Bài giảng Khái quát về Plaxis

Khái quát về plaxis
GS. Nguyễn Công Mẫn
Hà Nội - Tháng 03 năm 2008 
Khái niệm mô hènh hoá trong ðKT
Introduction to “Modelling”
Lee Barbour and John Krahn
Reading Workshop - May 2003
CáC PHầN MềM CHUYÊN DùNG ðKT
Phát triển mạnh vào cuối TK 20 - thúc đẩy sự phát
triển của ðKT - công cụ hiệu quả giải quyết các bài
toán ðKT : PLAXIS, GEOSTUDIO 2007
Hệ vật lý Hệ toán học
Mô hènh số
bộ phần mềm plaxis
• PM Plaxis - đH công nghệ Delff - Hà Lan. 
Phiên bản Plaxis V.1 (1987) - phân tích các bài toán ổn định đê
biển và đê sông tại các vùng bờ biển thấp tại Hà Lan. 
• GS. R.B.J Brinkgreve và P.A Vermeer là những ng−ời khởi
x−ớng.
• Năm1993 Công ty PLAXIS BV đ−ợc thành lập và từ năm1998, 
các phần mềm PLAXIS đều đ−ợc xây dựng theo phần tử hữu hạn
2007
Plaxis
3D Found
2003
Plaxis
PlaxFlow
2002
Plaxis
V.8
2001
Plaxis
3D 
Tunen
2000
Plaxis
Dynamics
1990
Plaxis
V.3
1987
Plaxis
V.1
Năm
Tờn
•Từ 2000 - 2007 - Bộ PM Plaxis hiện nay gồm 5 mođun
• Plaxis 3D Foundation - V.1.5 - Phân tích biến dạng và
ổn định các móng bè, móng cọc và công trinh biển theo
PTHH.
• Plaxis V.8 - 2D Phân tích biến dạng và ổn định các bài
toán đKT theo PTHH - 2D, tr−ờng hợp đất bão hòa và
không bão hòa; 
• Phân tích động lực theo PTHH - 2D do tác động nhân
tạo và động đất gây ra - Không xét đ−ợc hóa lỏng trong MT; 
• Plaxis PlaxFlow - V.1 - Phân tích thấm trong môi tr−ờng
đất đá theo PTHH - 2D. Bài toán thấm ổn định và không
ổn định, môi tr−ờng đẳng h−ớng và bất đẳng h−ớng; 
• Plaxis 3D Tunnel V.2 - Phân tích biến dạng và ổn định
theo bài toán ba chiều trong thiết kế đ−ờng hầm theo PTHH;
bộ phần mềm plaxis
Tính năng chung của Plaxis
• PLAXIS là phần mềm giao diện đồ hoạ, 32- bit, có thể chạy 
trong MT Wins 95/98/NT/2000 và XP, dùng để phân tích ứng
suất - biến dạng trong môi tr−ờng đất đá theo ph−ơng pháp phần
tử hữu hạn;
• PLAXIS có thể phân tích đ−ợc các bài toán BD phẳng, đối xứng
trục, một số bài toán 3D, theo LT chuyển vị - biến dạng nhỏ về
nền móng, khối đắp, hố móng, tunnen, móng cọc, cố kết thấm
và một số bài toán động: móng máy trên nền đàn hồi, bài toán
đóng cọc, công trỡnh chịu tác động động đất;
• Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng dùng trong PLAXIS có thể
là tuyến tính hoặc phi tuyến, theo thời gian;
• ðánh giá quá trỡnh gia tải, biến đổi áp lực n−ớc lỗ rỗng d−
khi chất tải và quá trỡnh tiêu tan của nó theo thời gian; 
• Giải quyết các bài toán gia cố khối đất bằng tấm dệt địa
Kỹ thuật và gia cố neo, gia tải giếng cát v.v..
ðơn vị dùng trong Plaxis
[lb]
[lb/in]
[psi]
[psi]
[kN]
[kN/m]
[kPa]
[kPa]
Lực tập trung
Tải trọng tuyến
Tải trọng phân bố
ứng suất
Lực và ứng suất
[psi] 
[psi]
[độ]
[độ]
[lb/cu in.]
