Tài liệu Mô phỏng 3d thí nghiệm nén ba trục đối với hỗn hợp cát trộn sợi địa kỹ thuật bằng phương pháp phần tử rời rạc: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 58
MƠ PHỎNG 3D THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC ĐỐI VỚI
HỖN HỢP CÁT TRỘN SỢI ĐỊA KỸ THUẬT BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC
NGUYỄN QUANG TUẤN
*,**
Three-dimension simulations of triaxial test on fibred-sand mixture
using dem
Abstract: Soil reinforcement with fibres is one of the effective techniques
in geotechnical engineering. This paper reports the initial results of study
on the shear behaviour of sand reinforced with randomly distributed fibres
by the use of numerical discrete element method (DEM). A three
dimensional DEM model of trial compression test was developed to
analyse the influence of random distributed fibres and identify the
mechanism by which the fibres influence the mixed sand at micro scale.
Sand particles are modelled by simple particles and fibres are modelled by
clusters of bonded particles. Interactions at contacts between particles are
described by simple contact model and bonds in fibre clusters are
characterized b...
7 trang |
Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 401 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mô phỏng 3d thí nghiệm nén ba trục đối với hỗn hợp cát trộn sợi địa kỹ thuật bằng phương pháp phần tử rời rạc, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 58
MƠ PHỎNG 3D THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC ĐỐI VỚI
HỖN HỢP CÁT TRỘN SỢI ĐỊA KỸ THUẬT BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC
NGUYỄN QUANG TUẤN
*,**
Three-dimension simulations of triaxial test on fibred-sand mixture
using dem
Abstract: Soil reinforcement with fibres is one of the effective techniques
in geotechnical engineering. This paper reports the initial results of study
on the shear behaviour of sand reinforced with randomly distributed fibres
by the use of numerical discrete element method (DEM). A three
dimensional DEM model of trial compression test was developed to
analyse the influence of random distributed fibres and identify the
mechanism by which the fibres influence the mixed sand at micro scale.
Sand particles are modelled by simple particles and fibres are modelled by
clusters of bonded particles. Interactions at contacts between particles are
described by simple contact model and bonds in fibre clusters are
characterized by shear and tensile strengths. Comparing with laboratory
tests, the simulation results show that the DEM model can be a promising
approach to investigate the behaviour of fibre-reinforced soils. The insight
of interaction mechanism between fibers and sand matrix can be
illustrated. Some advantages and limitations of the numerical model in
three dimensions model are also discussed.
Keywords: fibre, sand, DEM, triaxial test, modelling
1. GIỚI THIỆU *
Gia cố đất bằng việc trộn sợi địa kỹ thuật
(tự nhiên hoặc nhân tạo) là một phương pháp
đã được áp dụng trong xây dựng. Đất và sợi
địa kỹ thuật được trộn đều để tạo ra hỗn hợp
đất-sợi sắp xếp khơng định hướng. Mục đích
của việc gia cố theo cách này là tăng sức
chống cắt mà khơng làm mất khả năng thốt
nước của đất được gia cố. Việc nghiên cứu tác
dụng của sợi địa kỹ thuật đối với đất rời đã
được nhiều nhà khoa học thực hiện. Tính chất
của hỗn hợp đất trộn sợi phụ thuộc vào các
*
Trường Đại học Thủy lợi
E-mail: nqtuan@tlu.edu.vn
**
Viện Địa kỹ thuật, Đại học kỹ thuật Freiberg
(TUBAF), CHLB Đức
tính chất của cả đất và sợi địa kỹ thuật: các
tính chất của vật liệu sợi, loại sợi được sử
dụng, kích thước và hàm lượng trộn. Để áp
dụng phương pháp một cách hiệu quả, địi hỏi
phải cĩ nghiên cứu tác dụng của sợi tới khối
đất được trộn. Một số phương pháp giải tích
đã được đưa ra để đánh giá mức độ ảnh hưởng
này. Ví dụ, Michalowski and Zhao [1] giới
thiệu tiêu chuẩn phá hoại dựa trên việc coi đất
trộn sợi là một loại đất mới đồng nhất để đánh
giá định tính tác dụng của việc trộn sợi địa kỹ
thuật tới sức kháng cắt của cát. Nghiên cứu
bằng phương pháp số cũng đã được thực hiện
bởi một số tác giả. Sivakumar sử dụng phương
pháp số liên tục, trong đĩ dùng phần tử cáp
(cable element) để mơ phỏng sợi địa kỹ thuật
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 59
và phần tử tiếp xúc (interface) để mơ phỏng
tương tác giữa sợi địa kỹ thuật và cát [2].
