1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Phương pháp CCM hướng nhằm giải tốn tính tốn tương tác hệ kết cấu vỏ hầm – đất đá với đàn dẻo (có tính đến giai đoạn ngồi đàn hồi đất đá-trong vùng cân giới hạn) Hiện CCM chưa xét đến ảnh hưởng tính chất phi tuyến đất đá giai đoạn dẻo (cân giới hạn) yếu tố kỹ thuật cơng nghệ đến làm việc tương tác hệ kết cấu –đất đá ảnh hưởng cơng nghệ, chất lượng đào hầm (khoan nổ mìn), tồn lớp vữa nhồi, ảnh hưởng thời gian Do vậy, luận án sâu nghiên cứu vào ảnh hưởng tính chất phi tuyến đất đá yếu tố địa học cơng nghệ để đánh giá rõ việc áp dụng CCM thiết kế hầm Mục đích, nội dung, phƣơng pháp, phạm vi nghiên cứu luận án Mục đích luận án: Nghiên cứu phân tích mơ hình thiết kế hầm có Tiến hành nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp CCM, phát triển bổ sung nghiên cứu vùng phá hủy theo ngun tắc CCM thực khảo sát số, rút kết luận cụ thể việc áp dụng phương pháp CCM cơng tác thiết kế hầm Khảo sát vùng cân giới hạn với biến dạng dẻo phi tuyến xuất vùng dẻo Phân tích, đánh giá ảnh hưởng độ cứng đất đá, chiều sâu đặt hầm hình dạng hầm Phân tích thơng số ảnh hưởng đến khả mang tải vỏ hầm ảnh hưởng cơng nghệ, yếu tố địa học thời gian áp dụng phương pháp CCM Phương pháp nghiên cứu luận án: Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thiết kế hầm theo CCM, xây dựng lời giải thuật tốn tính tốn kết cấu chống đỡ (đường cong phản lực nền, đường cong đặc tính kết cấu chống) Thực khảo sát số ảnh hưởng số yếu tố đến chế độ tương tác vỏ hầm – đất đá theo phương pháp CCM Các tốn khảo sát thực ngơn ngữ lập trình Matlab phần mềm Phase2 Thực khảo sát với điều kiện địa chất cụ thể cơng trình thực tuyến đường hầm dẫn nước thuỷ điện Sử Pán – Lào Cai Nội dung luận án Chƣơng 1: Tổng quan phương pháp tính tốn thiết kế hầm Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp CCM Chƣơng 3: Đường cong đặc tính kết cấu chống lời giải cho vỏ cơng trình ngầm Chƣơng 4: Phân tích, đánh giá ảnh hưởng thơng số xây dựng hầm Chƣơng 5:Áp dụng phương pháp CCM với đường hầm dẫn nước thủy điện Sử Pán – Lào Cai Kết luận kiến nghị Cấu trúc luận án Cấu trúc luận án bao gồm phần mở đầu, năm chương phần kết luận, cuối tài liệu tham khảo phụ lục Nội dung luận án gồm 146 trang, 35 bảng biểu, 82 hình vẽ đồ thị, 61 tài liệu tham khảo, 04 báo khoa học liên qua đến nghiên cứu luận án CHƢƠNG 1: TỞNG QUAN VÊ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ HẦM Tổng quan tính tốn thiết kế hầm Trong chương này đã tiế n hành tở ng quan các nghiên cứu về c phương pháp tính tốn thiế t kế hầm Phân tić h đă ̣c điể m của mơ hình thiết kế tổng quan việc áp dụng phương pháp CCM tính tốn thiết kế hầm Nội dụng phương pháp CCM tóm tắt sơ đồ đây: x/ri 0 -2 Đàn hồi -1 Đàn hồi Gương hầm Áp lực gia cố p i Dẻo, ổn đònh E ri A Nền ổn đònh, chuyển vò dẻo GRC Dẻo, ổn đònh Nền ổn đònh, chuyển vò dẻo Vùng lở rời Chuyển vò hướng tâm hầm, ui uM i a, Đường cong