Các phương pháp đo nứt nẻ phục vụ mô hình hóa hệ thống nứt nẻ rời rạc bằng phương pháp số

Bài viết Các phương pháp đo nứt nẻ phục vụ mô hình hóa hệ thống nứt nẻ rời rạc bằng phương pháp số trình bày các nội dung chính sau: Mô hình mạng lưới khe nứt rời rạc; Các phương pháp đo nứt nẻ trong địa chất công trình.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỨT NẺ PHỤC VỤ MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG NỨT NẺ RỜI RẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ Nguyễn Quang Tuấn Trường Đại học Thủy lợi, email: nqtuan@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Các yếu tố gián đoạn đá khe nứt, đứt gãy, mặt lớp, mặt phân phiến có ảnh hưởng lớn tới ổn định tính thấm khối đá Để hướng tới việc mô hệ thống khe nứt mơ hình số, cơng tác khảo sát địa chất cần xác định rõ thông tin cần xác định để cung cấp cho việc nghiên cứu mô xa việc tính tốn Đặc điểm hệ thống khe nứt khối đá hay khe nứt riêng lẻ mô tả nhiều thông số khác Các thơng số xác định đo đạc tính tốn cách trực tiếp gián tiếp Theo phương pháp truyền thống, tốn học đá cơng trình, ổn định khối đá xét theo điều kiện đặc điểm nứt nẻ khe nứt Việc đánh giá đặc điểm nứt nẻ khối đá trường phục vụ mô thường xác định dựa phương pháp: Đo địa vật lý, khoan khảo sát đo đạc vết lộ địa chất Trong đó, việc đo đạc vết lộ đá nứt nẻ cho phép cung cấp thông tin đặc điểm nứt nẻ cách xác đầy đủ Vết lộ đá có kích thước từ vài mét tới hàng trăm mét nên việc xác định dễ dàng đầy đủ so với phương pháp lại Tuy nhiên, số liệu đo đạc vết lộ bề mặt sử dụng để đánh giá cho phần mặt đất hay số liệu từ vết lộ hẹp dùng ngoại suy cho không gian rộng Do đó, việc mơ tả đặc điểm nứt nẻ từ số liệu đo điểm lộ cần thông qua cơng tác thống kê Các đặc tính khe nứt hệ thống khe nứt cần nghiên cứu chi tiết MƠ HÌNH MẠNG LƯỚI KHE NỨT RỜI RẠC Mơ hình mạng lưới khe nứt rời rạc (discrete fracture network/DFN) mơ hình tính tốn biểu diễn hệ thống khe nứt rời rạc (hướng, kích thước, vị trí, hình dạng, độ mở) DFN tạo từ kết đo vẽ địa chất, thống kê mô địa học để biểu diễn loại khe nứt đá Mơ hình khe nứt rời rạc sử dụng nhiều lĩnh vực Trong địa kỹ thuật, mơ hình DFN dùng để mơ khả truyền dẫn nước môi trường đá, liên quan tới tốn tính tốn nước đất chảy vào cơng trình đào, khả thấm nước đập, khả truyền dẫn chất gây ô nhiễm DFN dùng để nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống khe nứt tới độ ổn định khối đá Hình ví dụ mơ hình DFN PFC3D mô mái dốc đá nứt nẻ Hầu hết phương pháp tạo mơ hình DFN sử dụng yếu tố quan trọng nằm khe nứt, mật độ khe nứt kích thước khe nứt Bên cạnh đó, hàm số sử dụng để mô tả quy luật phân bố yếu tố Thông thường, quy luật hàm mũ sử dụng Ngồi ra, quy luật phân bố mơ tả theo quy luật hàm lũy thừa, hàm logarit, v.v tóm tắt [1] Tổng hợp thơng số đầu vào cho mơ hình DFN trình bày Bảng Để mô khả thấm nước hay cường độ khối đá cần có thơng số độ mở hay độ dẫn nước khe nứt, thông số cường độ khe nứt Trong báo này, tác giả tập trung trình bày phương pháp đo xác định đặc trưng hình học hệ khe nứt 100 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Khe nứt Các phần tử liên kết (phần đá liền khối) Khối đá Hình Mơ hình mái dốc đá nứt nẻ phương pháp phần tử rời rạc kết hợp mạng lưới khe nứt rời rạc [2] Bảng Các thông số mơ hình DFN Yếu tố Thế nằm Thơng số đầu vào Góc dốc  (tb, max , min); Góc hướng dốc  (tb, max , min) thông số hàm phân bố góc dốc Chiều dài L: Ltb, Lmax , Lmin Kích thước thơng số hàm phân bố Mật độ Số khe nứt đơn vị diện tích thơng số hàm phân bố Khi khảo sát đo đạc vết lộ đá trường, khơng thể đo đạc tồn khối đá hay toàn phạm vi đá cần nghiên cứu Thay vào khảo sát vị trí, diện tích đại diện Hơn nữa, khơng phải lúc chọn nơi để đo đạc đánh giá, đo đạc điểm lộ vị trí khoan, đào khảo sát Việc lựa chọn điểm khảo sát để đánh giá phản ánh khách quan cho tồn phạm vi khảo sát quan trọng Thơng thường, thông tin đo đạc, đánh giá thơng qua số điểm có diện tích nhỏ khơng phản ánh hết tính chất nứt nẻ tồn khối đá Do khó khăn kể trên, việc sử đánh giá tính chất nứt nẻ đá cần kết hợp sử dụng với việc thống kê thống, đặc điểm nứt nẻ đá xác định thủ công cách đo đạc nơi đá lộ trường Bên cạnh đó, cịn có phương pháp sử dụng ảnh hay công nghệ tiên tiến để nghiên cứu nứt nẻ Xử lý ảnh đo khe nứt lazer phương pháp áp dụng Tuy nhiên, kỹ thuật đòi hỏi thiết bị công nghệ, chủ yếu áp dụng phân tích ảnh viễn thám, việc áp dụng địa chất cơng trình cịn hạn chế Trong thực