[in/sec]
[kN/m2] = [kPa]
[kPa]
[độ]
[độ]
[kN/m3]
[m/ngày]
Môđun Young
Lực dính đơn vị
Góc ma sát
Góc chảy
Trọng l−ợng đv
Hệ số thấm
Tính chất vật liệu
[in]
[in]
[m]
[m]
Toạ độ
Chuyển vị
ðơn vị hỡnh học
[in]
[lb]
[sec]
[m]
[kN]
[ngày]
Chiều dài
Lực
Thời gian
ðơn vị cơ bản
Hệ MỹHệ SIðại l−ợngLoại ủơn vị
[ft3/sec]
[ft/sec]
[m3/day]
[m/day]
L−u l−ợng giếng
Thấm biên
Thấm
1m/nđ = 100cm/60X60X24 = 1/86400 = 1,157x10-5 cm/sec
Khái quát mhH trong PLAXIS
• Thiết lập sơ đồ công trỡnh - Input Program
- Lập mô hỡnh hỡnh học (sơ đồ tính toán) 
- Tạo và chọn các đặc tr−ng vật liệu cho các tầng đất và kếtcấu
- Lập l−ới PTHH (tự động sinh l−ới PTHH sau khi lập MH HH)
- Xác định các điều kiện ban đầu
1. Ba ch−ơng trỡnh nhánh của PM Plaxis
⇒ Ch−ơng trỡnh dùng “giao tiếp đồ hoạ” [Màn hỡnh là trang giấy, chuột
là bút vẽ] - thuận tiện lập MH hỡnh học + tự sinh l−ới PTHH.
⇒ Kết quả thể hiện bằng biểu đồ, các đ−ờng đẳng trị, các vectơ,...
- cho nhận thức trực quan có định l−ợng, thuận tiện nhận biết kết
quả do đó có thể nhanh chóng lựa chọn ph−ơng án.
• Tính toán & phân tích + PT - Calculation Program
• Hiển thị các kết quả phân tich - Output, Curve [đồ thị, bảng biểu]
1.1. Input program - Thiết lập sơ đồ công trỡnh
Tuỳ theo mỗi phần mềm, Plaxis có các menu và thanh công
cụ t−ơng ứng nêu trong cửa sổ chính thuộc mỗi phần mềm
để lập mô hỡnh hỡnh học, lập l−ới PTHH, xác định các điều
kiện ban đầu
Plaxis V.8
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
ðiểm
• Xác định điểm đầu và cuối các đ−ờng
• ðịnh vị các neo
• Lập các lực điểm (tập trung)
• Cố định điểm
• Làm mịn cục bộ l−ới PTHH
Tính năng của điểm, đ−ờng, cụm và l−ới
Cụm (đơn nguyên) [Cluster] 
• Vùng khép kín đ−ợc lập bởi các đ−ờng
• ðặc tr−ng cho tính đồng chất của vật liệu
ð−ờng
• Xác định các đ−ờng biên vật lý của MH hỡnh học
• Xác định các gián đoạn trong MH hỡnh học nh−:
- T−ờng cừ, tải trọng phân bố
- Phân cách các lớp vật liệu khác nhau hay các “pha”
tính toán
Vậy một đ−ờng có nhiều chức năng hoặc tính chất
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
L−ới
• Các phần tử tam giác
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
• Chuyển vị đ−ợc tính tại vị trí nút
• ứng suất đ−ợc tính tại các điểm tích phân Gauss
- 6 nút, 3 điểm ƯS
6 nút 3 điểm Ư S
X
X X
- 15 nút, 12 điểm ƯS
15 nút 12 điểm Ư SX
X
XX
X X
X
XX
X
XX
Hinges (Bản lề) và Rotation Springs MH nối tiếp, 
xoay tự do (liên tục và không liên tục) tại giao điểm
các PT dầm
ð−ờng hỡnh học – biên vật lý của sơ đồ HH, sự không liên tục trong sơ đồ
HH: t−ờng cừ, tải trọng, phân cách giữa các tầng ủất,...