phản lực thời điểm lắp đặt kết cấu chống b, Sự giải phóng ứng suất gương đào Q trình làm việc hệ kết cấu vỏ hầm đất đá thể hình (a) theo ngun tắc sau: + Khi lắp đặt kết cấu chống sớm - đường (1): chuyển vị đàn hồi, kết cấu chống chịu tải trọng lớn, hầm ổn định + Khi lắp đặt kết cấu chống thời điểm - đường (2): chuyển vị dẻo, hầm ổn định, kết cấu làm việc đàn hồi + Khi lắp đặt kết cấu chống muộn- đường (3): chuyển vị vượt q giới hạn dẻo, hầm ổn định Các vấn đề đặt với phƣơng pháp khống chế hội tụ CCM: Việc tính tốn kết cấu làm việc với vỏ hầm, xét tới tác động tương hỗgiữa kết cấu đất đá xung quanh nhằm giữ ổn định chung cho hệ đất đá – vỏ hầmsau giới hạn đàn hồilà việc làm cần thiết Hiện lời giải giải tích phương pháp CCM mớidựa giả thiết hầm tròn, ứng suất ban đầu thủy tĩnh Do vậy, luận án tập trung đánh giá phân tích ảnh hưởng hệ số áp lực hơng hình dạng vàchiều sâu đặt hầm; ảnh hưởng cơng nghệ, chất lượng đào hầm (sự xáo trộn đất đá khoan nổ mìn), thời gian lắp dựng vỏ ảnh hưởng yếu tố địa họcđến tốn tương tác hệ kết cấu –đất đá 4 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP CCM Các giả thiết tiêu chuẩn phá hủy mơ hình phá hủy Tiêu chuẩn phá huỷ Mohr – Coulomb Tiêu chuẩn đánh giá độ bền khối đá dựa hai tham số góc ma sát đất  cường độ cường độ lực dính C dựa sở sau: + Đá bị phá huỷ độ bền trượt trên mặt phẳng đạt đến giới hạn bền vật liệu + Cường độ chống cắt thuộc mặt phẳng hàm ứng suất nénσn mặt phẳng Cường độ chống cắt độc lập với ứng suất trung gian   c   ntg Tiêu chuẩn Hoek – Brown Theo tiêu chuẩn Hoek–Brown, điều kiện phá huỷ mẫu đá ngun khối theo quy luật parabol đây:       ci  mb   3  s  ci  a Các đặc trưng phá huỷ loại đá có chất lượng khác sau: Từ đặc trưng phá hủy loại đá thấy rằng, mơ hình hóa (mơ phỏng) tồn bước nêu hình 1.5 (chương1) tốn phức tạp, u cầu phải có nhiều thời gian Có thể thực mơ hình hóa theo bước sau: Bước 1: xác định trạng thái ứng suất ban đầu tính theo phương pháp trình bày chương I Bước thứ 2- hầm chưa gia cố: tốn phân tích ổn định hầm khơng chống; Bước thứ 3: Phân tích tốn lắp dựng kết cấu chống theo tải trọng pi Bước thứ 4: lựa chọn thời điểm chống đỡ hợp lý theo tiêu chí thiết kế chọn thơng qua phản lực chống pi (đường cong phản lực kết cấu thời điểm lắp dựng); M ui M Chuyển vò tường, u r LDP Gương hầm ui 1 I ui J F L Sau gương G uM i Trước gương Khoảng cách từ mặt cắt x hồi pcr i pmax i psL Gương hầm Đàn Tường áp lực gia cố pi ps 0 O E R SCC L N psD D H K u0i uD i Dẻo uM i Hội tụ tường kết cấu chống, u i Bài tốn phương pháp khống chế hội tụ Ổn định hầm khơng chống Ứng suất xuất mặt tiếp xúc biên đất đá kết cấu vỏ hầm tác dụng tương hỗ xác định từ phương trình chuyển vị biên đá biên hầm sau: u ( p )  u0  u( p ) u∞(p): chuyển dịch biên đá thời điểm thiết lập trạng thái cân tĩnh hệ “kết cấu vỏ hầm - khối đá” 6 u0: chuyển dịch ban đầu biên hầm từ thời điểm bóc tách đất đá lắp dựng kết cấu vỏ hầm kết cấu bắt