Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình và phân loại chất lượng khối đá theo hệ Q và RMR nền đập thuỷ điện ĐakĐrinh, Quảng Ngãi

Bài viết Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình và phân loại chất lượng khối đá theo hệ Q và RMR nền đập thuỷ điện ĐakĐrinh, Quảng Ngãi trình bày việc xác định đặc trưng biến dạng bằng thí nghiệm nén tĩnh có đo biến dạng bằng giãn kế; Xác định các đặc trưng độ bền; Phương pháp đánh giá chất lượng khối đá; Đặc điểm địa chất công trình khu vực đập thuỷ điện Đakđrinh.

ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ PHÂN LOẠI CHẤT LƯỢNG KHỐI ĐÁ THEO HỆ Q VÀ RMR NỀN ĐẬP THUỶ ĐIỆN ĐAKĐRINH, QUẢNG NGÃI STUDY ON ENGINEERING GEOLOGY CHARACTERISTICS AND CLASSIFICATION OF ROCK QUALITY BY Q SYSTEM AND RMR FOR ĐAKĐRINH HYDROPOWER DAM, QUANG NGAI PROVINCE TS NGUYỄN VĂN VŨ, KS HỒNG THÚY QUỲNH Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất, Tổng Cục Địa chất Khoáng Sản Việt Nam Email: ngvu171180@gmail.com Tóm tắt: Cơng trình thủy điện ĐakĐrinh thuộc địa Giới thiệu phận huyện Sơn Tây, tỉnh Quảng Ngãi Đập Cơng trình thủy điện ĐakĐrinh có cơng suất cơng trình xây dựng đá granit 125MW với tổ máy, thuộc địa phận xã Sơn Tân, biotit nứt nẻ, cấu trúc phức tạp, bất đẳng hướng lớn huyện Sơn Tây, tỉnh Quảng Ngãi Khu vực đập Đặc điểm ảnh hưởng đến đặc trưng học cửa lấy nước cách thị xã Quảng Ngãi khối đá tạo khác biệt tính chất mẫu 80km phía đơng bắc Đập đập bê tơng khối đá Kết xác định đặc trưng học thủy lực, chiều dài đập 360m, rộng 198m, cao 94m, khối đá granit biotit đập Thuỷ điện ĐakĐrinh cho cao trình mực nước dâng bình thường 410m, cao thấy, dựa vào cơng thức kinh nghiệm Barton, trình mực nước chết 374m, cao trình mực nước Bieniawski (Q system, RMR) sở phân loại dâng gia cường 412m Sông ĐakĐrinh sông chất lượng khối đá cho thấy có khác đáng nhánh cấp I ba nhánh kể chất lượng khối đá đới khác Cả sông Trà Khúc, lưu vực sông ĐakĐrinh thuộc phần phương pháp cho đới IIA IIB tương đối thống phía tây lưu vực sơng Trà Khúc Tồn lưu vực Đới IIA đánh giá có chất lượng trung bình, vùng đồi núi, độ dốc lớn, nhánh sơng có dịng trị số RMR = 54 Q = 7.3 chảy tương đối thẳng, chiều rộng từ 20-50m, hẹp Từ khóa: Chất lượng khối đá, hệ thống Q, hệ thống RMR, thủy điện ĐakĐrinh, địa chất cơng trình 20m khu tuyến đập Đập thuỷ điện ĐakĐrinh nhiều công Abstract: Dakdrinh hydropower plant is located trình thuỷ điện khác Việt Nam xây dựng in Son Tay district, Quang Ngai province The main đá Việc nghiên cứu đặc điểm địa chất công dam of the plant is built on the fractured biotite trình phân loại chất lượng khối đá có ý nghĩa granite with a complicated structure and big khoa học thực tiễn, giá trị tham khảo cho anisotropy the cơng trình khác có điều kiện tương tự góp phần mechanical characteristics of the rock mass and làm phong phú thêm hiểu biết phương makes a distinction between properties of samples pháp nghiên cứu địa chất cơng trình khối đá This characteristic affects and the rock mass The result of determination of mechanical characteristics of biotite granite Phương pháp nghiên cứu ofDakdrinh hydropower dam shows that, based on Trong thiết kế đập cơng trình lớn experience fomulas ofBarton and Bieniawski (Q yếu tố độ bền biến dạng khối đá có tầm system, RMR), upon rock quality classification, there quan trọng are significant differences in rock mass quality in different zones The two methods give the similar results for zones of IIA and IIB Zone IIA isassessedto have medium quality with RMR = 54 and Q = 7.3 Keywords: Rock quality, Q system, RMR, Dakdrinh hydropower plan, engineering geology Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2022 2.1 Xác định đặc trưng biến dạng thí nghiệm nén tĩnh có đo biến dạng giãn kế Thí nghiệm tiến hành vách hầm thăm dị Q trình nén, tăng giảm tải thực theo cấp, cấp áp lực, 1/10 áp lực lớn chu trình, trì áp lực nén cấp 61 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA phút Khi tăng tải đạt áp lực lớn giảm tải độ sâu cách bề mặt tường hầm 0,5; 1,5; 3,0; 0, thời gian đọc giá trị biến