Yamaguchi, Ibraim cùng đồng sự đã sử dụng
phương pháp phần tử rời rạc cho mơ hình hai
chiều (2D) của đất trộn sợi [3, 4]. Trong mơ
hình phần tử rời rạc 2D, cát được mơ phỏng
bằng các hạt trịn và sợi địa kỹ thuật được mơ
phỏng bằng chuỗi các hạt trịn gắn kết với
nhau. Các mơ hình này đã mơ tả được sự gia
tăng cường độ kháng cắt do sự cĩ mặt của sợi
địa kỹ thuật. Tuy nhiên, mơ hình 2D cĩ hạn
chế khi mơ phỏng sự tiếp xúc và truyền ứng
suất giữa các hạt cát do sợi địa kỹ thuật trong
mơ hình 2D hồn tồn chia cách, trong khi đĩ
ở thực tế khơng gian 3 chiều (3D) vẫn cĩ thể
tồn tại tiếp xúc giữa các hạt cát xung quanh
sợi địa kỹ thuật.
Trong bài báo này, tác giả đề xuất và thiết lập
mơ hình phần tử rời rạc 3 chiều mơ phỏng thí
nghiệm nén ba trục đối với hỗn hợp đất trộn sợi
địa kỹ thuật. Mơ hình được xây dựng thơng qua
việc sử dụng phần mềm phương pháp dịng hạt
(particle flow codes PFC
3D) của Itasca [5]. Các
kết quả mơ phỏng được trình bày trên cơ sở so
sánh với kết quả thí nghiệm trong phịng. Mơ
hình 3D bước đầu cho thấy khả năng thể hiện
tốt hơn cơ chế làm việc của sợi địa địa kỹ thuật
trong hỗn hợp đất-sợi so với mơ hình 2D. Bên
cạnh đĩ, mơ hình cĩ khả năng nghiên cứu ảnh
hưởng của các đặc điểm sợi địa kỹ thuật tới hỗn
hợp đất.
2. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
2.1 Vật liệu cát
Vật liệu cát sử dụng cho nghiên cứu là loại
cát cĩ nguồn gốc băng tích, được lấy tại
Steinbruch Kưplitz, phía Tây Nam thành phố
Leipzig, CHLB Đức. Thành phần hạt mịn hơn
0,063mm được loại bỏ bằng rây ướt. Thành
phần hạt thơ cĩ kích thước trên 2mm cũng
được loại bỏ bằng phương pháp rây khơ. Các
chỉ tiêu cơ lý của đất cát nghiên cứu được
trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. Một số chỉ tiêu cơ lý của
vật liệu cát nghiên cứu
Chỉ tiêu Giá trị
Hệ số đồng nhất Cu 2,81
Hệ số cấp phối hạt Cc 1,09
Khối lượng riêng hạt s (g/cm
3
) 2,65
Độ lỗ rỗng nhỏ nhất nmin 0,28
Độ lỗ rỗng lớn nhất nmax 0,41
2.2. Vật liệu sợi địa kỹ thuật
Vật liệu sợi sử dụng địa kỹ thuật được làm từ
vật liệu nhựa tổng hợp (Polypropylene). Chiều
dài sợi từ nhà cung cấp là 60mm. Tuy nhiên, để
phù hợp với việc trộn cho mẫu thí nghiệm ba
trục trong phịng cĩ kích thước nhỏ, sợi được
cắt nhỏ tới 20mm để trộn với cát (Hình 5). Các
thơng số vật lý và kỹ thuật của vật liệu sợi được
trình bày trong Bảng .
