Giáo trình tin học chuyên ngành phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

CHƯƠNG ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT TRONG THIẾT KẾ KẾT CẦU CHỐNG CƠNG TRÌNH NGẦM 4.1 KHÁI QT CHUNG VỀ CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT RocSupport chương trình dễ sử dụng để xác định biến dạng đường hầm tiết diện trịn khối đá yếu đặc tính khối đá với kết cấu chống Phương pháp phân tích sử dụng RocSupport là: “tương tác khối đá - kết cấu chống” “Hội tụ - Giới hạn” Phương pháp phân tích dựa nội dung của: “đường đặc tính khối đá” “đường đặc tính” nhận từ kết phân tích cho cơng trình ngầm (CTN) có tiết diện hình trịn khối đá đàn hồi - dẻo tác dụng trường ứng suất thuỷ tĩnh Các giả thiết phương pháp: - CTN có tiết diện ngang hình trịn - Trường ứng suất nguyên sinh thuỷ tĩnh (ứng suất theo phương) - Khối đá đồng nhất, đẳng hướng Phá huỷ không xảy theo hệ khe nứt - Kết cấu chống có tính chất đàn hồi dẻo - Kết cấu chống mơ hình hoá tương đương với áp lực tác dụng bên xung quanh chu vi đường hầm tròn Giả thiết sau thực tế cần phải ý cẩn thận sử dụng, so sánh đường hầm thực tế kết tính tốn sử dụng chương trình RocSupport Giả thiết áp lực kết cấu chống sau: - Bê tông phun vỏ bê tông liền khối khép kín - Khung chống thép hình trịn - Neo học lắp đặt theo mạng xung quanh CTN Trong thực tế, khả làm việc kết cấu kết cấu chống thường nhỏ biến dạng thường lớn giả thiết RocSupport Mơ hình lí tưởng sử dụng để phân tích RocSupport thay cho thiết kế chi tiết yêu cầu kết cấu chống cho CTN Thông thường cơng việc phân tích phương pháp số (ví dụ: phương pháp phần tử hữu hạn), đặc biệt cho CTN có biến dạng lớn Tuy nhiên, có nhiều cách để hiểu tương tác CTN khối đá yếu với hệ thống kết cấu chống cách nghiên cứu thông số sử dụng RocSupport trường hợp trạng thái ứng suất nguyên sinh khác nhau, từ độ bền khối đá đặc tính kết cấu chống tính tốn 4.2 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT Chương trình áp dụng để tính tốn sơ miền phá hủy dẻo xung quanh CTN tiết diện tròn kiến nghị kết cấu chống cho đường hầm Phương pháp phân tích tương tác khối đá - kết cấu chống có nhiều ưu điểm, sử dụng kết hợp với phương pháp tính số để đưa cách nhìn rõ ràng trình học kết cấu chống khối đá, làm hướng dẫn cho việc thiết kế kết cấu chống 4.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT Mặc dù khơng có quy tắc rõ ràng cho việc thiết kế kết cấu chống cho đường hầm, có phương pháp thường sử dụng là: Phương pháp lời giải nghiệm kín sở tính tốn miền phá huỷ dẻo khối đá xung quanh CTN áp lực kết cấu chống cần thiết để giảm vùng biến dạng dẻo 2 Các phương pháp số: nghiên cứu trình phá huỷ khối đá bao quanh CTN tương tác kết cấu chống tạm thời cố định với trình phá huỷ khối đá phần mềm phương pháp số Phase2, Plaxis, UDEC, PLAC Các phương pháp thực nghiệm: sở quan sát biến dạng CTN điều khiển biến dạng cách lắp đặt kết cấu chống RocSupport thuộc nhóm thứ phương pháp “tương tác khối đá - kết cấu chống” “hội tụ - giới hạn” Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm giải pháp tốt cho việc thiết kế CTN kết hợp phương pháp khác giai đoạn khác trình thiết kế Ví dụ phân tích sơ u cầu kết cấu chống tạm thời bao gồm phá huỷ dẻo khối đá kết