Các PT tấm 3 và 5 nút có
2 độ CV tự do: ux, uy và
1 độ xoay tự do trên mặt x,y.
ðiểm ƯS nằm cách trên và d−ới đ−ờng tâm tấm một đoạn 1/2deq 3
x
x
x x x
x x x xx
xx
ìnút điểm ứng suất
Plate (Tấm) - Kết cấu mỏng có độ cứng chịu uốn và pháp h−ớng t−ơng
đối lớn, (dùng Line) đ−ợc tạo bởi các PT dầm. Ví dụ: bản, t−ờng, vỏ (hầm).
Thông số MH: EI và EA
Bề dày:
EA
EI
deq 12=
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
Geogrids - PT 3 hay 5 nút, CV 2 độ tự do: ux uy;
- Vật liệu đàn hồi tuyến tính;
- Không có độ cứng chịu uốn (EI), chỉ có độ cứng
pháp h−ớng (EA - chỉ chịu kéo, không chịu nén)
- T−ơng tác ðất/Geogrid ⇒ dùng MH “Interfaces”
xx xxx
xxx
Tính chất vật liệu, đặc tr−ng bởi Cinter⇒ hệ số triết giảm: Cinter = Rinter. Csoil và
tanϕinter = Rinter ã tan nsoil với:
Interaction sand/steel Rinter ≈ 2/3
Interaction clay/steel Rinter ≈ 0,5
Interaction sand/concrete Rinter ≈ 1 - 0,8
Interaction clay/concrete Rinter ≈ 1 - 0,7
Interaction soil/geogrid Rinter ≈ 1,0 (interface may not be required)
Interaction soil/geotextile Rinter ≈ 0,9 - 0,5 (foil,textile)
Interface (Giao diện). Phần tử tiếp giáp có
độ dày ảo, MH hoá khả năng tr−ợt giữa đất -
kết cấu tấm, ngăn cản dòng thấm vuông
góc với PT trong phân tích thấm và cố kết
thấm. 
Nối tiếp giữa PT
Interf và PT đất
ì ììì ì
X điểm ứng suất
ì ìì
nút
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
*MHH phần tử mặt tr−ợt theo SIGMA/W
Chú thích:
• Giá trị thực tế của Knormal và Kshear không quan
trọng;
• Khi ứng dụng để phân tích, th−ờng lấy Knormal và
Kshear nh− sau:
a. Knormal có giá trị lớn để chỉ mặt tr−ợt không nén;
b. Kshear có giá trị nhỏ để biến dạng tr−ợt có thể
xảy ra trên mặt đó;
c. Khi xảy sự kéo trên mặt đó (−.s pháp âm), lấy
Knormal và Kshear bằng không.
Knormal=
Lực
biến dạng đợn vị theo bề dày
Kshear=
Lực
biến dạng đợn vị theo chiều dài
ý nghin hỡnh học, vật lý của phần tử mặt tr−ợt
1. Là phần tử tứ giác 4 nút, t−ơng đối mỏng, chỉ có tác dụng vật lý
2. Có sức chống nén (độ cứng pháp h−ớng: Knormal) và sức chống
tr−ợt (Kshear), đ−ợc định nghĩa nh− sau:
X
X’
y’
1
3
4 2
β
Trụ
c dà
i
y
Một ví dụ MHH sự làm việc của GEOGRID
Geogrid
Tác dụng của w⇒ nén và chuyển vị theo h−ớng τ
Gia cố Geofabric nhằm cân bằng trở lại có dự trữ
Tổng sức chống lý thuyếtx 
Chiều dài liên kết
Chiều dài hiệu quả
Lực gia cố tấm dệt ðKT=
Gia cố
Geofabric
Chiều dài liên kết
Chiều dài hiệu quả
w
w
τ
σ
β
Một ví dụ MHH sự làm việc của GEOGRID
Node-To-Node Anchors. ðể MH neo, cột và thanh chống. 