dạng trì 10 4,5m biên bệ phút Thường quy định tính modul biến dạng Modul biến dạng Eo tính tốn theo cơng thức: cấp áp lực nén 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 MPa, 2Q(1   ) QZ (1   ) E0  ( R  Z )1 /  Z  Z ( R  Z ) 1 /  Wz WZ     (1)  - hệ số Poisson; Q - áp lực tác dụng lên liên tục cần có thí nghiệm khối đá với bàn nén (Mpa); R - bán kính bàn nén (mm); Z - độ kích thước đủ lớn để xác định độ bền kháng cắt sâu đặt đầu đo biến dạng (mm); W Z - biến dạng chúng đó: độ sâu Z (mm) - Thí nghiệm xác định trực tiếp độ bền kháng cắt Với biến dạng xung quanh biên bệ tính Thí nghiệm tiến hành cách đẩy trượt theo cơng thức (2), W e biến dạng trung trụ đá gia cơng hầm lị bình đá điểm đo đặt xung quanh biên hố đào có kích thước 700 x 700 x 350mm Mỗi trụ bệ (mm) E0  đá đẩy trượt giai đoạn: giai đoạn đầu xác 4(1  )QR We định sức kháng cắt lớn giai đoạn xác định sức kháng trượt dư (2) Với kết đẩy trượt - trụ đá cho 2.2 Xác định đặc trưng độ bền Với khối đá có mặt gián đoạn, chúng  áp  để xác định thơng số kháng cắt gồm góc ma sát  lực dính kết C, từ cắt qua khối đá độ bền mặt độ bền tính tốn thơng số kháng cắt đá theo công khối đá Trường hợp mặt gián đoạn cắt không thức: xeri, lập đồ thị quan hệ lực kháng trượt 2.2.1 Độ bền kháng cắt tg  lực thẳng đứng n  i  i    i  i n     i  i          C n      i i , i - Độ bền kháng cắt mặt gián đoạn i khơng có chất lấp nhét: Theo mặt phân lớp ứng công thức xác định độ bền kháng cắt mặt gián đoạn gồ ghề không qui tắc sau:  JCS  )  n  suất cắt tăng dần đạt cường độ lớn    n tan(b  JRS log10  nhất, tương đương với phá huỷ vật liệu ximăng gắn kết mặt phân lớp đá Khi mà khoảng cách trượt tiếp tục tăng ứng suất cắt giảm xuống tới giá trị ứng suất dư Mối quan hệ cường độ kháng cắt p ứng suất nén n đường thẳng: khơng có chất lấp nhét: Với bề mặt gián đoạn loại 62 (5) đó: JRC - hệ số độ nhám mặt khe nứt, JCS cường độ kháng nén thành khe nứt Barton Bandis (1990) xác định JRC từ thí nghiệm tính theo cơng thức (6), với - góc nghiêng thớt đá có bề mặt cưa trượt lên (4) + Độ bền kháng cắt mặt gián đoạn gồ ghề cường độ kháng cắt nhìn chung cao (3) Barton nnk (1973, 1976, 1977, 1990) đưa + Độ bền kháng trượt mặt gián đoạn phẳng p =c + n tan i i 2 i nhau: JRC    b JCS log10 ( ) n (6) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2022 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA + Độ bền chống cắt mặt gián đoạn bị lấp nhét: độ bền kháng cắt khe nứt đá bị giảm mạnh phần hay tất bề mặt khe nứt bị bao phủ vật liệu sét lấp nhét Khi có -GSI/15 a =1/2 + 1/6e  -20/3 –e (9) 2.2.2 Độ bền kháng nén - Phương pháp thí nghiệm xác định trực tiếp áp lực nước khối đá, bề mặt khe nứt + Độ bền nén trục: Mẫu đá nén trục bị tách dần ứng suất nén n giảm xuống (one dimensional compression) với áp lực tăng dần Trong điều kiện đủ thời gian để áp lực nước theo cấp, tiến hành song song với việc đo biến đá tiến đến trạng thái ổn định, ứng suất nén giảm dạng Kết thu biến dạng theo cấp n’= (n –u), với u áp lực nước, n’ áp lực Lập đồ thị biểu diễn quan hệ tải trọng ứng suất hữu hiệu Cường độ kháng cắt khe lên trụ  biến dạng đứng trụ Độ bền nén nứt bị lấp nhét Barton tổng kết theo dạng trục khối đá xác định theo công thức (7), bảng tra ứng suất 3’ = 1’ - Xác định độ bền chống cắt khối đá theo tiêu chuẩn Hoek-Brown: Tiêu chuẩn Hoek-Brown tính cho đới phong hố, đá nứt nẻ Từ thí nghiệm cắt trục cho mẫu đá, người ta xem xét cắt trục cho khối đá dựa tiêu chuẩn Hoek-Brown giá trị đặc trưng cho chất lượng khối đá RMR Q Việc tính toán hỗ trợ phần mềm RocLab với thông số đầu vào trên, thiết lập từ phương trình bản: '1= ’3 + ci(mb.(3’/ci) + s)a đó, mb = mi exp( (7) GSI  100 ) GSI>25; 28  14 D '1 '3 ứng suất có hiệu max thời điểm phá huỷ; ci cường độ kháng nén mẫu đá, xác định từ thí nghiệm phịng lấy theo giá trị trung bình đới phong hố; GSI số độ bền địa chất, xác định theo công thức GSI = RMR895; RMR giá trị phân loại khối đá theo Bieniawski (1989), RMR25, GSI 45 II 61-80 Tốt 0.2-0.3 0 40 - 45 III 41-60 Trung bình 0.15-0.2 0 35 - 40 IV 21-40 Xấu 0.1-0.15 0 30 - 35 V