cấu chống linh hoạt giải chương trình RocSupport Phase2 4.3.1 Tương tác khối đá - kết cấu chống Phương pháp “tương tác khối đá - kết cấu chống” mô tả biến dạng xuất vùng lân cận gương CTN CTN khơng chống hình 4.1 Hình 4.1 Biến dạng hướng tâm xung quanh gương CTN (Hoek, 1998) Một điều quan trọng cần ý gương đào CTN không chống sinh “áp lực kết cấu chống biểu kiến” Đó áp lực kết cấu chống biểu kiến giữ ổn định cho CTN thời gian không chống vỏ chống lắp đặt Quan sát áp lực kết cấu chống biểu kiến: - Khi có giá trị ứng suất nguyên sinh (pi = po) vị trí khoảng 2,5 lần đường kính CTN tính từ gương CTN vào khối đá - Bằng 1/4 ứng suất nguyên sinh vị trí mặt gương - Giảm xuống vị trí ổn định phía sau gương đào Phá huỷ dẻo khối đá xung quanh CTN khơng có nghĩa CTN bị sập đổ Khi vật liệu bị phá huỷ, chúng có độ bền hình thành vùng phá huỷ dẻo xung quanh CTN Nói cách khác, vùng dẻo hình thành lớn biến dạng xuất biên CTN lớn, khối đá bị phá huỷ chí bị sập đổ CTN khơng chống Hình 4.2 Mối quan hệ áp lực kết cấu chống pi điểm khác tiến độ CTN (Hoek, 1999a) Chức kết cấu chống điều khiển biến dạng khối đá xung quanh CTN để CTN không bị sập đổ Các kết cấu chống lắp đặt (như neo, vỏ bê tông phun khung chống thép ) ngăn cản phá huỷ khối đá xung quanh CTN trường ứng suất, kết cấu chống điều khiển quy luật biến dạng CTN (Hoek nnk, 1995) 4.3.2 Đường đặc tính khối đá Chương trình RocSupport sử dụng phương pháp phân tích “tương tác khối đá - kết cấu chống”, sử dụng “đường đặc tính khối đá” liên hệ với áp lực kết cấu chống ban đầu cho cơng trình ngầm Nội dung đường đặc tính khối đá sau: Giả sử đường hầm có tiết diện ngang hình trịn bán kính r0, chịu áp lực thuỷ tĩnh p0 áp lực kết cấu chống bên pi, hình vẽ đây: Khối đá xung quanh đường hầm bị phá huỷ áp lực bên vỏ chống đường hầm nhỏ áp lực tới hạn pcr (áp lực kết cấu chống tiêu chuẩn) Nếu áp lực kết cấu chống bên pi lớn áp lực tới hạn pcr, khối đá khơng bị phá huỷ, đặc tính khối đá xung quanh đường hầm đàn hồi Bán kính biến dạng đàn hồi vào bên đường hầm là: ro 1    uie  E  po  pi  Khi pi < pcr phá huỷ xảy xuất vùng biến dạng dẻo có bán kính rp xung quanh đường hầm Biến dạng dẻo hướng tâm uip định nghĩa đường đặc tính khối đá pi = pcr pi = Đường đặc tính khối đá hình 3.3 Từ hình vẽ cho thấy: + Biến dạng áp lực kết cấu chống ứng suất thuỷ tĩnh: pi = po + Biến dạng đàn hồi uie xảy khi: po > pi > pcr + Biến dạng dẻo uip xảy khi: pi < pcr + Biến dạng lớn áp lực kết cấu chống Khi biết bán kính đường hầm ứng suất ngun sinh, hình dạng đường đặc tính khối đá phụ thuộc vào giả thuyết tiêu chuẩn phá huỷ khối đá tính chất khối đá Đường đặc tính khối đá phụ thuộc vào tiêu chuẩn phá huỷ khối đá yếu tố sau: + Áp lực kết cấu chống tới hạn pcr + Bán kính vùng dẻo rp + Hình dạng đường đặc tính khối đá vùng dẻo (pi < pcr) Hai tiêu chuẩn phá hủy sử dụng RocSupport tiêu chuẩn phá huỷ Mohr - Coulomb Hoek - Brown để phân tích tương tác khối đá - kết cấu chống 4.3.3 Đặc tính kết cấu chống Để phân tích tương tác khối đá - kết cấu chống cách tốt nhất, phải xác định đường đặc tính kết cấu chống Đường cong hàm số thành phần sau: Biến dạng cơng trình ngầm trước kết cấu chống lắp đặt Độ cứng kết cấu chống Khả làm việc hệ kết cấu chống Hình 4.4 Quan