- Phần tử đàn dẻo
- Nối hai điểm hỡnh học
- ðặt ứng suất tr−ớc. 
ƯD: anchor, column, rod
Neo giữ
Fixed-End Anchors. ðể MH neo, thanh chống, cột chống
- Phần tử đàn hồi;
- Một đầu đặt vào vật hỡnh học, đầu kia đặt cố định
- ðặt theo góc tuỳ ý và có thể tạo ứng
suất tr−ớcà
Thanh chống
• "Tunen". Tạo mặt cắt tunen tiết diện tròn
hoặc không tròn: vỏ chống và giao diện.
Cửa sổ "Tunnel Designer" cho tạo"Input".
• Cho 3 loại PP: BTM (Bore Tunnel machine,
NATM Tunnel (New Austrian Tunneling Method) 
vàTunnel đào thủ công. à
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
Prescribed Displacement
(Chuyển vị quy định) ðặt vào MH 
để kiểm soát chuyển vị của một
điểm
(Standard) Fixities – MH chuyển vị bằng không. Phân biệt ux = 0, uy = 0 
và ux = uy = 0. Ví dụ: dùng để mô phỏng bài toán cửa lật. 
Rotation Fixities (định vị xoay) - MH gắn độ tự do xoay của một tấm
quanh trục z.
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
Theo mặc định,
các giá trị đ−a 
vào lấy bằng -1.
Tăng tải bằng
(∑MloadA hay 
∑MloadB)
Tải trọng phân bố A.
Input window for distributed loadInput window for point load
Tải trọng tập trung A. 
Drains (Tiêu thoát n−ớc). Mô phỏng các đ−ờng trong MH hỡnh học tại 
đó áp lực n−ớc lỗ rỗng d− lấy bằng 0. 
Lựa chọn này chỉ dùng khi phân tích cố kết thấm hoặc tính dòng thấm
của n−ớc d−ới đất. 
Well (Giếng). Mô phỏng các điểm quy định trong MH hỡnh học tại đó
l−u l−ợng bị rút đi từ nguồn hoặc bù vào khối đất. 
Thanh công cụ định dạng hỡnh học
Tạo lập và gán các tệp dữ liệu
• Vào các thông số MH của “data sets” trong “data base”
vật liệu
• Gán tệp dữ liệu cho các thành phần hỡnh học (clusters) 
bằng “drag và drop”
Tạo l−ới các PTHH 2D
• Hoàn toàn tự động tạo l−ới trong MH hỡnh học
• Lựa chọn làm mịn tổng thể và cục bộ l−ới
MH 3D –Tunnel
Tạo l−ới các PTHH 3D
MH 3D – Foundation
Thanh công cụ MHH vật liệu và định dạng hỡnh học
Lập các điều kiện ban đầu
Active Pore Pressure 
• Tạo lập áp suất lỗ rỗng ban đầu bằng đ−ờng mặt n−ớc hoặc
từ tính thấm: nhập TLðV của n−ớc và lập cao trỡnh đ−ờng
mặt n−ớc tr−ớc khi tạo lập áp suất n−ớc lỗ rỗng
Initial Stresses
Lập các điều kiện ban đầu
- Lập dạng hỡnh học ban đầu
- Tạo lập các ứng suất ban đầu (K0 procedure)
• Chuyển nút: tạo lập ƯS ban đầu và “geometry mode”
không có
drain, well
Mới
Công cụ định dạng hỡnh học của
PLAXIS 3D Tunnel
Mới
Công cụ định dạng hỡnh học của
PLAXIS 3D Foundation
Cửa sổ chính
Công cụ định dạng hỡnh học của
Plaxis - PlaxFlow
• Tính toán theo đàn hồi, cố
kết, triết giảm Phi/c và phân
tích động
• Cập nhật l−ới
• Nhập gia tải: “Multipliers”
hay lập “Staged Construction”
• Thay đổi điều kiện mực n−ớc
• Các pha tính có thể xác định
tr−ớc và thực hiện tức thời
1.2. Calculation Progr - Tính toán & phân tích
Chuyển sang thanh công cụ chung – Tính toán
Lấy và gán dữ liệu vào MH HH
Làm mịn l−ới
Tính toán – phân tích
• Xuất đồ thị và bảng của các giá trị chuyển vị, ứng suất và các
lực kết cấu
• Các “Output” trong các mặt cắt 
• Có thể mở đồng thời các cửa sổ “output” để so sánh – đối chiếu
các kết quả
1.3. Output – Curves - Xem kết quả
Ví dụ một số output Plaxis 8.2
Ví dụ một số output Plaxis 8.2
Ví dụ một số output Plaxis 8.2
The curves are generated on the basis of the selected option. 