đầu tham gia chịu lực u(p): chuyển dịch biên ngồi kết cấu vỏ hầm tới thời điểm thiết lập trạng thái cân tĩnh hệ “kết cấu vỏ hầm -khối đá” Xây dựng đường cong phản lực Q trình đào hầm làm thay đổi trường ứng suất chuyển dịch xung quanh chu vi khoang hầm q trình mơ việc giảm từ từ áp lực bên hầm (pi) Khi pi bị giảm tùy thuộc vào tiêu chuẩn phá hủy, vùng dẻo hình thành với giá trị chuyển vị hướng tâm ui tương ứng Vật liệu thoả mãn tiêu chuẩn Mohr – Coulomb Điều kiện phá huỷ:  H  pi  C Bán kính vùng dẻo:   H  pi  re  ri exp    2  2C Các ứng suất vùng dẻo: r  ri   r  pi  2C ln     r   ri      pi  2C 1  ln     Biến dạng:  C 1     1    exp   H  pi    H  pi  u  C 1    1  C    exp  2E  E  C 1   C 1   Vật liệu thoả mãn tiêu chuẩn Hoek –Brown Phương trình xác định ứng suất hướng tâm vùng phá huỷ: r m  r  r  r c ln    ln    mr  c pi  sr  c   pi  ri   ri  Vùng phá huỷ tồn áp lực gia cố bên (pi) kết cấu chống đỡ, nhỏ giá trị tiêu chuẩn: pi  picr  p0  M  c Khi đó, chuyển vị hướng tâm đường hầm là:     eav    ui  ri      1 A     Với  u  r   e  e   re   ri  eav   r     e   1 1   r  i    R  Giá trị R xác định tuỳ thuộc vào chiều dày vùng phá huỷ Đánh giá sức mang tải ngồi giới hạn đàn hồi Theo giá trị vượt q giới hạn cường độ mẫu đá tác dụng tải trọng vật liệu có đặc trưng sau : i, dẻo hay dẻo lý tưởng ii, hố mềm iii, dòn Cơng thức tính tốn đường cong phản lực cho đường hầm tròn thỏa mãn tiêu chuẩn phá hủy Mohr –Coulomb sau: K 1    K  K   Pi   KR 1 ur 2G  K 1   K 1 K  K 1   C  D    2    R pl S0  K  1   K 1 K 1  K 1 KR  K  Picr     2 K 1  KR 1    K 1 P   K 1  K  K   K 1  S     C KR 1  D KR  K R i       K 1  Pi  2C     S K  K  K 1  0 R  Kết tính tốn với hệ số cường độ :   Quan hệ đường cong đặc tính phản lực với góc ma sát =150; =300 =450.150; =300; =450 Kết luận Chƣơng Chương giới thiệu tổng qt CCM, tốn bản, mơ hình phá hủy tiêu chuẩn phá hủyMohr Coulomb, Hoek –Brown sử dụng phân tích tính tốn hầm Thực đánh giá mơ hình học khối đá ảnh hưởng chúng tính tốn cơng trình ngầm theo CCM ảnh hưởng hệ số độ bền tính tốn thiết kế hầm Kết tính tốn khảo sát số ảnh hưởng hệ số cường độ  cho thấy chuyển sang giai đoạn dẻo, đất đá khả mang tải cần phải tận dụng yếu tố Qua phân tích cho thấy thời điểm lắp dựng kết cấu chống có ảnh hưởng lớn khả mang tải ổn định hệ kết cấu Điều làm rõ chương 9 CHƢƠNG ĐƢỜNG ĐẶC TÍNH CỦA KẾT CẤU VÀ LỜI GIẢI CHO KẾT CẤU VỎ CƠNG TRÌNH NGẦM Khi đào hầm, hai trƣờng hợp xảy ra: 1).Trường hợp hầm khơng cần chống - biến dạng đất đá khơng vượt q giai đoạn đàn hồi 2).Xuất biến dạng ngồi đàn hồi hình thành vùng dẻo, phải lắp dựng vỏ chống, phản lực pi vỏ chống thay đổi tùy thuộc vào chuyển vị ui đất đá xung quanh hầm Xây dựng đƣờng đặc tính kết cấu chống Dạng tổng qt đường cong đặc tính: u ( p )  u0  r02 Ed p 0 Đàn hồi Dẻo, ổn đònh E Dẻo, ổn đònh N   D H u0 K uM i ur Hình 3.8 Đường đặc tính kết Hình 3.7 Mối quan hệ biến cấu chống CCM dạng chuyển vị u0 Độ cứng