Parametry sztywności modeli materiałowych gruntu

Wstęp

Grunt wykazuje wysoce nieliniowe zachowanie materiału. Jedną z jego istotnych właściwości jest zależność naprężenia od sztywności gruntu. Do odwzorowania sztywności zależnej od naprężeń odpowiedni jest nieliniowy sprężysty model materiałowy gruntu.

Po ustawieniu w programie typu materiału "Grunt" i wybraniu modelu materiałowego nieliniowo sprężystego "Izotropowy | Grunt | Nieliniowy sprężysty (bryły)”, dostępna jest odpowiednia zakładka danych wejściowych (rysunek 1).

Zależność sztywności od naprężenia

Zakładka powyżej (rys. 1) schematycznie przedstawia relację naprężenie-odkształcenie gruntu w grafice w oknie dialogowym. Zastosowana zależność naprężeniowa jest wyrażana dla modułu edometrycznego za pomocą następującego równania, zgodnie z [1]. Odpowiada to podejściu zastosowanemu w modelu twardniejącego gruntu.

Wytrzymałości na ścinanie (φ i c, patrz 1 na rysunku 1) można pobrać bezpośrednio z raportu geotechnicznego dla odpowiedniego projektu. Ponadto wymagane są następujące parametry (patrz 2 na rysunku 1).

• E_oed,ref - referencyjna wartość edometrycznego modułu stycznego
• p_ref - naprężenie referencyjne
• m - wykładnik zależności naprężeniowej

Zależność naprężeń jest kontrolowana za pomocą wykładnika m, który można zmierzyć zarówno w teście edometrycznym, jak i teście trójosiowym. Typowe wartości dla piasku to m = 0,5, a dla gliny m = 1,0. Referencyjną sztywność styczną dla początkowego obciążenia  modelu edometrycznego E_oed,ref można wyznaczyć z modułów protokołu geotechnicznego za pomocą p_ref i m.

Wyznaczanie parametrów E_oed,ref, p_ref & m

W następnym akapicie pokażemy, jak określić parametry modelu materiałowego. Analiza podłoża gruntowego z przykładu pokazuje następujące warstwowanie gruntu.

Obliczenia przeprowadza się w następujących krokach:

• 1. Określanie dostępnych naprężeń w stanie początkowym

Na podstawie właściwości warstw gruntu i wysokości warstw można określić efektywne ciśnienie nadkładu σ_v ' dla odpowiedniej głębokości.

• 2. Sztywność gruntu zgodnie z raportem geotechnicznym

Profil sztywności gruntu wzdłuż głębokości jest znany z raportu geotechnicznego.

• 3. Sztywność obliczona za pomocą wzoru na model materiałowy

Parametry modelu materiałowego są ustawione w taki sposób, aby profil sztywności wynikający z modelu materiałowego był zgodny z profilem ekspertyzy.

Naprężenia i sztywności pokazane w tabeli na rysunku 3 są wynikiem obliczeń dla niniejszego przykładu.

Wynik

Rysunek 4 przedstawia krzywą zależności sztywności edometrycznej od głębokości w początkowym stanie naprężenia, wyprowadzoną z modelu materiałowego i wykorzystaną w analizie metodą elementów skończonych. Dla porównania pokazano profil sztywności z raportu geotechnicznego.

Staje się jasne, że zastosowane wartości sztywności E_oed odzwierciedlają profil sztywności zgodnie z raportem geotechnicznym.