In this example the displacement is set against the progress of excavation
2. Các loại bài toán trong PLAXIS 
• Quy −ớc dấu - Ư.S & lực nén, AL lỗ rỗng: âm. 
- Ư.S & lực kéo: D−ơng
• đơn vị dùng: Hệ SI (Hệ đơn vị quốc tế) và hệ Anh - Mỹ
• Gia tốc, trọng l−ợng và khối l−ợng: g = 9,8m/sec2; m = γ/g; 
• Hệ quy chiếu
BT phẳng: MH đ−ợc tạo trên mặt x,y; z - ph−ơng tiếp tuyến.
BT đối xứng trục: x - tọa độ bán kính, y - tọa độ trục, 
2.1. Bài toán biến dạng phẳng và đối xứng trục, 
tích hợp với PlaxFlow để xét ảnh h−ởng thấm
biến dạng phẳng đối xứng trục
Χ
y
z
σyy
σxx
σzz
σxy
σyxσyz
σzy
σzx
σzx
L−ới các phần tử
• Bộ PM Plaxis đ−ợc xây dựng theo ph−ơng pháp PTHH:
- Các phương trỡnh toán học liên tục => các ph−ơng trỡnh đại số, bao gồm
các đại l−ợng cần tỡm tại từng điểm riêng trong vùng xét ==> lưới các PT.
- Các PT PTHH đ−ợc giải sao giảm thiểu đ−ợc sai số để cho lời giải gần đúng
- L−ới các PT ==> tam giác: điểm, đ−ờng và l−ới
Sau khi lập xong MH hỡnh học
==> tự sinh l−ới Mặt cắt xy
⇒
tự sinh l−ới
L−ới 2D
MHH 2D - Plaxis - Có 2 lựa chọn số PT: PT 6 nút và PT15 nút
Footing
 width = B
Node
Gauss point
6 nút
3 điểm
Ư SX
X X
15 nút 12 điểm
Ư SXX
XX
X X
X
XX
X
XX
L−ới các phần tử
MHH 2D – PlaxFlow – Trong phân tích thấm, PlaxFlow vẫn dùng
“Plane strain” để “tích hợp” với MH 2D của Plaxis V8 [ t−ơng tự SEEP/W -
SIGMA/W ], song PlaxFlow luôn dùng PT 3 nút, 1 điểm ƯS.
PT 15 nút thành
16 PT 3 nút
15 nút 12 điểm Ư SX
X
XX
X X
X
XX
X
XX
3 điểm Ư S PT 6 nút thành
4 PT 3 nút
6 nút
X
X X
nút điểm ứng suất
Plaxis PlaxFlow
Ví dụ tích hợp các PT
16 PT 3 nút
4 PT 3 nút
PT 3 nút
PT 15 nút
PT 6 nút
L−ới các phần tử
MHH 3D –Tunnel
2.2. Bài toán 3D
Tạo chiều thứ 3 cho MH 
bằng "z-planes" và "slices“
Tự sinh l−ới
Mặt cắt xy
⇒
tự sinh l−ới
L−ới 2D
y
x
z
L−ới 3D
⇒
Dùng chung cho cả 3D Tunnel
và 3D Found.
