Ny jordmodell for skandinaviske leirer



Like dokumenter
Når GeoFuture målene om 3D dimensjonering/presentasjon i 2019?

Workshop for næringslivet 8. januar 2014 Delprosjekt B: 3D Regnemotor Setning og stabilitet

Formelsamling til TEK-1011 Anvendt mekanikk

Effekt av progressiv bruddutvikling ved utbygging i områder med kvikkleire Sensitivitetsanalyse. Hans Petter Jostad & Petter Fornes (NGI)

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator Pedersen et al. Teknisk formelsamling med tabeller.

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (Bok/utskrift fra bok)

EKSAMENSOPPGAVE. Administrasjonsbygget, rom Aud. Max.

Prøvetaking - fra valg av utstyr til vurdering av prøvekvalitet. Prøving i laboratoriet spesialforsøk 21 Mai

Halvårsplan/årsplan i norsk for 1. trinn 2015/2016

Mål. Er FE (endelig element metode) er like. Litt om stabilitetsberegning i kvikk- og. (grenselikevektsmetode)? effektiv som LE. sensitiv leire?

Uke Emne Kompetansemål Læringsmål Arbeidsmetode Læremidler Evaluering/ Vurdering Dette blir som en innholdsfortegnelse. Emne/Tema

EKSAMENSOPPGAVE. NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen

a) Blir produktet av to vilkårlige oddetall et partall eller et oddetall? Bevis det.

Eksamen, Matematikk forkurs, 24. mai 2017 LØSNINGSFORSLAG

GeoSuite brukermøte, NGI 13. oktober 2011 Geosuite Peler Pelegruppeberegninger for bruer.

Kontroll og dokumentasjon av prøvekvalitet. Ørjan Nerland, NGI mai 2014

Uke Bokstav + begrep 34 Spore og tegne

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

Norskfaget ved Sinnes skule - «Ein raud trå» - mål, metode og vurdering for læring

Del 1. ACC adaptiv cruisekontroll

Årsplan i norsk høst 1.trinn 2016 Uke/Tema Hovedområde Kunnskapsløftet Innhold

Del 1. Skisse av reguleringsteknisk system

Deres ref: RWK Vår ref: 14032/KR Dato:

Newtons metode for system av ligninger

RØYKEN kommune. Grafisk profilmanual. Revidert januar 2016

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

UNIAXIAL BEHAVIOUR. Tensile test Strekk-test AR

KS-peler i passiv sone for stabilisering av spuntgroper. Dr. Philos Kjell Karlsrud Ekpert rådgiver, NGI

Lab 1 Kamerageometri med Eigen

GRAFISK HÅNDBOK. Rødt 2015

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Øving 6, løsningsforslag

Grafisk profil UTG A R D. Visus og Hugr design, 2013

Løsning ved iterasjon

MA2501 Numeriske metoder

Kalmanfilter på svingende pendel

BRUKERMØTE GEOSUITE 2009 BRUKERERFARING MED GEOSUITE SPUNT (EXCAVATION) INGER J. M. SØREIDE BRUKERERFARING GEOSUITE SPUNT/EXCAVATION

Modellering og simulering av pasientforløp

Skalar-til-farge korrespondanse. Del 5 Visualisering av skalarfelt. Regnbue-skalaen

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

BOP / / Høyskolen Kristiania

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

Håndbok 014 Laboratorieundersøkelser

ÅRSPLAN Arbeidsmåter ( forelesing, individuelt elevarbeid, gruppearbeid, forsøk, ekskursjoner )

MA2501 Numeriske metoder

Forelesning 4 STK3100

Fig1. Den konvekse innhyllinga av 100 tilfeldige punkter i planet (de samme som nyttes i oppgaven.)

Uke Kompetansemål Innhold Arbeidsmåter Vurdering Ukas bokstav. Ukas begrep/tema/bok Ukas kanord

Beregning av konstruksjonskapasitet med ikkelineær FE analyse - Anbefalinger fra DNV-RP-C208

DATO SINTEF er enig i vurderingen av konsekvensklasser for den nye vegstrekningen for Fv.714.

