việc đo đạc đánh giá nội lực tại một điểm bất kỳ. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kích thước mẫu đến kết quả thí nghiệm đã được nhiều tác giả đề cập, như trong thí nghiệm thực cắt trực tiếp (Z. Dadkhah, 2010), nén ba truc (Tarek O., 2013) và thí nghiệm mô phỏng cắt trực tiếp (Jacobson, D.
Các nghiên cứu này chỉ ra rằng việc thay đổi kích thước mẫu làm ảnh hưởng ít nhiều đến các kết quả thu được như giá trị góc ma sát trong và sức chống cắt của mẫu nói chung. Mẫu càng bé thì chịu ảnh hưởng càng lớn, khi tăng kích thước mẫu đến một kích thước đủ lớn thì sự ảnh hưởng này không còn rõ rệt nữa. Đối với các loại đất dạng hạt, kết cấu ban đầu có ảnh hưởng rất lớn đến ứng xử cơ học của vật liệu như: sức kháng cắt, ứng xử cắt và độ cứng của đất đó. Những nghiên cứu của O”Sullivan (O'Sullivan 2002) cho thấy lực cắt giảm đáng kể do sự thay đổi cấu -5- trúc của hạt thép trong mẫu mặc dù hỗn hợp có cùng dung trọng.
Ảnh hưởng của cấu trúc lên ứng xử của đất cát đã được báo cáo bởi §. Yimsiri và cộng sự (Yimsiri và Soga, 2010) bằng việc tiến hành mô phỏng thí nghiệm kéo và nén dọc trục với những mẫu có sự sắp xếp các hạt ban đầu khác nhau. Những nghiên cứu của các tác giả trước đây cho thấy sự thay đổi trong ứng xử của hỗn hợp đất rời có chứa hạt khoáng trong suốt quá trình các hạt này bị hòa tan. Fam và cộng sự (2002) chỉ ra rằng biến dạng đứng gia tăng và vận tốc sóng cắt giảm đi ở thời điểm ban đầu sau đó chúng hội tụ.
Trương Quang Hùng (2010) nghiên cứu ứng xử cơ học của hỗn hợp mẫu trong suốt quá trình hòa tan bằng thí nghiệm nén cố kết có đặt các lớp cảm biến trên hộp nén. Kết quả cho thấy biến dạng đứng gia tăng và hội tụ ở thời điểm ban đầu trong khi vận tốc sóng cắt đo được ở tất cả các lớp giảm đi khi các hạt bắt đầu hòa tan sau đó tăng đến giá trị ôn định. Sự trễ của vận tốc sóng cắt trong các lớp quan sát được là do các hạt bắt đầu hòa tan từ dưới lên trên trong hộp nén.