kết cấu gia cố lắp đặt đường hầm đặc trưng độ cứng Ks đường cong đặc tính kết cấu chống tính tốn theo cơng thức sau: ps  K sur + Bê tơng phun vỏ bê tơng: Áp lực gia cố lớn mà kết cấu chống cung cấp là: psmax    1    ri  tc  ri 2    Độ cứng kết cấu chống là: 10 Ks  Econ 1    r i 1  2   ri  tcon   ri 2    ri  tcon   + Neo Độ cứng Kscủa kết cấu chống neo tính theo cơng thức:  sl sc  l   Q  Ks ri   db Eb  đây: sc : Khoảng cách neo theo chu vi đường hầm; sl: Khoảng cách neo dọc trục đường hầm Áp lực gia cố lớn sinh kết cấu chống biến dạng khối đá: psmax  Tbf sc sl Với:Tbf độ bền cuối neo + Hệ vỏ hỗn hợp: Độ cứng kết cấu gia cố hỗn hợp giả thiết tổng độ cứng kết cấu chống thành phần: K s  K s1  K s2 Với: K s1 , K s2 : độ cứng kết cấu chống thành phần An tồn hệ kết cấu vỏ hầm: Vỏ hầm xem đáp ứng u cầu khi: - Hệ số bền – an tồn liên quan tới phá hủy đất đá (sau đạt giới hạn đàn hồi bắt đầu hóa dẻo tới bị phá hủy phải lớn giá trị cho phép: Fs≥Fs,min; và: - Các chuyển vị tường (biên hầm) thỏa mãn điều kiện cân bằng: ueq  ulim với ulim: giá trị giới hạn theo tiêu chuẩn thiết kế; Phân tích hầm theo phƣơng pháp khống chế hội tụ phần mềm Phase2 lời giải giải tích ngơn ngữ Matlab Để xây dựng đường cong phản lực pi=f(u), tận dụng tính chất phân chia giai đoạn Phase2 11 Bằng cách mơ q trình thay đổi phản lực, sử dụng tải trọng phân bố biên hầm từ phía bên (phản lực kết cấu vỏ hầm), giá trị tải trọng thay đổi từ 0– tương ứng với trạng thái ứng suất ban đầu chưa đào hầm Khi pi=0 tương ứng với trạng thái ứng suất sau đào hầm chưa lắp dựng chống đỡ Giá trị số gia pi tùy thuộc vào 0 ứng với trạng thái ứng suất ban đầu thơng số cần tính tốn Tại giai đoạn St tìm giá trị cần thiết, trường hợp chuyển vị u điểm cần quan tâm, cách có pi=tiến dần từ tới 0, có giá trị ui tương ứng Để so sánh, tác giả lập chương trình tính tốn dựng đường cong phản lực GRC1 theo giải tích ngơn ngữ lập trình MATLAB kiểm tra tính chất xác việc sử dụng phần mềm Phase2 mơ tốn chiều Các giá trị pi cho giai đoạn St biểu diễn thơng qua hệ số kSt Bài tốn mơ q trình đào hầm theo giai đoạn (St) thơng qua phản lực chống pi Hình 3.12 Mơ q trình đào qua hệ số kSt 12 2.5 1.5 0.5 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 a.Matlab b Phase2 Kết đường cong phản lực theo hai lời giải Các kết so sánh cho thấy sai số hai lời giải chấp nhận luận án áp dụng hai lời giải Matlab Phase để thực tốn khảo sát Kết luận chƣơng Trong tính tốn thiết kế hầm, lớp vỏ chống (gia cố) khơng loại kết cấu riêng biệt mà thường tổ hợp (hệ hỗn hợp) kết cấu chống bê tơng phun - neo, neo –vì thép,… Chương trình bày khái niệm cách dựng đường cong đặc tính kết cấu chống: bê tơng phun, neo, hệ hỗn hợp với utot chuyển vị lớn bảo đảm cho yếu tố an tồn đòi hỏi giá trị nhỏ tồn hệ kết cấu đạt giá trị u cầu thiết kế (an tồn) Khi thiết kế vỏ hầm phải kể đến đặc điểm vỏ riêng chọn thời điểm lắp dựng cách cho giá trị chuyển vị hầm lớn giá trị