MOSBY OPPVEKSTSENTER ÅRSPLAN I NORSK - 1.TRINN Uke Emne Kompetansemål Læringsmål Arbeidsmetode Læremidler Evaluering/

Til: Aktuelle studenter for Cyberneticas studentprogram Antall sider: 5 Dato:

11 Elastisk materiallov

Forelesning 8 STK3100/4100

MEK2500. Faststoffmekanikk 1. forelesning

Forelesning nr.8 INF 1410

Brukererfaring med Geosuite Peler nye brukere. Einar John Lande & Ellen K W Lied Avdeling for Landfundamentering, NGI

Numerisk lineær algebra

Eksamensoppgåve i LGU51007 Naturfag 1 (5-10) emne 1

A ELEMENT ARKITEKTER AS SNITT CC REV: DATO: REVISJONEN GJELDER: SIGN UTDANNINGSFORBUNDET V. FONDET AASE BYGGEADMINISTRASJON AS PBL

Utforsking av funksjonsuttrykk og de tilhørende grafene ved hjelp av GeoGebra

Optimaliserende regulering av komplekse prosesser

Matlab-tips til Oppgave 2

Løsningsforslag til øving 10

Utløsende årsaker og bruddmekanismer for kvikkleireskred Maj Gøril Bæverfjord

ITPE/DATS 2400: Datamaskinarkitektur og Nettverk

MAT feb feb feb MAT Våren 2010

Soil Data Interpretation. Demonstrasjon av ny modul i GeoSuite Toolbox for tolkning av skjærstyrke i leire a.k.a. Soil Profiles

Strøm av olje og vann i berggrunnen matematisk model, simulering og visualisering

Teknologidagene 2012 NIFS Naturfare-infrastruktur, flom og skred

NOVAPOINT ANVÄNDARTRÄFF 2009

Alkalireaksjoners effekt på betongbruers konstruktive tilstand

NORGES HØYESTERETT. Den 14. juli 2016 ble det av Høyesteretts ankeutvalg bestående av dommerne Matningsdal, Skoghøy og Bergsjø i

Effekt av anisotropi på udrenert skjærstyrke i naturlige skråninger

Tilstandsrommodeller. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

Presentasjonsdokument

UNIVERSITETET I OSLO

Seismisk dimensjonering av pelefundamenter

Spreiing av salt og påverknad av geokjemiske og geotekniske eigenskapar i lågsalte marint avsette leirer

7 Rayleigh-Ritz metode

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Testrapport Prosjekt nr Det Norske Veritas

MA2501 Numeriske metoder

MA2501 Numeriske metoder

The Political Game of European Fisheries Management

Innhold uke 7. Objektorientert programmering i Python: Introduksjon. Lite tilbakeblikk: Programflyt og skop. Lite tilbakeblikk: Funksjoner er uttrykk

Seismisk analyse og dimensjonering av støttekonstruksjoner og skråningsstabilitet

Vurdering av tunnellekkasje i en sprekkakvifer Fra feltdata til numerisk modellering

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

MA2501, Vårsemestre 2019, Numeriske metoder for lineære systemer

Del 1. Linearisering av dynamisk modell

V1 = input( Gjett p V1: ) %%Riktig verdi er omtrent V1= ; %%f.eks gir 4*E-4 i feil for T=123K. %%Bestemmer tilsvarende P1: P1 =

Tredimensjonale effekter på rørpressingsgrop ved pressing

OBLIGATORISK INNLEVERINGSOPPGAVE

Geologisk lagring av CO 2 : Matematisk modellering og analyse av risiko

Plan: Parameter-overføring Alias Typer (Ghezzi&Jazayeri kap.3 frem til 3.3.1) IN 211 Programmeringsspråk

Pelefundamentering - dimensjoneringsmetoder og utførelse belyst med praktiske eksempler

Presentasjon Sammendrag Dagens situasjon Mål og rammebetingelser Moduler Løsning og alternativer...