Hình 5. Sợi địa kỹ thuật ở dạng sản phẩm từ
nhà cung cấp và ở dạng được cắt ngắn cho thí
nghiệm trộn với cát [6]
Bảng 2. Các thơng số vật lý và kỹ thuật
của sợi địa kỹ thuật
Chỉ tiêu Giá trị
Vật liệu Polypropylene
Màu Xám
Đường kính (mm) 0,15 – 0,30
Chiều dài (mm) 20
Khối lượng riêng (g/cm3) 0,91
Độ bền kháng kéo (N/mm2) 570-660
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 60
3. THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC
Thí nghiệm nén ba trục được thực hiện
trên mẫu cát và mẫu cát trộn sợi địa kỹ thuật
với các hàm lượng khác nhau. Các thí nghiệm
được tiến hành ở điều kiện thốt nước. Đối
với cát trộn sợi địa kỹ thuật, cát được trộn
bằng tay trong bát để tạo ra hỗn hợp cát – sợi
phân bố đều khơng quy luật (Hình 2). Các
mẫu cát được trộn với tỷ lệ sợi theo phần
trăm khối lượng khác nhau: 0,06%, 0,1%,
0,25%, 0,5% and 1,0 % để nghiên cứu ảnh
hưởng của hàm lượng sợi tới cát được gia cố.
Kết quả trộn cho thấy, khi tỉ lệ sợi trên 1.0%
mẫu thì xảy ra hiện tượng phân tầng trong
quá trình tạo mẫu. Kết quả chi tiết các thí
nghiệm được trình bày trong nghiên cứu của
Biele [6].
Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ
kháng cắt của đất cát được cải thiện khi trộn
với sợi địa kỹ thuật. Sức chống cắt cực đại và
sức chống dư tăng, tuy nhiên sức kháng cắt
cực đại tăng khơng đáng kể. Thậm chí, gĩc ma
sát trong cịn giảm nhẹ khi hàm lượng sợi địa
kỹ thuật tăng. Việc trộn sợi địa kỹ thuật tạo ra
lực dính ảo đối với hỗn hợp cát-sợi. Thành
phần lực dính này tăng theo hàm lượng sợi
trộn. Tuy nhiên, khi hàm lượng sợi quá 0,5%,
thành phần lực dính ảo giảm. Kết quả thí
nghiệm cho thấy phù hợp với quy luật tìm
được từ một số nghiên cứu trước [7, 8], chỉ
khác ở chỗ ngưỡng hàm lượng sợi địa kỹ thuật
hiệu quả là 0,75%.
Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy việc trộn
sợi địa kỹ thuật cĩ phần làm giảm độ cứng ban
đầu của cát. Trong cùng một điều kiện ứng
suất, chuyển vị cắt khi phá hoại của mẫu cát
trộn sợi lớn hơn so với của mẫu cát khơng
trộn. Đặc biệt, khi trộn với các hàm lượng sợi
khác nhau, thể tích mẫu tăng đáng kể theo
hàm lượng sợi trong khi khối lượng mẫu ít
thay đổi.
Hình 6. Cát trộn sợi địa kỹ thuật trước khi
chế bị mẫu thí nghiệm nén ba trục [6]
Hình 7. So sánh đường ứng suất – biến dạng
của mẫu cát và mẫu cát trộn 0,5% sợi [6]
4. MƠ PHỎNG THÍ NGHIỆM NÉN BA
TRỤC
4.1. Mơ hình mẫu đất
Mẫu thí nghiệm trong mơ hình số PFC3D
được xây dựng theo kích thước thực của
mẫu cát thí nghiệm trong phịng: mẫu hình
trụ cĩ chiều cao 80mm và đường kính
40mm. Biên quanh mẫu là vách hình trụ, đây
là phần tử wall và cũng được sử dụng để tạo
ra áp lực hơng lên mẫu. Điều kiện áp lực
hơng được tạo ra lên mẫu bằng cách thay đổi
đường kính vách trụ. Hai vách phẳng ở hai
đầu mẫu được dùng để tạo ra áp lực nén.
Quá trình gia tải được thực hiện bằng cơ chế
điều khiển tự động thơng qua một thuật tốn
trong mơ hình.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 61
4.2. Mơ phỏng vật liệu cát và sợi địa
kỹ thuật
Trong nghiên cứu này, cát được mơ
phỏng bằng các hạt hình cầu. Các sợi địa kỹ
thuật trong mơ hình được coi như cĩ hình
dạng trụ dài mảnh và được mơ phỏng bằng
chuỗi các hạt cầu liên tục gắn kết với nhau.