chuyển vị cân ueq, đồng thời đảm bảohệ số bền vật liệu đáp ứng u cầu thiết kế đảm bảo tính chất ổn định vỏtrong giới hạn cho phép Kết phân tích theo mơ hình mơ chọn sử dụng phần mềm Phase tính theo chương trình Matlab GRC1 cho thấy sai số mơ hình mơ phần mềm Phase chấp nhận sử dụng với chương trình Matlab khảo sát 13 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ TRONG XÂY DỰNG HẦM Các trƣờng hợp phân tích: Hệ số kiên cố fkp đất đá: 4≤ f ≤8; Mục đích:Phân tích ảnh hưởng hệ số áp lực hơng đến thơng số đường cong phản lực nền;Thiết lập ảnh hưởng chiều sâu đến thơng số đường cong phản lực Ảnh hưởng yếu tố hình học: hình tròn vòm tường thẳng Thơng số đầu vào: Loại đường hầm: hình tròn, hầm tròn tường thẳng có diện tích tiết diện ngang S; Ảnh hưởng hệ số áp lực hơng hệ số kiên cố đất đá: Hệ số áp lực hơng hệ số kiên cố đất đá (fkp) ảnh hưởng nhiều đến số lượng phần tử bị phá hủy biên theo giai đoạn sau: Hình 4.8 Số lượng phần tử bị phá hủy biên theo fkp giai đoạn Sự tồn kết cấu chống (p=0.62MPa) thay đổi hệ số áp lực hơng với hầm tròn làm ảnh hưởng tới quy luật phân bố giá trị hệ số bền điểm biên hầm Giá trị hệ số bền phụ thuộc tăng đáng kể có kết cấu chống đỡ chênh lệch giá trị hệ số bền phụ thuộc nhiều vào đặc trưng Ảnh hƣởng chiều sâu đặt hầm: 14 Hình 4.11 Các phần tử bị phá hủy biên có kết cấu chốngtheo chiều sâu đặt hầm Hình 4.12 Số lượng phần tử biên bị phá hủy khơng có kết cấu chống theo chiều sâu đặt hầm Phân tích thơng số với hầm tròn vòm tròn tường thẳng Hệ số áp lực hơng ảnh hưởng nhiều đến giá trị biến dạng thể tích (kéo), biến dạng trượt điểm biên hầm Giá trị áp lực hơng nhỏ chênh lệch giá trị lớn cho hai dạng tròn vòm tường thẳng Với dạng vòm tròn tường thẳng điểm có thay đổi đường biên khơng trơn (điều hòa-tại đỉnh tường chân tường) giá trị biến dạng thể tích (kéo) biến dạng trượt lớn kích thước vùng phá hủy lớn- điều phù hợp với kết luận nêu trước 15 Hình 4.13 Dang phá hủy kéo trượt với  =0.25 Ảnh hƣởng cơng nghệ Đường cong phản lực xét tới yếu tố thời gian, cơng nghệ Quan hệ bán kính vùng tải trọng theo phản lực chống 16 Biểu đồ vùng dẻo theo phản lực chống Quan hệ bán kính vùng phá hủy, vùng cân giới hạn (m) phản lực chống theo ảnh hưởng cơng nghệ Phân tích ảnh hƣởng yếu tố địa học Quan hệ tải trọng pi(MPa) thời gian lắp dựng vỏ (ngày) theo chiều dày vỏ (m) 17 Kết luận chƣơng Sự tồn kết cấu chống hệ số áp lực hơng với hầm dạng tròn có ảnh hưởng tới quy luật phân bố giá trị hệ số bền điểm biên hầm Giá trị hệ số bền phụ thuộc tăng đáng kể có kết cấu chống đỡ Sự chênh lệch giá trị hệ số bền phụ thuộc nhiều vào đặc trưng Kết khảo sát ảnh hưởng hệ số áp lực hơng chiều sâu cho thấy hệ số áp lực hơng có ảnh hưởng nhiều tới tham số khảo sát sức mang tải hệ Nhưng với hầm đặt sâu, ảnh hưởng hệ số áp lực hơng khơng nhiều Trường hợp hệ số áp lực hơng  =1 (áp lực thủy tĩnh)là trường hợp đặc biệt Tương tác hệ kết cấu vỏ hầm mơi trường khơng