MEK2500. Faststoffmekanikk 6. forelesning

Transkript:

Ny jordmodell for skandinaviske leirer Bakgrunn og fremgangsmåte. J.A. Rønningen

Bakgrunn 1) Hovedmålet er å lage en robust og brukervennlig 3D jordmodell for skandinavisk leire, basert på effektivspenninger og utformet for praktisk bruk. 2) Formuleringen skal baseres på eksisterende forskningsmodeller, men der udrenert skjærstyrke gis som input og de andre parameterene er godt kjent innenfor geoteknikken. 3) For å få til dette utvikler vi verktøy i programmeringsspråket FORTRAN sammen med programmet MATLAB: a. Et rammeverk for implementering av konstitutive modeller i datakode. b. En optimaliseringsprosedyre for å kunne treffe udrenert skjærstyrke og sammenligne simulering og labtestdata for å finne de materialparameterne som passer best. 2

Prinsipper Jordmodellen skal anvendes på 3D F.E. modeller, dvs. et diskretisert kontinuum med mange Gauss-punkter, og den skal gi sammenheng mellom spenninger og tøyninger for ulike initialtilstander og forløp. Critical state: Opprinnelig struktur er visket bort. Initialtilstand: En initiell materialstruktur vil i stor grad bestemme det tidlige forløpet av spennings-tøyningskurven, og bli gradvis ødelagt og forandret mot critical state. 3

Prinsipper Illustrerende eksempler på anisotropi, destrukturering og avhengighet av tøyningshastighet. Udrenert treaksial test CRS ødometer test avhengig av tøyningshastighet Udrenert traksial test avhengig av tøyningshastighet 4

Prinsipper Naturlig skandinavisk leire har en struktur og oppførsel som gir ikke-lineær spennings-tøynings kurver med anisotropi, destrukturering (og restrukturering over tid) og kryp/tøyningshastighetsavhengighet. Anisotropi: Hvis en jordprøve oppfører seg likt for laster påført i ulike retninger, og dette ikke endrer seg med lasten, kan man si at prøven er isotrop. Selv en rekonstituert jord vil bli anisotrop når påført en anisotrop last et eksempel på spenningsindusert anisotropi. Destrukturering: Naturlig leire har bånd (struktur, oppstått over tid) mellom partikler som vil bli ødelagt med tøyning. Strukturen vil bli gradvis ødelagt mot crititical state. Kryp: Tøyningsutvikling over tid ved konstant spenningstilstand. Det er flere rammeverk man kan benytte. Mye brukt er plastisitetsteori, der man benytter seg av en flyte- og potensialflate, og relaterer jordens oppførsel til hvordan flatene endrer posisjon, størrelse og form. Eks: Modified Cam-Clay. 5

Prinsipper Flere av de avanserte modellene for myk leire vil forenkle seg til Modified Cam Clay (MCC) modellen hvis noen av formuleringene utelates. Derfor kan det være nyttig å betrakte MCC modellen først og deretter gradvis utvide for å forstå hvordan en jordmodell kan bygges opp. For å oppnå en naturlig jordoppførsel (+) kreves det flere «frihetsgrader» som igjen gir flere materialparametere som må bestemmes ( ). Generelt beskriver man ligninger for hvordan en egenskap (f.eks anisotropi) utvikler seg mot critical state. ddαα = "hvvvvvvvvvvvv aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa uuuuuuuuuuuuuuuu ssssss mmmmmm pppppppppppppppp ttttttttttttt" ddλλ 6

Verktøy a. numerisk rammeverk I F.E. programmer kan man typisk definere subrutiner som gir materialets oppførsel. Formålet med subrutinene er å gi ut spenning σσ for et gitt tøynings- og tidsinkrement ddεε og dddd. I 3D består spenning og tøyning av 6 komponenter. σσ 11 σσ 22 σσ 33 σσ 12 σσ 23 σσ 13 = xx 11 xx 12 xx 13 xx 21 xx 22 xx 23 xx 31 xx 41 xx 32 xx 42 xx 33 xx 43 xx 51 xx 52 xx 53 xx 61 xx 62 xx 63 xx 14 xx 15 xx 16 xx 24 xx 25 xx 26 xx 34 xx 44 xx 35 xx 45 xx 36 xx 46 xx 54 xx 55 xx 56 xx 64 xx 65 xx 66 εε 11 εε 22 εε 33 εε 12 εε 23 εε 13 For å finne σσ må et sett med ikke-lineære ligninger løses. Det kan være fra 8-22 ligninger med samme antall ukjente. Det er flere måter å gjøre dette på, men Newton-Raphsons metode har blitt brukt her. Bruker et numerisk «rammeverk» som gjør implementering av konstitutive modeller noe enklere, spesielt hvis man vil gjøre endringer i formuleringen underveis i utviklingen. Jordmodellens konstitutive ligninger skrives inn i MATLAB og deretter genereres mye av FORTRAN koden automatisk ved symbolsk derivasjon. 7

