Kursplan för Jordmodellering och numeriska analyser

Kursplan fastställd 2020-02-19 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnSoil modelling and numerical analyses
  • KurskodACE150
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPIEE
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeSamhällsbyggnadsteknik
  • InstitutionARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNADSTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 27118
  • Max antal deltagare50
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0119 Projekt 7,5 hp
Betygsskala: TH		 7,5 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Rekommenderade Chalmers kurser: BOM355 Geoteknik, BOM370/BOM325 Hydrogeologi och geoteknik, idealiskt även ACE045 Geologisk och geoteknisk karakterisering och ACE060 Djup grundläggning eller liknande kunskaper.

Syfte

Kursens syfte är att utrusta framtida samhällsbyggare och konstruktörer med aktuell kunskap om numeriska tekniker och metoder för avancerade numeriska analyser som en del av geoteknisk design. Fokus ligger på begrepp relaterade till avancerad modellering av jordbeteende och hur de inkluderas i konstitutiva modeller för geotekniska Finit Element Analyser. Kursen är starkt rekommenderad för de studenter som planerar att göra sina ex-jobb inom bergteknik eller geoteknik.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

- använda 2D geotekniska finit element (FE) analyser på geotekniska problem
- förstå rollen av den konstitutiva modellen och numeriska analyser inom geoteknisk design, och hur vissa specialfunktioner (såsom stressinitiering, initial tillstånd, kopplade flöde-deformationsanalyser, icke-linjära jordmodeller och strukturella element) behövs för att utföra geotekniska elementanalyser;
- skilja mellan olika konstitutiva (jord) modeller med hänsyn till både enkla och avancerade jordmodeller, och därigenom kunna välja lämplig modell för en given geoteknisk analys;
- utvärdera lämpliga värden för inmatning av modellparametrarna för de konstitutiva modellerna som beaktas, samt att uppskatta känsligheten till de valda parametervärdena för simuleringsresultaten,
- förenkla geotekniska och jord-struktur-interaktionsproblem för att skapa numeriska modeller med ökande komplexitet
- utföra kopplade 2D-analyser av typiska geotekniska problem (bankar, slänter, fundament, schakter) med geotekniska finitelementanalyser, med tanke på både Ultimate Limit State (ULS) och Service Limit State (SLS).
- presentera, studera och kritiskt bedöma resultaten av geotekniska numeriska analyser;

Innehåll

Introduktion
○ Introduktion till numeriska analyser inom geoteknik
○ Geotekniska kontra strukturella FE-analyser
○ Förskjutningsbaserad FE-formulering (inkl. En del diskussion av elementtyper och formfunktioner, som är typiska för geoteknisk FEA)
○ Konstitutiv modellens roll i geoteknisk FEA
● Enkla konstitutiva modeller
○ Elastiska modeller (linjär elasticitet, icke-linjär elasticitet och elastisk anisotropi)
○ Principer av elastoplastiska modeller
○ Mohr Coulomb-modellen och dess begränsningar
○ Andra elastiska perfekt plastmodeller (von Mises, Tresca, Drucker-Prager)
● Speciella egenskaper hos geotekniska FE-analyser
○ Skapande av in situ-spänningar och portryck
○ Dränerade och odräneradeskadade analyser (totalspänningsmodeller mot effektivspänningsmodeller)
○ Kontroll av icke-linjära analyser
○ Kombinerade konsolideringsanalyser
○ Faktorn för säkerhet med geotekniskt FEA
○ Modellering av strukturella element i geotekniska FEA (väggar, fundament, ankare, geotextiler, dränering, pålar, interface element etc.)
● Avancerade konstitutiva modeller
○ Kritiska tillståndsmodeller (MCC, Soft Soil) och Hardening Soil Model (HS)
○ Konstitutiva modeller för strukturerad jord (NGI-ADP, S-CLAY1S)
○ Tidsberoende konstitutiva (kryp) modeller (Soft Soil Creep, Creep-SCLAY1S)
○ Modeller för små töjningar (HSsmall)
○ Urval av jordmodell beroende på problem och material som berörs
○ Parameterkänslighet och optimering

Organisation

Teknikerna och metoderna lärs först genom föreläsningar, som innehåller material och erfarenheter som inte är tillgängliga i några läroböcker, stöd av självstudier. Teorierna tillämpas i numerisk modellering via bemannade kursspecifika datorövningar med Plaxis 2D FE-kod, som har utformats för att utveckla kompetensen steg för steg. Det sista steget från teori till verkliga problem görs som en del av kursövningar:
- I början av kursen uppmanas varje student att identifiera, studera, förstå och replikera / diskutera resultat av en geoteknisk numerisk studie publicerad i en peer reviewed vetenskaplig artikel (individuellt uppdrag). Resultaten presenteras i en form av en sammanfattande rapport.
- Som en grupp på 2-3 personer uppmanas studenterna att utföra numeriska studier av ett verkligt geotekniskt problem (utgående från verklig markdata) som 'boundary value' problem. Analyserna använder geotekniska finitelementkod Plaxis 2D genom att tillämpa de bästa metoderna under kursen. Resultaten presenteras både muntligt och i form av rapporter.

Litteratur

Kopiorna av föreläsningsanteckningarna, som finns tillgängliga på kursens hemsida, utgör ett viktigt kompendium som studenterna förväntas lägga till via egenstudie. För ytterligare bakgrundsavläsning, referens och självstudie rekommenderas följande böcker:
- Muir Wood, D. Geotechnical Modelling. Spon Press, 2004 (available in e-book)
- Potts, D. & Zdravkovic L. Finite element analysis in geotechnical engineering- Theory. Thomas Telford,1999.
- Potts, D. & Zdravkovic L. Finite element analysis in geotechnical engineering- Application. Thomas Telford,1999.
- Potts, D., Axelsson K., Grande, L. Schweiger, H. & Long, M. Guidelines for the use of advanced numerical analysis. Thomas Telford, 2002.
- Azizi, F. Applied analysis in geotechnics. E & F. Spon, 2000.
- Muir Wood, D. Soil behaviour and critical state soil mechanics. Cambridge University Press,1990.

Examination inklusive obligatoriska moment

För att kunna klara kursen behöver studenterna slutföra datorövningar och  projektuppgifter, bestående av individuella och gruppuppgifter. Slutbetyget baseras på betygen från projektuppgifterna (där 60% av betyget är baserat på gruppprojekt och 40% baserat på individuell uppgift / muntlig presentation).