giải phóng ứng suất đất đá xung quanh khoang hầm mà chịu tác động lớn yếu tố cơng nghệ, thời gian yếu tố địa học Để xây dựng kết cấu vỏ hầm tối ưu, cần đánh giá ảnh hưởng yếu tố bất lợi q trình đào hầm điều kiện thi cơng, ảnh hưởng thời gian tới làm việc hệ kết cấu vỏ hầm CHƢƠNG ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP CCM VỚI ĐƢỜNG HẦM DẪN NƢỚC THỦY ĐIỆN SỬ PÁN – LÀO CAI Phân tích thời điểm lắp dựng kết cấu vỏ hầm với theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb- Điều kiện đá cứng Thực phân tích chuyển vị, hệ số bền nội lực tùy theo thời điểm lắp dựng kết cấu.Hầm dẫn nước có bán kính r=2m; Chiều dầy tầng phủ H=100m; 18 Sơ đồ tính củabài tốn Bảng 5.3 Tính chất lý theo tiêu chuẩn Mohr - Coulomb Tính chất Đơn vị Giá trị tới hạn Giá trị dư Trọng lượng thể tích MN/m3 Hệ số Poisson Mơ đun biến dạng Góc ma sát Cường độ lực dính Độ bền nén khối đá Kết tính tốn: MPa Độ MPa MPa 2,65 2,65 0,3 0,3 1291 40 10,84 1291 38 1,33 2,17 Chuyển vị theo giai đoạn Đường cong phản lực Nhận xét: chuyển vị nằm giới hạn đàn hồi (lắp dựng vỏ St5, điểm lân cận biên hầm sau lắp dựng vỏ chuyển vị phát triển nhiều (so sánh St 20 St 5) 19 Sau lắp dựng vỏ, giá trị hệ số bền khơng thay đổi lắp sớm (ở giai đoạn có biến dạng đàn hồi u= 0,001982 (m), phản lực pi =1,62MPa; hệ số bền max 5.692950 Tại thời điểm mà biến dạng khơng phải đàn hồi trường hợp bắt đầu giai đoạn 5,10,15 (bảng 5.5), giá trị hệ số bền thay đổi ít, tương ứng là: 2.67923; 2.33868 2.23765 Điều có nghĩa lắp vỏ khoảng hợp lý Với điều kiện địa chất tính chất lý trên, thấy việc lắp dựng kết cấu khơng nên thực q sớm (sau St10, phản lực pi= 0.27MPa, chuyển dịch u=0,004459m- tức chuyển vị khơng đàn hồi mà chuyển sang dẻo Với chuyển vị thỏa mãn giá trị hệ số bền đồng thời nội lực kết cấu vỏ hầm nhỏ Phân tích thời điểm lắp dựng kết cấu vỏ hầm với theo tiêu chuẩn Hoek – Brown Điều kiện đá cứng Đường cong phản lực nềntheo tiêu chuẩn Hoek - Brown Chuyển vị theo giai đoạn Nhận xét: Từ biểu đồ cho thấy chuyển vị nằm giới hạn đàn chuyển vị phát triển nhiều.Trong lắp dựng vỏ giai đoạn ngồi đàn hồi chuyển vị phát triển 20 Giá trị hệ số bền khơng thay đổi lắp sớm (giai đoạn5, Biến dạng đàn hồi u= 0,001982m, phản lực pi=1,62MPa; phần biểu đồ giai đoạn đàn hồi giống cho hai với mơ hình Mohr-Coulomb Hoek-Brown) Nếu lắp dựng vỏ chuyển sanggiai đoạn dẻo, trường hợp sau giai đoạn 5,10,15 (bảng 5.11), giá trị hệ số bền thay đổi ít, tương ứng là: 2.45677; 1.18521; 1.04349 1.00586 Điều thấy rõ ý nghĩa lắp vỏ giai đoạn dẻo hợp lý Hầm Sử Pán đá yếu Bảng 5.20 Số liệu tính theo tiêu chuẩn Mohr -Coulomb Hoek – Brown Tiêu chuẩn Mohr – Coulomb Tiêu chuẩn Hoek - Brown Mơ đun đàn hồi (MPa) 638 Độ bền nén (MPa) 11,64 Hệ số poisson 0.37 Hằng số mb 0,02996 Độ bền kéo (MPa) 0,0038 Hằng số dưmbRes 0,02996 Góc ma sát (o) 19.5 Hằng số s 0,00009522 Cường độ lực dính Hằng số dư sRes 0,00009522 (MPa) Góc ma sát dư (o) 19.5 Hằng số a 0,5313 