Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of soil anisotropic stiffness on the deformation induced by an open pit excavation

Lisewska Katarzyna, Cudny Marcin

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 4

141--156

EN

In this paper, the problem of deformation induced by an open pit excavation in anisotropic stiff soils is analysed by FE modelling. The presented research is focused on the influence of material model with anisotropic stiffness on the accuracy of deformation predictions as compared with the field measurements. A new hyperelastic-plastic model is applied to simulate anisotropic mechanical behaviour of stiff soils. It is capable to reproduce mixed variable stress-induced anisotropy and constant inherent cross-anisotropy of the small strain stiffness. The degradation of stiffness depending on strain is modelled with the Brick-type model. The model formulation and parameters are briefly presented. General deformation pattern obtained in the exemplary 2D boundary value problem of an open pit excavation is investigated considering different values of inherent cross-anisotropy coefficient of small strain stiffness. The numerical simulations are performed as a coupled deformation-flow analysis which allows to properly model the drainage conditions. The excavation phases are simulated by removal of soil layers according to the realistic time schedule. Finally, the monitored case of the trial open pit excavation in heavily overconsolidated Oxford Clay at Elstow, UK is simulated with proposed material model both in 2D and 3D conditions. The obtained calculation results are compared with displacement measurements and discussed.

PL

Modelowanie numeryczne zagadnień geotechnicznych związanych z odciążeniem podłoża (np. tunelowanie, wykopy) wymaga odpowiedniego opisu materiałowego gruntu, który pozwala na prawidłową symulację charakterystyki mechanicznej w zakresie małych odkształceń. Najważniejszymi elementami są tutaj nieliniowość sztywności związana z barotropią oraz degradacją stycznego modułu ścinania z odkształceniem oraz inherentna anizotropia sztywności. Modele konstytutywne dostępne w popularnych systemach obliczeniowych rzadko pozwalają na uwzględnienie anizotropii sztywności w zakresie małych odkształceń. Najczęściej przyczyną jest bardziej skomplikowana procedura implementacji niż w przypadku modeli z izotropową sztywnością, jak również ograniczona dostępność parametrów materiałowych związanych z anizotropią. Rozwój technik pomiarowych w eksperymentalnej mechanice gruntów, obserwowany w ostatnich latach na całym świecie, pozwala jednak na zaprojektowanie i przeprowadzenie badań anizotropii sztywności w warunkach ważnych inwestycji lub projektów badawczych. Najczęściej jest to pomiar współczynnika anizotropii αG w aparacie trójosiowym wyposażonym w elementy sejsmiczne bender zorientowane zarówno w pionie jak i w poziomie. System taki pozwala na bezpośrednie wyznaczenie modułów ścinania w płaszczyźnie pionowej Gvh oraz poziomej Ghh (αG= Ghh/Gvh). W artykule przedstawiono własny hipersprężysto-plastyczny model konstytutywny uwzględniający zarówno nieliniowość jak i anizotropię sztywności w zakresie małych odkształceń. W modelu tym wykorzystano anizotropową hipersprężystość do opisu sztywności początkowej, system zagnieżdżonych powierzchni plastyczności w przestrzeni odkształcenia do opisu degradacji sztywności (tzw. model Brick) oraz konwencjonalne kryterium wytrzymałości na ścinanie do ograniczenia dewiatorowych stanów naprężenia. Model został zaimplementowany w programie metody elementów skończonych Plaxis w ramach opcji User Defined Soil Model (UDSM). Analizowanym zagadnieniem brzegowo początkowym jest próbny otwarty wykop wykonany w ile oxfordzkim w Elstow, Wielka Brytania. Szeroka baza danych dotyczących niestandardowych badań laboratoryjnych iłu oksfordzkiego zorientowanych, oprócz wyznaczenia parametrów standardowych, na charakterystykę anizotropii sztywności dostępna jest w literaturze. Dokładny opis realizacji wykonanego próbnego wykopu z danymi pozwalającymi na przeprowadzenie własnych analiz wraz z wynikami monitoringu przemieszczeń dostępne są w publikacji Hird&Pierpoint (Geotechnique 47(3), 1997). Umożliwiło to, kalibrację parametrów anizotropowego modelu hipersprężysto-plastycznego i przeprowadzenie analizy wstecz będącej cenną weryfikacją przydatności opracowanego modelu konstytutywnego. Przed wykonaniem symulacji numerycznych próbnego wykopu w Elstow przeprowadzono również serię obliczeń na uproszczonym przykładowym modelu wykopu otwartego w płaskim stanie odkształcenia w celu rozpoznania wpływu czystej anizotropii inherentnej na deformację powstającą podczas odciążenia podłoża gruntowego takim wykopem. Symulację numeryczną wykopu próbnego w Elstow przeprowadzono zarówno w płaskim stanie odkształcenia jak i na modelu przestrzennym. Metoda symulacji odpowiadała podejściu sprzężonemu konsolidacji z równoczesnym uwzględnieniem przepływu wody w gruncie (coupled deformation flow analysis). Warunki czasowe wykonania wykopu próbnego, jak również parametry filtracyjne oraz mechaniczne zalegających gruntów powodują jednak, że przedmiotowe zagadnienie brzegowo-początkowe zachodzi ostatecznie w warunkach bliskich warunkom braku drenażu. Wyniki przeprowadzonych symulacji numerycznych porównano z wynikami monitoringu przemieszczenia. Uzyskano zadowalającą zgodność obliczonego i pomierzonego pola przemieszczenia. Dokładność wyników obliczeń jest jednak zmienna w zależności od obszaru analizowanego zagadnienia. Odpowiednie porównania przedstawiono na rysunkach w artykule.

