Hlavní problém při využívání nelineárních materiálových modelů často spočívá v materiálových parametrech potřebných pro jejich použití. To platí i pro upravený materiálový model zpevňované půdy použitý v tomto příspěvku. Tento odborný článek se zaměřuje na iterativní přizpůsobení těchto parametrů pomocí porovnání zveřejněných naměřených dat s výsledky FE-simulace. Toto zkoumání je inspirováno publikací Bowera et al. [1], která se zase odkazuje na publikaci Schanze et al. [2] popisující originální materiálový model zpevňované půdy.
Na rozdíl od publikace Bowera et al. [1] nebyla použita skutečná geometrie zkušebního tělesa, ale jeden kubický element s hranou jednoho metru. Tím se výrazně zkracuje doba výpočtu. Jelikož jsou materiálové modely aplikovány na úrovni elementu, měly by být při správném zobrazení reálných zkušebních podmínek určitelné spolehlivé materiálové parametry. Uložení bylo v těchto testech jednotlivých elementů aplikováno v rozích a zatížení bylo zadáno pomocí liniových nucených posunů. Pro správné zohlednění předchozích stavů bylo použito doplňku Stavební stavy. V prvních třech stavech staveb dochází k inicializaci zkušebních podmínek určením rovnováhy pro nedeformovanou strukturu. První stavební stav u obou modelů zahrnuje aktivaci geometrie a okrajových podmínek s lineárními materiálovými vlastnostmi. Poté dojde k aktivaci nelineárních materiálových vlastností. Následně dojde případně k aplikaci izotropního zatížení, na které navazuje vložení zkušebních zatížení, pro která jsou aktivována nucená liniová uložení.
- Online manuál Geotechnická analýza pro RFEM 6
- Online manuál Analýza fází výstavby (CSA) pro RFEM 6
- Online manuály Nastavení pro statickou analýzu
- Manuál k programu RFEM 6 | Konstrukce | Speciální objekty | Změny konstrukce
Simulace materiálové zkoušky za oedometrických podmínek spočívá ve fixovaném uložení uzlů na spodní straně a uložení uzlů na horní straně fixované kromě vertikálního směru. Byla použita pouze minimální vlastní tíha a nebylo použito žádné izotropní zatížení. Zatížení řízené deformací bylo aplikováno přes devět stupňů střídavého zatížení a odlehčení do maximální deformace 24 mm (odpovídá 24,0 ‰). Toto cyklické zatěžování bylo realizováno pomocí sestavujících zatěžovacích kombinací s využitím parametrizovaných multiplikativních faktorů v nastavení statické analýzy. Následující obrázek ukazuje pohled na tento model s příslušnými globálními parametry:
Přepočet triaxiální materiálové zkoušky byl podobně strukturován. Uložení uzlů bylo bez přetvoření a s omezením otáčení. Aby odpovídalo zkušebním podmínkám, bylo použito izotropní zatížení 300 kN/m². Vložení zkušebního zatížení bylo provedeno pomocí nuceného posunu horní strany, bez cyklického zatěžování a odlehčení, až do maximálního vertikálního posunu 150 mm. Na následujícím obrázku je zobrazen popsaný model.
Příslušné modely si můžete stáhnout na následujících odkazech:
- KB 1976 | Zkouška s jedním prvkem – oedometrické podmínky – upravený materiálový model zpevnění půdy
- KB 1976 | Test jednotlivých prvků - Trojosé podmínky - Modifikovaný model materiálu zpevněné zeminy
Nejproblematičtější je přizpůsobení dvěma zkušebním křivkám. Pro numerickou stabilitu byla proto pro simulaci triaxiálních podmínek stanovena vyšší minimální koheze 1,0 kPa. Následující obrázek ukazuje určené materiálové parametry pro oedometrické podmínky pro upravený model zpevňované půdy:
K určení těchto hodnot byl, jak bylo zmíněno na začátku, proveden srovnání zveřejněných zkušebních křivek s ekvivalentními výsledky simulace. K tomuto byly využity propojené výpočtové diagramy implementované v RFEM 6. Kromě dobrého přehledu o vývoji jednotlivých výsledků lze tyto v záložce "Tabulka" exportovat také do Excelu. Následující obrázky ukazují během tohoto zkoumání zjištěné výpočtové diagramy pro přepočet oedometrických a triaxiálních materiálových zkoušek.
Odchylka mezi výsledky simulace a materiálovými zkušebními křivkami může být nyní určena vizuálně nebo statistickými metodami. Následující obrázek ukazuje zde dosažené výsledky ve srovnání se zveřejněnými experimentálně zjištěnými daty. Jak je vidět, shodnost oedometrických podmínek až do střední úrovně napětí (přibližně 100 kPa) je velmi dobrá, zatímco zpětná trajektorie je příliš tuhá. Moduly zatížení a odlehčení jsou ve dvou prvních cyklech příliš nízké, zatímco v posledním jsou příliš vysoké. Při srovnání s třikrát opakovanou triaxialní zkouškou si všimneme, že počáteční tuhost je příliš nízká a navazuje na ni příliš silné zakřivení. To naznačuje příliš nízkou hodnotu pro posilovací zpevnění (CSH). Konečně konstantní úroveň napětí je dosažena příliš brzy a zůstává nižší než u experimentálních křivek (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1 %). Pearsonův korelační koeficient, který může být považován za míru závislosti mezi měřicí a simulační křivkou, činí, v závislosti na metodě interpolace pro přiřazení měřených hodnot, 0,90, respektive 0,94, pro oedometrické podmínky a 0,88, respektive 0,91, pro triaxiální zkoušku.