Cường độ lực dính dư 0.21 Hằng số dư aRes 0,5313 (MPa) Kết tínhtheo tiêu chuẩn Mohr –Coulomb 2.5 1.5 Series1 0.5 0.00E+00 5.00E-03 1.00E-02 1.50E-02 | Đường cong phản lực 21 0.016 0.014 0.012 0.01 Series1 0.008 Series2 0.006 Series3 0.004 0.002 0 10 12 14 Chuyển vị theo giai đoạn Series 1: stage Series 2: stage 10 Series 3: stage 20 Kết tính theo tiêu chuẩnHoek - Brown 2.5 1.5 Series1 0.5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 Đường cong phản lực theo tiêu chuẩn Hoek –Brown Total Displacement Total Displacement [m] 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 Distance [m] Query Stage Query Stage 10 Query Stage 20 Chuyển vị theo giai đoạn Nhận xét: So sánh giá trị tính tốn chuyển vị, ứng suất, nội lực hệ số bền qua bảng biểu đồ thị thấy: 22 Hệ số bền theo tiêu chuẩn Mohr- Coulomb cao lắp vỏ sớm, lắp vỏ muộn hai mơ hình gần Nội lực chuyển vị tiêu chuẩn Mohr- Coulomb thấp so với tiêu chuẩn Hoek -Brown Tính tốn theo mơ hình Mohr-Culomb thiên an tồn Với đất đá yếu, phân tích cho thấy việc tính tốn tương tác hệ kết cấu vỏ hầm - đất đá có xét tới tính chất phi tuyến ngồi giai đoạn đàn hồi cho phép tận dụng sức mang tải điều mang lại hiệu kinh tế Kết luận Chƣơng Trong chương 5, áp dụng phương pháp CCM thực khảo sát số với điều kiện địa chất thủy điện Sử Pán – Lào Cai số mặt cắt điển hình tuyến hầm dẫn nước Từ kết tính tốn số phân tích cho thấy số kết luận sau: Trong hai điều kiện đá cứng hay nửa cứng, dù áp dụng tiêu chuẩn Mohr –Coulomb hay Hoek – Brown việc thực gia cố chống đỡ khơng nên thực q sớm Hệ số bền theo tiêu chuẩn Mohr – Coulomb cao lắp vỏ sớm, lắp vỏ muộn hai mơ hình gần Nội lực chuyển vị tiêu chuẩn Mohr- Coulomb thấp so với tiêu chuẩn Hoek -Brown Tính tốn theo mơ hình Mohr-Culomb thiên an tồn Các kết luận phù hợp với quan điểm nhiều chun gia cho mơ hình Mohr- Coulomb phù hợp với đất, mơ hình Hoek -Brown chủ yếu áp dụng cho loại đá Nếu đất đá có biến dạng đàn hồi, khơng xuất biến dạng dẻo khơng cần thiết phải thực gia cố (hầm khơng chống) Nếu kết cấu vỏ hầm chịu lực (theochức chịu lực cơng trình) kết cấu nên lắp dựng muộn, tốt đất đá hết chuyển dịch đàn hồi 23 Khi đất đá xuất biến dạng phi tuyến, việc lựa chọn thời điểm lắp dựng kết cấu chống cần phải khống chế giới hạn cân để đảm bảo hệ số bền hệ nằm giá trị cho phép chuyển vị hầm nằm giá trị kiểm sốt Khơng nên chọn thời điểm lắp dựng sau phát triển hết biến dạng dẻo, đất đá hồn tồn bị phá hủy tải trọng lớn Nên chọn kết cấu lắp ghép kiểu linh động, sử dụng hệ neo bê tơng phun để đất đá thực chuyển vị đàn hồi hay dẻo định (bỏ giả thiết kết cấu lắp dựng tức thời), khơng nên sử dụng kết cấu đúc chỗ q cứng KẾT LUẬN CHUNG Những đóng góp luận án Từ việc lựa chọn xây dựng mơ hình tính, luận án thực tính tốn định lượng sức mang tải mơi trường đất đá xung quanh, qua phân tích khảo sát số khẳng định đất đá dù chuyển sang biến dạng dẻo khả mang tải nên tận dụng khả đó.