2

Capability of triaxial apparatus with respect to evaluation of nonlinearity of soil stiffness

Lipiński Mirosław J., Wdowska Małgorzata K., Wudzka Anna

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 1

69--80

EN

Reliable evaluation of stress-strain characteristics can be done only in the laboratory where boundary conditions with respect to stress and strain can be controlled. The most popular laboratory equipment is a triaxial apparatus. Unfortunately, standard version of triaxial apparatus can reliable measure strain not smaller than 0.1%. Such accuracy does not allow to determine stiffness referred to strain range most often mobilized in situ i.e. 10-3 ÷ 10-1%, in which stiffness distribution is highly nonlinear. In order to overcome this problem fundamental modifications of standard triaxial apparatus should be done. The first one concerns construction of the cell. The second refers to method of measurement of vertical and horizontal deformation of a specimen. The paper compares three versions of triaxial equipment i.e. standard cell, the modified one and the cell with system of internal measurement of deformation. The comparison was made with respect to capability of stiffness measurement in strain range relevant for typical geotechnical applications. Examples of some test results are given, which are to illustrate an universal potential of the laboratory triaxial apparatus with proximity transducers capable to trace stress-strain response of soil in a reliable way.

PL

W artykule wskazano i przeanalizowano błędy jakie wynikają z konstrukcji komory standardowej. Następnie przedstawiono dwie modyfikacje aparatu, które znacząco zwiększają dokładność wyznaczania sztywności gruntu. Pierwsza modyfikacja polega na innej konstrukcji komory aparatu, która charakteryzuje się wewnętrznymi prętami łączącymi. Takie rozwiązanie pozwala na sztywne połączenie górnej części komory z dolną co pozwala m.in. na wyeliminowanie większości błędów braku współliniowości w dwóch płaszczyznach, pozwala na stały dostęp do próbki na etapie przygotowania (depozycja materiału, pomiary średnicy) a także zwiększa dokładność zadawania i pomiaru składowej wartości naprężenia pionowego. Taki rodzaj modyfikacji zwiększa dokładność pomiaru nawet o jeden rząd wielkości. Następnym etapem w doskonaleniu techniki określania charakterystyki naprężenie odkształcenie w aparacie trójosiowym są wewnątrzkomorowe systemy pomiaru przemieszczeń próbki. W artykule przedstawiono system, który według doświadczenia i opinii Autorów jest bardzo efektywny w porównaniu z innymi systemami. System oparty jest na czujnikach mikroprzemieszczeń działających na zasadzie prądów wirowych, których rozdzielczość pomiaru wynosi 1μm. System pomiarowy oparty na konfiguracji sześciu takich czujników pozwala na zwiększenie dokładności pomiaru o następny rząd wielkości. Należy podkreślić, że omówione powyżej modyfikacje aparatu trójosiowego były dokonane samodzielnie, w ramach własnej pracy badawczej a nie w drodze zakupu całego systemu dostępnego komercyjnie. W celu wykazania efektywności przedstawionych modyfikacji aparatu trójosiowego ściskania, w artykule przedstawiono wyniki pomiarów w postaci rozkładu parametrów określających sztywność gruntu tj. modułu odkształcenia E i współczynnika Poissona ν. Wyniki badań przedstawiono dla zagęszczonego i luźnego piasku drobnego przy różnych wartościach naprężenia poprzedzającego ścinanie. Zmienność parametrów przedstawiono w zależności od odkształcenia pionowego dla pomiarów wewnętrznych i zewnętrznych. Wyniki wskazują na istotny wpływ analizowanych czynników tj. zakresu odkształcenia, sposobu pomiaru i stanu materiału reprezentowanego przez wskaźnik porowatości i wielkość naprężenia na przebieg zmienności parametrów określających sztywność gruntu.

