Kỹ thuật công trình - Geo slope - V.5

1TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI GEO SLOPE - V.5 Khoa Kỹ thuật Công trình Giảng viên: Th.S Mạc Thị Ngọc Bộ môn Địa Kỹ thuật Néi dung giíi thiÖu SEEP/W y Khái niệm về dòng thấm trong môi trường đất đá. y Giới thiệu bộ phần mềm Geo – Slope. y Giao diện phần mềm y Hướng dẫn sử dụng qua giải từng bước một qua một ví dụ  đơn giản. 2 1.  Dòng thấm trong môi trường đất đá 3 • Đất có cấu tạo hạt →là môi trường rời rạc, phân tán có tính lỗ rỗng cao Dưới tác dụng của chênh lệch cột nước, nước có thể xuyên qua lỗ rỗng trong đất và chuyển động như hình dưới C¬ chÕ vµ tr¹ng th¸i dßng thÊm trong MT ®Êt ®¸ 4 • Hiện tượng dưới tác dụng của độ dốc thủy lực, nước có khả năng chuyển động xuyên qua lỗ rỗng liên thông nhau trong đất gọi là hiện tượng thấm của đất. •Tính chất bị nước thấm qua gọi là tính thấm của đất C¬ chÕ vµ tr¹ng th¸i dßng thÊm trong MT ®Êt ®¸ 5 • Tác hại của dòng thấm trong công trình XD: 1. Vấn đề mất nước - Làm giảm hiệu quả tích nước của hồ chứa - Ảnh hưởng đến thi công do nước chảy vào hố móng. 2. Tác động của dòng thấm do lực thấm J = γw.i - Gây xói ngầm cơ học dưới đáy CT→ BD thấm - Chảy đất, mạch đùn, mạch sủi tại chỗ dòng thấm thoát ra khi gradien thấm đạt giá trị giới hạn igh æn ®Þnh thÊm trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ 6 ● Các đặc trưng về thấm cần chú ý 1- Đường bão hòa 2- Gradien thấm 3- Lưu lượng thấm q. Giới thiệu bộ phần mềm Seep-W 7 1. Các môdul chính: 2. Đặc điểm chung của SEEP/W: + Là phần mềm giao diện đồ họa, dùng để mô hình hóa chuyển động của nước và phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong môi trường đất đá theo PTHH + Có thể phân tích các bài toán: 1. Dòng thấm có áp, không áp 2. Ngấm do mưa 3. Áp lực nước lỗ rỗng dư 4. Thấm ổn định, không ổn định + Kết hợp với SLOPEW phân tích ổn định mái dốc trong điều kiện có áp lực lỗ rỗng phức tạp Giới thiệu bộ phần mềm Seep-W 8 - Cho tr−êng c¸c yÕu tè dßng thÊm - HÖ c¸c ®−êng thÊm vµ ®¼ng thÕ; - C¸c vect¬ thÊm; - C¸c ®−êng ®¼ng gradient, biÓu ®å gradien tai mÆt c¾t bÊt kú; - L−u l−îng thÊm qua bÊt kú mÆt c¾t nµo trong vïng thÊm. 3. Khả năng của SEEP/W trong tính toán thấm: VÝ dô minh ho¹ kh¶ n¨ng cña SEEP/W V.5 9 11 11.5 12 12.5 1 3 1 3 . 5 1 4 1 4 . 5 Distance 0 5 10 15 20 25 30 E l e v a t i o n 0 3 6 9 12 15 HÖ ®−êng thÊm vect¬ thÊm vµ ®¼ng thÕ 0.05 0 . 0 5 0.1 0 . 1 0.15 0 . 1 5 0.2 0 . 2 0.25 0.3 0.35 1.25 1 . 5 8 7 2 e - 0 0 4 Distance 0 5 10 15 20 25 30 E l e v a t i o n 0 3 6 9 12 15 HÖ ®−êng ®¼ng gradien vµ l−u l−îng thÊm qua mÆt c¾t däc t−êng cõ. q = 1,5872x10-4 m/sec/m 10m K = 6,5x10-5 m/sec 5m TÇng kh«ng thÊm V¸n cõ d =4m 0,7m T−êng cõ §−êng ph©n bè gradien thÊm th¼ng ®øng däc theo mÆt ngang ®Çu d−íi b¶n cõ Vïng nguy hiÓm d/2 Phï hîp TN cña R.F. Craig, 1995 VÝ dô minh ho¹ kh¶ n¨ng cña SEEP/W V.5 10 8m K = 1,5 x 10-6 m/sec TÇng kh«ng thÊm B¶n cõ 10m 2m 3m 20m 20m XY-Gradient vs. Distance X Y - G r a d i e n t Distance 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0 5 10 15 20 §−êng ph©n bè gradien thÊm däc theo mÆt ®¸y h¹ l−u ®Ëp 0.05 0 . 