Tấm 15 nút
x
x
x x
xx
Deformed mesh
L−ới biến dạng trong khi đào theo giai đoạn
Hầm tiết diện tròn
Movie: L−ới biến dạng ⇒ co búp mặt cắt trong quỏ trỡnh ủào
L−ới biến dạng trong khi đào theo giai đoạn 
ð−ờng hầm NATM
Phân bố các ứng suất hiệu quả
quanh đ−ờng hầm trên một mặt
phẳng vuông góc với trục hầm
Lưới biến dạng và quá trỡnh đào
ðường hầm NATM 
(New Austrian Tunneling Method)
MHH 3D – Foundation
Shadings of total displacements
Bore Hole
Window
Work Plan 
Window
PT nêm 15 nút, 
6 điểm ƯS
7
9 8
5
4
6
2ì
3ì
5ì
6ì
1ì
4ì η
ξ
ζ
3
2
1
10
11
12
13
14
15
σyy
σxx
σzz
σxy
σyxσyz
σzy
σzx
σzx
Work Plan
y
x
z
Cỏc MH và thông số mô hỡnh dùng trong Plaxis
X
(X)
X
X
X
X
X
X
Linear Elastic M
Mohr Coulomb M
Hardening soil M
Soft Soil Creep M
Soft Soil (Cam Clay)
XX
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
à*
(-)
k*
(-)
λ*
(-)
m
(-)(kPa)
Eoed
(kPa)
Ψ
(ủộ
)
c
(kPa)
ν
(-)
φ
(ủộ)
ðộ cứngðộ bềnThông số
Mô hỡnh
refE50
3. MHH tính chất vật liệu
ứng dụng các MH vật liệu
XXPhụ thuộc thời
gian (Creep)
XXXTN nén ba trục
XXTN Oedomet
XXTính lún
XXTunen
XHố đào
XXXKhối đắp 
Soft Soil
M
Soft Soil 
Creep M
Hardening
Soil M
Mohr
Coulomb M
Phạm vi áp dụng
Mô hỡnh vật liệu
Initial Preconsolidation Stress ⇒ Advance Model
Dùng cho MH đất mềm yếu (từ biến) và MH đất tăng bền
y
0
yσ ′
σ’p
1
'0
>
′
=
yy
p
OCR
σ
σ
Quá cố kết σ’p
0'
yσ
Quá cố kết
0'0 >−′= ypPOP σσ
0'0 <−′= ypPOP σσ
Pre-Overburden Pressure
0'ypPOP σσ −′= (2.2)
Over Consolidation Ratio
0'y
p
OCR
σ
σ ′
= (2.1) 
4. MHH đặc điểm và điều kiện làm việc của đất
4.1. áp suất lịch sử hiện tr−ờng - AS tiền cố kết
4.2. MH hóa tính chất “undrained” theo Plaxis
1.ðK thoát n−ớc - Phân tích theo Ư.S hiệu quả:
tính chất vật liệu: undrained
dùng thông số độ bền chống cắt ⇒ hiệu quả: c', ϕ', ψ'
thông số độ cứng ⇒ hiệu quả: , ν'50E′
2. ðK không thoát n−ớc - Tiếp cận theo hai cách sau:
2.1. Phân tích theo −.s tổng
Dùng thông số độ bền chống cắt không thoát n−ớc c = cu, ϕ = 0, ψ = 0
thông số độ cứng Eu, νu
2.2. Phân tích theo Ư.S hiệu quả (PLAXIS khuyến nghị dùng):
Tính chất vật liệu: undrained
Thông số độ bền chống cắt ⇒ hiệu quả: c', ϕ', ψ‚ có xét t−ơng tác 
n−ớc lỗ rỗng và cốt đất. Khi gia tải không thoát n−ớc, biến dạng thể
tích rất nhỏ
Thông số độ cứng: GGGu =′=uEvE )1(3
2
′+=′ ( = 0.3 to 0.35)ν′
4. MHH đặc điểm và điều kiện làm việc của đất