Để tận dụng khả mang tải đất đá, tác giả lựa chọn phương pháp CCM Luận án xây dựng chương trình phân tích tương tác hệ kết cấu vỏ hầm-mơi trường đất đá lời giải giải tích thực Matlab sử dụng phần mềm PHASE2 để phân tích làm việc kết cấu vỏ hầm mối quan hệ tương tác với mơi trường đất đá xung quanh thời điểm lắp dựng kết cấu Luận án nghiên cứu ảnh hưởng thơng số: chiều sâu đặt hầm, hệ số áp lực hơng hình dạng hầm (tròn vòm tròn tưởng thẳng) áp dụng phương pháp CCM, qua phân tích kết tính tốn rút kết luận cần thiết để tham khảo q trình thiết kế Luận án nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ mức độ xáo trộn đất đá, lớp vữa nhồi sau vỏ, thời gian lắp dựng kết cấu chống yếu tố địa học vùng biến dạng phi đàn hồi 24 Các kết nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng yếu tố việc lựa chọn thời điểm lắp dựng vỏ hầm để có kết cấu chống tối ưu hệ số bền Những kết chưa đề cập trước phương pháp CCM Luận án tiến hành áp dụng phương pháp CCM để khảo sát số cho số liệu địa chất tuyến hầm dẫn nước thủy điện Sử Pán Lào Cai điều kiện địa chất điển hình với tiêu chuẩn Mohr-Coulomb Hoek- Brown áp dụng cho loại đá Các tính tốn tương tác kết phân tích kết luận tính chất khoa học ý nghĩa hợp lý kinh tế việc tính tốn tương tác hệ gia cố kết cấu vỏ hầm có xét tới biến dạng dẻo phi tuyến khả tận dụng sức mang tải xung quanh cơng trình ngầm Những tồn hƣớng phát triển tiếp Phương pháp CCM giới hạn cho hầm có tiết diện tròn, cần phát triển lời giải cho tốn tổng qt hơn- hầm có hình dạng mơi trường Cần nghiên cứu hồn chỉnh thêm điều kiện ứng suất ban đầu có yếu tố động học ảnh hưởng điều kiện nước ngầm, đất trương nở, nén ép mà luận án chưa đề cập đến Kết luận kiến nghị Tính tốn khơng xét đến sức mang tải – phương pháp đào hầm truyền thống thiết kế theo tải trọng cho trước, coi phần đất đá vòm áp lực hồn tồn bị phá hủy-là thiên an tồn Khi chuyển sang biến dạng dẻo (ngồi đàn hồi) đất đá mang tải, kiểm sốt khả mang tải (bằng thiết bị quan trắc), việc tính tốn hệ gia cố vỏ hầm làm việc với mơi trường đất đá cần thiết ý nghĩa khoa học có giá trị kinh tế Điều có ý nghĩa với việc tận dụng kết cấu linh động (cho phép chuyển vị định) mà luận án chưa đề cập đến Phương pháp CCM có nhiều ưu điểm, nên cần thiết hồn chỉnh thêm để áp dụng vào thực tế xây dựng cơng trình ngầm Việt Nam  ... điể m của mơ hình thiết kế tổng quan việc áp dụng phương pháp CCM tính tốn thiết kế hầm Nội dụng phương pháp CCM tóm tắt sơ đồ đây: x/ri 0 -2 Đàn hồi -1 Đàn hồi Gương hầm Áp lực gia cố p i Dẻo,... chiều sâu đặt hầm, hệ số áp lực hơng hình dạng hầm (tròn vòm tròn tưởng thẳng) áp dụng phương pháp CCM, qua phân tích kết tính tốn rút kết luận cần thiết để tham khảo q trình thiết kế Luận án nghiên... VÊ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ HẦM Tổng quan tính tốn thiết kế hầm Trong chương này đã tiế n hành tở ng quan các nghiên cứu về c phương pháp tính tốn thiế t kế hầm Phân tić h