0 5 0 . 0 5 0.1 0 . 1 0 . 1 0.15 0.15 0 . 1 5 0.2 0 . 2 0.25 0.3 0 . 4 0.75 3 . 7 4 0 8 e - 0 0 6 Distance 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 E l e v a t i o n 0 5 10 15 20 25 30 HÖ ®−êng ®¼ng gradien, l−u l−îng thÊm qua mÆt c¾t däc t−êng cõ. 3,7408.10-6 m/sec/m 22.5 23 23.5 24 24.5 2 5 25.5 26 26 .5 2 7 2 7 . 5 2 8 2 8 . 5 2 9 29 . 5 Distance 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 E l e v a t i o n 0 5 10 15 20 25 30 HÖ ®−êng thÊm, ®¼ng thÕ, vect¬ thÊm Giới thiệu bộ phần mềm SEEPW I. Màn hình giao diện 11 II. Các bước giải bài toán thấm 1. Thiết lập vùng làm việc: 9 Kích thước khổ giấy 9 Chọn đơn vị hình học (mm) 9 Hiển thị lưới định hướng nếu cần khi phác thảo mô hình hình học Giới thiệu bộ phần mềm SEEPW 12 II. Các bước giải bài toán thấm 2. Phác thảo mô hình hình học của bài toán 3. Nhập vật liệu sau khi đã nhập hàm thấm 4. Gán vật liệu vào mô hình hình học, chú ý khi chia lưới phần tử hữu hạn 5. Gán điều kiện biên cho bài toán (biên cột nước và lưu lượng) 6. Kiểm tra lỗi và chạy bài toán 7. Xuất kết quả theo yêu cầu C¸c b−íc ph©n tÝch cô thÓ 13 • KiÓm tra sè liÖu. SOLVE CONTOUR • Vect¬ vËn tèc; • D¸n gi¸ trÞ c¸c ®−êng ®¼ng trÞ; • Gi¸ trÞ l−u l−îng; • HÖ ®−êng thÊm; • Zoom In and Out • In kÕt qu¶; • HiÓn thÞ th«ng tin nót vµ phÇn tö; • VÏ ®å thÞ c¸c kÕt qu¶ DEFINE • X¸c ®Þnh vïng lµm viÖc, tû lÖ, kho¶ng l−íi, • L−u tr÷ bµi to¸n; • Ph¸c ho¹ bµi to¸n, x¸c ®Þnh bµi to¸n, x¸c ®Þnh lo¹i ph©n tÝch, x¸c ®Þnh kiÓm tra ph©n tÝch; • X¸c ®Þnh hµm thÊm; • X¸c ®Þnh tÝnh chÊt vËt liÖu; • Sinh l−íi phÇn tö; • Chän th«ng sè cÇn xem; • X¸c ®Þnh c¸c ®iÒu kiªn biªn nót; • X¸c ®Þnh mÆt c¾t tÝnh l−u l−îng; • X¸c ®Þnh hÖ to¹ ®é; Bμi to¸n vÝ dô – Ch−¬ng 3 14 5m k = 1x10-5m/s C«ng tr×nh gi÷ n−íc T−êng chèng thÊm Cao tr×nh 3m Cao tr×nh 9m 15 1. Page Set up L−u tr÷ bµi to¸n: File → Save X¸c ®Þnh vïng lµm viÖc Set → page X¸c ®Þnh tØ lÖ Set → Scale X¸c ®Þnh ®iÓm l−íi Set → Grid 2. Phác thảo mô hình hình học 16 Sketch → Lines 17 3. Tạo vật liệu KeyIn → Functions → Conductivity Edit → • Nhập hàm thấm yXác định tính chất vật liệu 18 KeyIn → Material Properties 3. Tạo vật liệu 19 4. Lập lưới phần tử Draw → Multiple Elements 20 5. Gán điều kiện biên Draw → Boundary conditions 21 6. Nhập mặt cắt tính lưu lượng Draw → Flux Sections 22 7. Vẽ hệ trục tọa độ Sketch → Axes 23 8. Kiểm tra lỗi cho bài toán Tools → Verify/Sort 24 9. Giải bài toán - SOLVE Xem kÕt qu¶ 25 26 HiÓn thÞ c¸c ®−êng ®¼ng thÕ Draw → Contours 27 D¸n gi¸ trÞ cña c¸c ®−êng ®¼ng trÞ, l−u l−îng thÊm t¹i c¸c mÆt c¾t Draw → Flux label Draw → Contour Labels §−êng thÊm - Quü ®¹o cña c¸c vect¬ thÊm 28 Draw → Flow Paths In c¸c h×nh vÏ 29 File → Print 30 Xem th«ng sè cña c¸c nót vµ phÇn tö View → Node informations View → Element informations KÕt thóc SEEP/W 31 SLOPEW 32 I. Cơ sở lý thuyết của chương trìnhy Giả thiết mặt trượt là cung tròn, xem khối đất trượt  ABCDA bị trượt theo cung ABC.  y Chia khối trượt ra thành nhiều thỏi thẳng đứng, tính Mct và Mgt với tâm trượt O rồi tổng hợp lại và tính được hệ  số ổn định K theo công thức: K = Mct/Mgt 33 34 1.213 Upper Silty Clay Lower Silty Clay Soft Silty Clay Sandy Clay Till 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Tính toán ổn định mái dốc bằng SLOPEW 35 II. Các bước tiến hành: 1. Xác định bài toán „ Vùng làm việc và đơn vị hình học „ Lựa chọn tỷ lệ „ Xác định khoảng cách lưới „ Lưu bài toán II. Các bước tiến hành 2. Phác họa mô hình hình học 3. Chọn phương pháp tính 4. Nhập các chỉ tiêu cơ lý cho VL 5. Nhập vật liệu vào mô hình bằng cách vẽ các  đường phân cách giữa các lớp đất. 6. Vẽ bán kính mặt trượt 7. Vẽ lưới tâm các mặt trượt 8. Vẽ hệ trục tọa độ 9. Kiểm tra lỗi 10. Giải bài toán 11. Hiển thị kết quả 36 III. Bài toán thực hành yMét ®Ëp ®Êt ®¬n gi¶n y 2 líp ®Êt n»m trªn nÒn ®¸ y §· biÕt ®−êng ®o ¸p 37 Líp ®Êt trªn γ =15kN/m3; c = 5kPa; ϕ =200 Líp ®Êt d−íi γ =18 kN/m2; c =10kPa, ϕ=25 §−êng ®o ¸p NÒn ®¸ 1. X¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc & lùa chän tû lÖ 38 X¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc ≈ kÝch cì khæ giÊy Set Menu ⇒ Page Lùa chän tû lÖ DEFINE menu ⇒ Set Scale 2. X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch l−íi & l−u bµi to¸n 39 Set menu ⇒ Grid File menu ⇒ Save . Ph¸c ho¹ bµi to¸n 40 KeyIn menu ⇒ Analysis Setting 4. X¸c ®Þnh ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch 41 KeyIn menu ⇒ Analysis Setting 5. X¸c ®Þnh tinh chất đất 42 Keyin → Soil properties 6. VÏ c¸c ®−êng ph©n c¸ch c¸c líp ®Êt vµ ®o ¸p 43 Thùc ®¬n Draw ⇒ Lines Thùc ®¬n Draw ⇒ PWP 7. X¸c ®Þnh b¸n kÝnh vµ l−íi t©m c¸c mÆt tr−ît 44 Thùc ®¬n Draw⇒ Slip Surface⇒ Radius Thùc ®¬n Draw⇒ Slip Surface ⇒ Grid 8. Kiểm tra lỗi và giải bài toán 45 Tool → Vertify 9. Giải bài toán Tool → Solve Contour - Xem kÕt qu¶ Cho phÐp ®¸nh gi¸ ®IÒu kiÖn lµm viÖc cña c«ng tr×nh 46 1.464 Distance (m) 0 10 20 30 40 E levation (m ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 MÆt tr−ît tíi h¹n HÖ sè an toµn nhá nhÊt HÖ sè an toµn 47 Các thông số: Đất đắp: γ = 17 kN/m3; c = 20 kPa; φ = 20o Khi áp lực p = -100 kN/m2; k = 2.10-9 m/s Khi áp lực p = 0 kN/m2; k = 4.10-6 m/s Đất nền : bão hòa hoàn toàn γ = 19 kN/m3; c = 5 kPa; φ = 25o k = 3,2.10-4 m/s Finish! 48