Tương tác giữa các hạt tại vị trí tiếp xúc
được đặc trưng bởi mơ hình tiếp xúc tuyến
tính. Gắn kết giữa các hạt trong sợi được đặc
trưng bởi gắn kết (bond) tại vị trí tiếp xúc
giữa 2 hạt. Với các hạt cầu mơ phỏng cát
được gán them mơ hình kháng lăn đơn giản
để chuyển động xoay của hạt tương đương
với hạt cĩ hình dạng bất kỳ. Trong nghiên
cứu này, vận tốc chuyển động xoay được
cho bằng 0. Các thơng số micro của mơ hình
phần tử rời rạc đối với tiếp xúc gồm mơ đun
đàn hồi của tiếp xúc Ec, tỷ số độ cứng (giữa
độ cứng theo phương pháp và độ cứng theo
phương tiếp tuyến) của tiếp xúc vc, và hệ số
ma sát giữa các hạt tại tiếp xúc µ.
Mơ hình PFC
3D
của thí nghiệm nén ba trục
đối vối mẫu cát được thực hiện để xác định
các thơng số cho cát trong mơ hình. Mẫu cát
cĩ thể được mơ phỏng theo thành phần hạt
thực tế. Tuy nhiên, để giảm số lượng hạt
trong mơ hình, trong giai đoạn nghiên cứu
này mẫu được tạo cĩ thành phần hạt theo
phân phối chuẩn với phạm vi đường kính từ
1,0 mm đến 2,5 mm. Các thơng số micro
được gán cho mơ hình trước khi nén. Các
thơng số này cĩ thể ảnh hưởng kết hợp lẫn
nhau tới ứng xử cơ học của mẫu. Để hiệu
chỉnh mơ hình, thơng số micro được lựa chọn
dựa vào việc so sánh kết quả thí nghiệm của
mơ hình với kết quả thí nghiệm trong phịng.
Việc hiệu chỉnh mơ hình phần tử rời rạc
thường địi hỏi nhiều thời gian, cơng sức và
là một trong những cơng việc khĩ khăn đối
nghiên cứu này. Sau khi hiệu chỉnh, các
thơng số được chọn cho mơ hình đối với các
hạt cát và tiếp xúc như trong Bảng 3.
Bảng 3. Các thơng số của cát trong mơ
hình sử dụng mơ hình tiếp xúc tuyến tính
Thơng số Giá trị
Mơ đun đàn hồi của tiếp xúc, Ec [Pa] 2,0x10
8
Tỷ số độ cứng, vc [ - ] 1,0
Độ lỗ rỗng của mẫu cát, n 0,41
Hệ số ma sát của các hạt cầu, µ 0,28
Hệ số ma sát của các vách, µw 0,0
Khối lượng riêng hạt p [T/m
3
] 2650
Gắn kết giữa các hạt của sợi địa kỹ thuật cĩ
thể được mơ phỏng bằng một trong 2 loại gắn
kết cĩ trong PFC3D: Gắn kết đơn (single bond)
và gắn kết song song (parallel bond), như được
sơ họa trong Hình 4 và được trình bày chi tiết
trong tài liệu hướng dẫn PFC3D [5]. Gắn kết đơn
đã từng được sử dụng cho mơ hình 2D ở một
nghiên cứu khác [4]. Gắn kết đơn mơ phỏng sự
dính kết giữa 2 hạt tại điểm tiếp xúc, được đặc
trưng bởi độ bền kháng cắt và độ bền kháng
kéo, tuy nhiên loại gắn kết này khơng cĩ khả
năng kháng uốn, do đĩ các hạt cĩ thể xoay
tương đối so với nhau quanh điểm gắn kết. Gắn
kết đơn cĩ thể sử dụng để mơ phỏng sợi mềm.
