Mô Hình Mohr-Coulomb
Hướng dẫn toàn diện và trực quan hóa mô hình vật liệu cơ bản nhất trong Địa kỹ thuật và mô phỏng Phần tử hữu hạn (PLAXIS).
Bản Chất Của Mô Hình Mohr-Coulomb
Phần này giúp bạn nắm bắt cơ chế cốt lõi của Mohr-Coulomb thông qua việc kết hợp tính đàn hồi và giới hạn phá hoại. Tương tác với biểu đồ bên dưới để hiểu rõ cách thông số c’ và φ’ quyết định sức kháng cắt của đất.
Mô hình Đàn hồi – Dẻo lý tưởng
Mô hình MC (Linear Elastic – Perfectly Plastic) kết hợp hai định luật vật lý cơ bản:
-
●
Định luật Hooke (Đàn hồi): Mô tả trạng thái chưa phá hoại. Quan hệ Ứng suất – Biến dạng là tuyến tính.
-
●
Tiêu chuẩn Coulomb (Dẻo lý tưởng): Đạt giới hạn, vật liệu biến dạng dẻo liên tục mà không cần tăng lực (không Hardening/Softening).
Phương Trình Kinh Điển
τf = c' + σ' tan(φ')
Trạng thái ứng suất nằm dưới đường này là an toàn (Đàn hồi). Chạm đường này là phá hoại (Dẻo).
Tương Tác Mặt Cắt Đứt Gãy (Coulomb Failure Envelope)
Dịch chuyển đường giới hạn lên/xuống.
Thay đổi độ dốc của đường giới hạn.
⬍ Biểu Diễn Trong Không Gian 3D
Trong không gian ứng suất chính 3 chiều (σ1, σ2, σ3), mặt phá hoại của mô hình Mohr-Coulomb có dạng một hình chóp lục giác đều (Hexagonal pyramid) nằm dọc theo trục thủy tĩnh.
5 Thông Số Đầu Vào Cơ Bản
Để khai báo mô hình trong PLAXIS, bạn cần 5 thông số này. Khám phá chi tiết các lưu ý kỹ thuật bên dưới để tránh lỗi trong mô phỏng. Chúng được chia làm 2 nhóm tính toán chính.
Mô đun đàn hồi (Young’s modulus)
Đại diện cho độ cứng của đất. Trong mô hình MC, E là một hằng số không đổi.
Hệ số Poisson (Poisson’s ratio)
Đặc trưng cho độ nở ngang của đất khi bị nén dọc.
Lực dính (Cohesion)
Là lực liên kết giữa các hạt đất.
Góc ma sát trong (Friction angle)
Đại diện cho ma sát trượt và lăn giữa các hạt.
• Cát: Thường 30° – 45°
Góc giãn nở (Dilatancy angle)
Đặc trưng cho sự thay đổi thể tích khi bị cắt.
– Cát chặt: Có xu hướng nở ra (ψ ≈ φ – 30°).
– Cát xốp / Đất sét: Không giãn nở (ψ = 0°).
Đánh Giá Tính Khả Thi & Ứng Dụng
Không có mô hình nào là hoàn hảo. Việc hiểu rõ ranh giới giới hạn (Nhược điểm) sẽ giúp kỹ sư ra quyết định đúng đắn khi nào nên sử dụng Mohr-Coulomb.
✓ Ưu Điểm (Tại sao phổ biến?)
-
✔
Đơn giản, dễ hiểu: Các thông số vật lý mang ý nghĩa thực tế rõ ràng.
-
✔
Dễ lấy số liệu: Dễ dàng lấy từ các thí nghiệm cắt phẳng, nén 3 trục thông thường.
-
✔
Tính toán cực nhanh: Ít tốn tài nguyên, hội tụ toán học (Convergence) ổn định.
-
✔
Tuyệt vời cho bước đầu: Dùng thử nghiệm (First-guess) trước mô hình phức tạp.
⚠ Nhược Điểm (Cần Cẩn Trọng)
-
✘
Bỏ qua tính phi tuyến: Đất thực tế không đàn hồi tuyến tính. MC dự báo độ lún lớn hơn thực tế ở xa hố đào và gây đáy lún hình nón (thay vì bát úp).
-
✘
Gộp chung gia tải/dỡ tải: Eur (dỡ tải) thực tế gấp 3 lần E50, nhưng MC dùng 1 E. Gây sai lệch lớn khi tính độ phồng đáy hố đào.
-
✘
Bỏ qua lịch sử ứng suất: Không mô phỏng được ứng suất tiền cố kết (OCR).
Ứng Dụng Thực Tế (Khi nào nên sử dụng?)
Ổn định tổng thể
Hệ số FoS (Phi/c Reduction) cho mái dốc, đê, tường chắn. (Thế mạnh tuyệt đối)
Thiếu số liệu
Khi báo cáo khảo sát chỉ có chỉ tiêu cơ lý cơ bản, không có Oedometer/Nén 3 trục sâu.
Mô hình tham chiếu
Chạy kiểm tra lưới phần tử và điều kiện biên trước khi dùng Hardening Soil (HS).
Vật liệu nhân tạo
Phù hợp mô phỏng Bê tông, khối đá đổ, vật liệu đắp cứng.
Lời Khuyên Từ Chuyên Gia:
Mohr-Coulomb là “người bạn đồng hành” đầu tiên. Tuy nhiên, nếu dự án yêu cầu tính toán độ lún khắt khe (hố đào sâu đô thị, lân cận công trình cũ), hãy nâng cấp lên mô hình Hardening Soil (HS).