Verktøy a. numerisk rammeverk Eksempel, avansert modell. rr = vv nn+1 == a. Residual r rr 1 rr 2 rr 3 rr 4 rr 5 σσ 11 σσ 22 σσ 33 σσ 12 σσ 23 σσ 13 pp mmmm αα dd11 αα dd22 αα dd33 αα dd12 αα dd23 αα dd13 xx λλ = nn+1 rr 1 = σσ nn+1 σσ nn DD ee εε nn+1 λλ nn+1 λλ nn σσ nn+1 rr 2 = pp mmmm,nn+1 pp mmmm,nn ddpp mmmm ddλλ nn+1 λλ nn+1 λλ nn = 0 rr 3 = αα dd,nn+1 αα dd,nn ddαα,dd ddλλ nn+1 λλ nn+1 λλ nn = 0 rr 4 = xx nn+1 xx nn ddxx ddλλ nn+1 λλ nn+1 λλ nn = 0 rr 5 = ff = 0 b. Jacobi matrise J = 00 JJ(nnnnnn) = rr 1 vv 1 rr 1 vv 2 rr 1 vv 3 rr 2 vv 1 rr 2 vv 2 rr 2 vv 3 rr 3 vv 1 rr 3 vv 2 rr 3 vv 3 rr 4 rr 4 rr 4 vv 1 vv 2 vv 3 rr nn rr nn rr nn vv 1 vv 2 vv 3 «Oppdatering av spenning» «Prekonsolidering» «Anisotropi» «Destrukturering» «Flytekondisjon» rr 1 rr 1 vv 4 vv nn rr 2 rr 2 vv 4 vv nn rr 3 rr 3 vv 4 vv nn rr 4 rr 4 vv 4 vv nn rr nn rr nn vv 4 vv nn 8

Verktøy b. optimalisering av input til jordmodellen For en effektivspenningsmodell vil udrenert skjærstyrke være avhengig av flere faktorer, og det er sannsynligvis ikke mulig for de mer avanserte modellene å kunne gi et eksplisitt uttrykk. Et alternativ er å finne et sett med materialparametere som gir den ønskede skjærstyrken eller nær. Dette gjøres ved optimalisering, dvs. å finne et minimumspunkt av en funksjon ff (f.eks. «least squares method»). ff = min NN cc R nn ii=1 (qq ii,llllll qq ii,ssssss ) 2 cc = κκ λλ GG MM KK 0 xx 0 OOCCCC aa pp aa qq ωω ωω dd cc = ss uu,aa ppp 0 ss uu,pp ppp 0... ff = min max qq cc R n,llllll max(qq,ssssss ) 2 Initielt må altså jordmodellen kalle seg selv og simulere f.eks. treaksial aktiv test internt. 9

Fortran kode Tankegang: Separasjon av datakode som er avhengig av gitt jordmodell (konstitutive formuleringer), og det som er uavhengig (Newton-Raphson iterasjon, optimalisering, interface mot F.E. programmet). Hovedfordelen er å kunne validere jordmodellen opp mot labdata relativt enkelt, og hvis nødvendig endre formulering underveis. 1. Validere, dvs. sammenligne simuleringer mot labdata ved bruk av optimaliseringsprosedyrene. 2. Hvis nødvendig, endre konstitutive ligninger i MATLAB. 3. Generere ny FORTRAN kode. 4. Validere på nytt. 10

Litteratur Grimstad G. 2009. Development of effective stress based anisotropic models for soft clays, PhD diss., Norwegian University of Science and Technology, NTNU, Trondheim. Grimstad G. and Degago S. 2010. A non-associated creep model for structured anisotropic clay (n-sac), European Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering 7, Trondheim 2010. Proceedings, pp. 3.14. Grimstad G., Degago S., Nordal S., and Karstunen M. 2010. Modeling creep and rate effects in structured anisotropic soft clays, Acta Geotechnica, April 2010, Volume 5, Issue 1, pp 69-81. Olsson, M. 2013. On Rate-Dependency of Gothenburg Clay, PhD diss., Chalmers University of Technology, Göteborg. Olsson, M. 2010. Calculating long-term settlement in soft clays, Licentiate thesis, Chalmers University of Technology, Göteborg. 11