Gắn kết song song mơ phỏng sự dính kết giữa 2
hạt thơng qua một lớp cĩ bề dày hữu hạn tại vị
trí tiếp xúc, được đặc trưng bởi độ cứng, cường
độ và kích thước diện gắn kết. Gắn kết song
song cĩ khả năng kháng uốn, cĩ thể sử dụng để
mơ phỏng sợi cứng. Mơ hình sợi địa kỹ thuật
bằng gắn kết đơn và gắn kết song song được mơ
phỏng như trong Hình 5. Trong nghiên cứu này,
các sợi địa kỹ thuật được coi như khơng bị đứt,
gẫy trong quá trình làm việc. Do đĩ, các thơng
số cho gắn kết của sợi được nhập giá trị cao như
trong Bảng .
Để mơ phỏng đất cát trộn sợi, các chuỗi hạt
mơ tả sợi địa kỹ thuật được đặt vào các vị trí
ngẫu nhiên và khơng định hướng trong khơng
gian mẫu của mơ hình. Hỗn hợp các hạt mơ tả
cát và chuỗi hạt mơ tả sợi sẽ được trộn trong
quá trình khởi tạo mẫu. Mẫu thí nghiệm cho các
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 62
trường hợp chỉ cĩ cát và cát trộn sợi trong mơ
hình số được trình bày ở Hình 9.
Hình 4. Sơ họa gắn kết tại vị trí
tiếp xúc giữa 2 hạt
Hình 8. Mơ hình sợi địa kỹ thuật khi dùng gắn
kết đơn và khi dùng gắn kết song song
Bảng 4. Các thơng số micro của sợi địa kỹ
thuật trong mơ hình số
Thơng số Giá trị
Chiều dài sợi [mm] 20
Đường kính/chiều rộng của sợi [mm] 0,75
Hạt cầu
Độ cứng pháp tuyến, kn [Pa] 5x10
7
Độ cứng tiếp tuyến, ks [Pa] 5x10
7
Hệ số ma sát 0,28
Khối lượng riêng [kg/m3] 910
Gắn kết
Độ cứng pháp tuyến [N/m] 1,0x1010
Độ cứng tiếp tuyến [N/m] 1,0x1010
Độ bền theo phương pháp tuyến [Pa] 1,0x1012
Độ bền theo phương tiếp tuyến [Pa] 1,0x1012
Hệ số nhân bán kính gắn kết song song 1,0
(a) (b) (c)
Hình 9. Mẫu thí nghiệm trong mơ hình PFC3D.
(a) cát; (b) cát trộn sợi địa kỹ thuật sử dụng gắn
kết đơn cho mơ hình sợi; (c) cát trộn sợi địa kỹ
thuật sử dụng gắn kết song song cho mơ hình sợi
4. KẾT QUẢ MƠ HÌNH SỐ
Khi sử dụng các thơng số micro đã được hiệu
chỉnh, kết quả mơ phỏng cho thấy mơ hình phần
tử rời rạc cĩ khả năng mơ phỏng ứng xử của vật
liệu cát và cát trộn sợi địa kỹ thuật.
Hình 7 là kết quả thí nghiệm nén 3 trục mơ
hình số đối với cát khi điều kiện áp lực hơng là
100kPa và 200kPa. Mơ hình số cĩ khả năng mơ
phỏng khá sát với ứng xử của cát (cả độ cứng
ban đầu và cường độ đỉnh) theo thí nghiệm
trong phịng. Mơ hình số cĩ khả năng mơ phỏng
ngay cả khi mẫu cắt ở biến dạng lớn.
Hình 8 là quan hệ ứng suất biến dạng theo
kết quả mơ phỏng sử dụng các thơng số micro
đã hiệu chỉnh đối với cát trộn 0.5% sợi địa kỹ
thuật ở điều kiện 3=100kPa và 200kPa.
Hình 10. Đường quan hệ ứng suất biến dạng
theo kết quả thí nghiệm trong phịng và mơ hình
ở điều kiện 3=100kPa và 3=200kPa đối với
cát khơng trộn
0 5 10 15 20 25
0
100
200
300
400
500
600
700
3
= 100kPa
Lab. Result
DEM Result
D
e
v
ia
to
r
S
tr
e
ss
[
k
P
a
]
Axial Strain [%]
3
= 200kPa
(
1
-
3
)
[k
P
a]
1 [%]
TN trong phịng
TN DEM
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 63
'
Hình 11. Đường quan hệ ứng suất biến dạng
theo kết quả thí nghiệm trong phịng và mơ hình
ở điều kiện 3=100kPa và 3=200kPa với hàm
lượng trộn sợi địa kỹ thuật là 0.5%
Hình 12. Kết quả thí nghiệm nén 3 trục ở điều
kiện 3=200kPa khi sử dụng các mơ hình gắn
kết khác nhau cho sợi địa kỹ thuật
Hình 13. đường quan hệ ứng suất biến dạng ở
điều kiện 3=100kPa với các chiều dài sợi địa
kỹ thuật khác nhau.