khảo sát nay, công tác đo thủ công phổ biến Trong công tác đo đạc đánh giá nứt nẻ nói chung, có cách đo bản: đo theo tuyến đo theo diện tích Tuy nhiên, sở hai cách đo này, việc đo đạc trường kết kỹ thuật chụp ảnh phân tích, quét tia lazer 3.1 Phương pháp đo theo tuyến Theo phương pháp này, khe nứt cắt qua tuyến chọn đo đạc Thường tuyến đo có hai dạng: đường thẳng đường trịn Tất thơng tin khe nứt xác định cách nhanh chóng Kết cung cấp thông tin chiều cho hệ thống nứt nẻ Việc phân tích nứt thơng qua nõn khoan với thông số RQD, RR, v.v hay ảnh chụp hố khoan tuân theo phương pháp Kết đo theo phương pháp bị ảnh hưởng nhiều phương, độ dài, vị trí tuyến đo CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỨT NẺ TRONG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Hình Sơ đồ đo khe nứt theo tuyến 3.2 Phương pháp đo theo diện tích Phương pháp đo theo diện tích cịn Trong địa chất địa chất cơng trình, có gọi đo theo cửa sổ Pahl (1981) [3] đề nhiều phương pháp để đánh giá đặc điểm nứt xuất Theo phương pháp này, diện tích đo nẻ đá Theo phương pháp địa chất truyền thường hình vng chữ nhật diện 101 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 đá lộ, khe nứt có diện tích chọn đo đạc Độ lớn diện tích đo có ảnh hưởng nhiều tới kết đo, diện tích đo lớn cho kết đo xác Priest (1993) kiến nghị chọn cho cửa sổ đo cắt qua tối thiểu 30 đến 100 khe nứt Nên chọn hai mặt đá vng góc với để đo để tránh việc đo thiếu khe nứt song song song với mặt đá Phương pháp hạn chế sai lệch hướng khe nứt Tuy nhiên, hạn chế phương pháp tốn công sức thời gian Việc định khe nứt cần đo đạc phức tạp, đặc biệt trường hợp có nhiều khe nứt nhỏ Ngoài đo đạc theo phương pháp bị ảnh hưởng nhiều diện tích đo Phương pháp thường áp dụng đo đạc điểm đá lộ, hay phân tích ảnh viễn thám Nếu thực đo đạc thủ cơng tốn công, nhiên phương pháp phù hợp kết hợp công nghệ xử lý ảnh hỗ trợ máy tính việc đo đạc Diện đo hình trịn Diện đo Điểm giao với khe nứt Tuyến đo hình trịn Hình Sơ đồ đo khe nứt theo phương pháp kết hợp KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu phương pháp đo đạc mức độ nứt nẻ vết lộ trường Như trình bày trên, phương pháp đo đạc khe nứt có ưu điểm hạn chế định Việc lựa chọn phương pháp phục vụ khảo sát nên vào mục đích cơng việc điều kiện thực tế điều kiện đá lộ, nhân lực, thiết bị công nghệ Trong đa số công tác đo vẽ khảo sát địa chất cơng trình nay, đo vẽ cho cơng trình cụ thể, việc tiến hành đo theo tuyến thường áp dụng Tuy nhiên, với phát triển khoa học công nghệ, việc đo đạc theo diện tích có kết hợp với phân tích ảnh chương trình máy tính ngày trở nên khả thi TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Sơ đồ đo khe nứt theo diện tích 3.3 Phương pháp đo kết hợp Mauldon et al (2001) [4] đưa phương pháp kết hợp, phương pháp ước lượng theo diện hình trịn (Circular estimator) Phương pháp kết hợp đo theo tuyến diện tích hình trịn Một diện tích hình tròn diện đá lộ chọn để đo đạc Khi đo, việc xác định số khe nứt (n) cắt với đường tròn số điểm mút khe nứt nằm đường trịn Do đó, phương pháp xác định thông tin mật độ khe nứt chiều dài trung bình Phương pháp tiết kiệm thời gian loại trừ ảnh hưởng sai số lấy mẫu [1] Bonnet, E., et al 2001 Scaling of fracture sys tems in geological media Reviews of Geophysics, 2001 39(3): p 347-383 [2] Lorig, L.J., et al 2015 Application of discrete fracture networks in mining and civil geomechanics Journal of Mining Technology 124(4): p 239-254 [3] Pahl, P.J 1981 Estimating the mean length of discontinuity traces International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics 18(3): p 221-228 [4] Mauldon, M., W.M et al 2001 Circular scanlines and circular windows: new tools for characterizing the geometry of fracture traces Journal of Structural Geology 23(2): p 247-258 102 ... 978-604-82-2548-3 Khe nứt Các phần tử liên kết (phần đá liền khối) Khối đá Hình Mơ hình mái dốc đá nứt nẻ phương pháp phần tử rời rạc kết hợp mạng lưới khe nứt rời rạc [2] Bảng Các thơng số mơ hình DFN Yếu... tích nứt thơng qua nõn khoan với thông số RQD, RR, v.v hay ảnh chụp hố khoan tuân theo phương pháp Kết đo theo phương pháp bị ảnh hưởng nhiều phương, độ dài, vị trí tuyến đo CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỨT... nhiên phương pháp phù hợp kết hợp công nghệ xử lý ảnh hỗ trợ máy tính việc đo đạc Diện đo hình trịn Diện đo Điểm giao với khe nứt Tuyến đo hình trịn Hình Sơ đồ đo khe nứt theo phương pháp kết hợp