3

O metodach interpretacji wyników badań modułu odkształcenia gruntów w aparacie skrętnego ścinania RC/TS

Srokosz P., Dyka I., Bujko M.

Inżynieria i Budownictwo

|

2016

|

R. 72, nr 6

328--331

PL

Przedstawiono techniki eksperymentalne związane z wyznaczaniem modułów G w zakresie małych odkształceń, zagadnienia związane z interpretacją wyników badań oraz perspektywami doskonalenia stosowanych rozwiązań. Poza wynikami przykładowych badań laboratoryjnych zaprezentowano również wyniki analiz numerycznych z wykorzystaniem nieliniowo-sprężystego modelu konstytutywnego.

EN

Experimental techniques related to the measurement of G modulus in the range of small strain, issues related to the interpretation of the test results as well as prospects for improving the solutions are presented. Apart from the results of chosen laboratory tests, the results of the numerical analysis using non-linear elastic constitutive model are also presented.

4

The influence of selected parameters of cyclic process on cohesive soils shear characteristics at small strain

Jastrzębska M.

Archives of Civil Engineering

|

2010

|

Vol. 56, nr 1

89-107

EN

The subject of the paper comprises a cohesive soil response to a cyclic loading applied in the range of small strains (10-5 -;- 10-3). To this end tests of undrained cyclic shear in a triaxial compression apparatus were carried out on homogeneous material - kaoline from Tułowice. The tests were carried out on a modernised test bed, enabling full saturation of samples using the back pressure method, as well as a precise, intra-chamber measurement of small strains. Maintaining a constant deviatoric stress amplitude for NC and OC soils, the effect of its size as well as the influence of strain rate on material characteristics "deviatoric stress (excess pore water pressure) - axial strain" and effective stress paths were tested. While analysing the results obtained, a phenomenon of closing and stabilising initially open and moving loops were found, in contrast to proposal by Jardine. The observed increments in the axial strain during cyclic loading operation, at the same levels of lateral effective stress, were greater for normally consolidated than for overconsolidated soils. At the same time, at each next cycle, these relationships occurred during the increase in the pore water pressure during the cyclic load action. For the set number of cycles n = 10 they were that small - max. 46% (and decreasing with each consecutive cycle) that they did not result in weakening of the material. Taking the trend of decreasing Delta u increments into account it was possible to accept that the conclusion considered was right irrespective of the cycles' number.

PL

Przedmiotem dociekań i badań przedstawionych w artykule jest odpowiedź gruntu spoistego w strefie małych odkształceń na zadawane obciążenia cykliczne. Postawione zadanie łączy problemy reakcji gruntów spoistych na obciążenia powtarzalne i ich zachowania w zakresie małych odkształceń. Każdy z osobna jest przedmiotem wielu dociekań w ostatnich dekadach, jednakże niewiele z prac wychodziło poza jeden cykl. W związku z tym na potrzeby pracy wykonano badania cyklicznego ścinania bez odpływu wody w aparacie trójosiowego ściskania na jednorodnym materiale - kaolinie z Tułowic, obejmujące większą liczbę powtórzeń. Badania prowadzone były na zmodernizowanym stanowisku badawczym, umożliwiającym pełne nasycenie próbek metodą "back pressure" oraz precyzyjny, wewnątrzkomorowy pomiar małych odkształceń za pomocą bezkontaktowych czujników mikroprzemieszczeń. Przy zachowaniu stałej amplitudy dewiatora naprężenia, dla gruntów NC i OC, badano wpływ prędkości odkształcenia na charakterystyki materiałowe "dewiator naprężenia (zmiana ciśnienia wody w porach) - odkształcenie osiowe" i ścieżki naprężenia efektywnego. Analizując otrzymane wyniki stwierdza się inne w stosunku do Jardine'a zjawisko zamykania się i stabilizacji otwartych początkowo i przemieszczających się pętli. Obserwowane przyrosty odkształcenia osiowego w trakcie działania obciążenia cyklicznego, przy tych samych poziomach bocznego naprężenia efektywnego są większe dla gruntów normalnie skonsolidowanych niż prekonsolidowanych. Jednocześnie z każdym kolejnym cyklem przyrosty te są coraz mniejsze, przyjmując nawet wartość równą zero dla cyklu dziesiątego. Podobne relacje zachodzą podczas przyrostu ciśnienia wody w porach w trakcie działania obciążenia cyklicznego. Dla zadanej liczby cykli n=10 są one na tyle niewielkie - max. 46% (i malejące z każdym kolejnym cyklem), że nie prowadzą do osłabienia materiału. Uwzględniając trend malejących przyrostów Delta u można uznać słuszność przedmiotowego wniosku niezależnie od liczby cykli.