So sánh giữa việc sử dụng 2 loại gắn kết đối
với mơ hình sợi địa kỹ thuật cho thấy đối với
loại sợi được sử dụng ở nghiên cứu này, khả
năng mơ phỏng của gắn kết song song tốt hơn
so với gắn kết đơn. (Hình 12). Quan hệ ứng
suất – biến dạng sau khi phá hoại cĩ phần lệch
so với kết quả thí nghiệm, nguyên nhân cĩ thể
do kích thước sợi địa kỹ thuật trong mơ hình
chưa phù hợp.
Mơ hình số cũng khẳng định thêm ảnh hưởng
của chiều dài sợi địa kỹ thuật tới hỗn hợp cát
trộn sợi địa kỹ thuật. Như trong Hình 13, khi
trộn sợi dài hơn thì hỗn hợp cát tạo ra cĩ sức
kháng cắt dư cao hơn và độ cứng ban đầu của
đất được trộn cĩ phần nhỏ hơn.
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Bài báo đã giới thiệu việc lập mơ hình phần
tử rời rạc 3D cho thí nghiệm nén ba trục đối
với vật liệu cát trộn sợi địa kỹ thuật. Kết quả
ban đầu cho thấy mơ hình phương pháp phần
tử rời rạc phù hợp cho việc mơ phỏng đặc
điểm của hỗn hợp cát trộn sợi địa kỹ thuật.
Mơ hình phần tử rời rạc cĩ thể là cơng cụ hữu
hiệu cho các nghiên cứu tiếp theo về sự ảnh
hưởng của sợi trộn tới hỗn hợp cát-sợi địa kỹ
thuật. Mơ hình cĩ khả năng xem xét các yếu
tố như kích thước, độ cứng và hàm lượng trộn
của sợi địa kỹ thuật.
Từ kết quả thí nghiệm trong phịng và thí
nghiệm mơ hình cho thấy việc trộn sợi địa kỹ
thuật vào đất cát cĩ ảnh hưởng tới đặc tính cơ
học của đất trộn. Tuy nhiên, trong nghiên cứu
này ảnh hưởng của việc trộn sợi với loại cát
nghiên cứu là khơng đáng kể. Cát trộn sợi địa kỹ
thuật cĩ cường độ kháng cắt và cường độ kháng
cắt dư cao hơn so với cát khơng trộn. Độ cứng
ban đầu của hỗn hợp cát trộn sợi thấp hơn so với
cát khơng trộn.
Loại gắn kết sử dụng cho mơ hình sợi địa kỹ
thuật cĩ vai trị rất quan trọng tới kết quả mơ
phỏng. Loại gắn kết ảnh hưởng cả độ chặt và
đặc điểm nén lún của mẫu trong mơ hình số.
Trong nghiên cứu này, gắn kết song song làm
cho sợi cứng hơn, gắn kết song song cho kết
quả mơ phỏng tốt hơn, đặc biệt trong quá trình
tạo mẫu.
Kết quả mơ phỏng sẽ chính xác hơn nếu các
thơng số micro cho sợi trong mơ hình được hiệu
0 5 10 15 20 25
0
100
200
300
400
DEM. fibre length of 20mm
DEM. fibre length of 10mm
D
ev
ia
to
r
S
tr
es
s
[k
P
a]
Axial Strain [%]
(
1
-
3
)
[k
P
a]
TN DEM với sợi dài 20m
TN DEM với sợi dài 10m
0 5 10 15 20 25
0
100
200
300
400
500
600
700
Lab. pure sand
Lab. fibre-mixed sand
DEM. fibre using contact bond
DEM. fibre using parallel bond
D
e
v
ia
to
r
S
tr
e
ss
[
k
P
a
]
Axial Strain [%]
TN cát trong phịng
TN cát trộn sợi ĐKT
TN DEM dùng gắn kết đơn
TN DEM dùng gắn kết song song
(
1
-
3
)
[k
P
a]
1 [%]
0 5 10 15 20 25
0
100
200
300
400
500
600
700
3
= 100kPa
Lab. Result
DEM. Result
D
e
v
ia
to
r
S
tr
e
ss
[
k
P
a
]
Axial Strain [%]
3
= 200kPa
TN trong phịng
TN DEM
1 [%]
(
1
-
3
)
[k
P
a]
1 [%]
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 64
chỉnh dựa trên các thí nghiệm cơ học thực tế đối
với sợi địa kỹ thuật.
Do hạn chế về số lượng hạt sử dụng trong mơ
hình nên phải dùng các hạt lớn hơn so với thực
tế. Do đĩ, dạng cấp phối và hệ số tỉ lệ giữa cấp
phối hạt trong mơ hình và cấp phối hạt thực tế
cần được xem xét thận trọng.
Mơ hình phần tử rời rạc cĩ thể được phát
triển tiếp để nghiên cứu tính chất cơ học của đất
cát trộn sợi cĩ xét sự ảnh hưởng của việc trộn
sợi địa kỹ thuật ở các điều kiện đầm chặt khác
nhau, cho các cấp phối hạt khác nhau. Tiếp
theo, mơ hình cĩ thể hỗ trợ nghiên cứu để giảm
bớt cơng tác thí nghiệm trong phịng, dùng kết
quả mơ phỏng để xây dựng đường bao phá hoại
cho vật liệu hỗn hợp cát trộn sợi địa kỹ thuật.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian
tác giả học tập và làm việc tại Viện Địa kỹ thuật
- Đại học kỹ thuật Freiberg (Institut für
Geotechnik - TUBAF). Tác giả cảm ơn
TS. Ernst-Dieter Hornig đã đĩng gĩp thơng tin
và số liệu về thí nghiệm trong phịng, cảm ơn
TS. Martin Herbst đã giúp đỡ trong việc lập
trình xây dựng mơ hình số. Tác giả cũng cảm ơn
GS. TS. Heinz Konietzky đã gĩp ý cho nội
dung bài báo này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Michalowski, R. and A. Zhao, Failure of
Fiber-Reinforced Granular Soils. Journal of
Geotechnical Engineering, 1996. 122(3): p.
226-234.
2. Sivakumar Babu, G.L., A.K. Vasudevan,
and S. Haldar, Numerical simulation of fiber-
reinforced sand behavior. Geotextiles and
Geomembranes, 2008. 26(2): p. 181-188.
3. Yamaguchi, T., et al., 2D DEM analysis
on reinforcement effect in granular material
using fibre. Journal of Applied
Mechanics,JSCE, 2009. 12: p. 497-506.
4. Ibraim, E., et al., Fibre-reinforced
granular soils behaviour: numerical approach,
in International Symposium on Geomechanics
and Geotechnics of Particulate Media, Hyodo,
H. Murata, and Y. Nakata, Editors. 2006, Taylor
& Francis Group: Ube, Yamaguchi, Japan. p.
443 - 448.
5. Itasca, PFC3D Version 4.0 - Theory and
Background2008, Minneapolis, Minnesota:
Itasca Consulting Group, Inc.
6. Biele, J., Untersuchung der Sherfestigkeit
von Boden im Labor unter Zugabe von
Kunsttstofffasern, in Geowissenschaften,
Geotechnik und Bergbau2014, TU Freiberg:
Freiberg.
7. Prabakar, J. and R.S. Sridhar, Effect of
random inclusion of sisal fibre on strength
behaviour of soil. Construction and Building
Materials, 2002. 16(2): p. 123-131.
8. Krishna Rao, S.V. and A.M.A. Nasr,
Laboratory Study on the Relative Performance
of Silty-Sand Soils Reinforced with Linen Fiber.
Geotechnical and Geological Engineering,
2012. 30(1): p. 63-74.
Người phản biện: PGS.TS. ĐỒN THẾ TƯỜNG
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 95_6265_2159855.pdf