hệ đường đặc tính kết cấu chống biến dạng CTN điểm cân Quay trở lại hình 3.1 ý đến biến dạng gương hầm Tại mặt gương, biến dạng đạt xấp xỉ 1/3 tổng biến dạng Trong chu kỳ đào khe hở biên cơng trình ngầm kết cấu kết cấu chống lắp đặt Do biến dạng tiếp tục xảy trước kết cấu chống làm việc Tổng biến dạng ban đầu gọi uso hình 3.4 Trước tiên, kết cấu chống lắp đặt toàn chu vi CTN tiếp xúc với khối đá, kết cấu chống bắt đầu biến dạng đàn hồi hình 3.4 Biến dạng đàn hồi lớn điều chỉnh kết cấu chống usm áp lực kết cấu chống lớn psm kết cấu chống Phụ thuộc vào đặc tính kết cấu chống, đặc tính khối đá xung quanh CTN trường ứng suất nguyên sinh, kết cấu chống bị biến dạng đàn hồi để chống lại biến dạng CTN 4.3.4 Điểm cân kết cấu chống - khối đá Điểm cân đạt đường đặc tính kết cấu chống cắt đường đặc tính khối đá trước đường tiến xa Nếu vỏ chống lắp đặt muộn (uso lớn hình 3.4), khối đá biến dạng lớn, làm phá huỷ vật liệu Hay nói cách khác, khả làm việc vỏ chống không đảm bảo (p sm nhỏ hình 4.4), giới hạn đường đặc tính kết cấu chống xuất trước cắt đường đặc tính khối đá Trong trường hợp trên, kết cấu chống khơng có tác dụng chống lại biến dạng khối đá không đạt điểm cân hình 4.4 4.3.5 Đặc tính kết cấu chống Trong RocSupport, độ cứng khả làm việc vỏ chống coi biến dạng lớn áp lực kết cấu chống lớn Các thông số sử dụng để phân tích tương tác kết cấu chống - khối đá Chú ý rằng: khả làm việc vỏ chống mơ tả đơn giản tương đương với áp lực bên CTN Kết cấu chống neo dính kết neo cáp không mô tả dạng Tuy nhiên, kết tính tốn bán kính vùng dẻo sử dụng hướng dẫn cho việc thiết kế chiều dài neo Độ cứng khả làm việc kết cấu chống neo, khung thép, bê tông phun vỏ chống hỗn hợp xác định từ mối quan hệ đơn giản Hoek Brown cơng bố (1980) Hoek tóm tắt lại (1999b) Những thông số xác định trước định nghĩa loại vỏ chống có RocSupport 4.3.6 Lắp đặt vỏ chống Trong RocSupport, đặc tính biến dạng sử dụng hình 4.5 Phương trình đường cong cho phép người sử dụng đưa giá trị đầu vào khoảng cách từ gương tính giá trị biến dạng biên Trong RocSupport, đường đặc tính biến dạng người sử dụng định nghĩa Việc xác định biến dạng CTN trước lắp đặt vỏ chống vấn đề phức tạp ý đến phân bố ứng suất chiều, phát triển phá huỷ xung quanh gương đào Chern nnk (1998) đưa kết thu từ phân tích phương pháp số chiều từ kết đo đạc CTN song song Hoek (1999a) đưa đường cong hình 4.5 cách lấy kết trung bình tác giả Hình 4.5 Biến dạng CTN hàm số khoảng cách từ gương đào 4.4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT Trong phần hướng dẫn người học cách sử dụng chương trình RocSupport thơng qua việc thực hành ví dụ tính tốn cụ thể 4.4.1 Tính tốn kết cấu chống loại Trong ví dụ minh hoạ chức RocSupport sử dụng phương pháp Duncan Fama để xác định đường đặc tính khối đá Trước tiên CTN phân tích khơng có kết cấu chống, sau lắp đặt vỏ chống cho CTN xác định hệ số an toàn cho vỏ chống, phân tích theo phương pháp xác định - Chức mơ hình: Giả sử CTN có đường kính 12m xây dựng độ sâu 60m khối đá có thơng số độ bền theo tiêu chuẩn Hoek - Brown: độ bền nén nguyên khối ci = MPa, số mi = 10 số độ bền địa chất GSI = 15 Bắt đầu dự án mới: Hãy bắt đầu chương trình RocSupport cách nhấp đúp chuột lên biểu tượng RocSupport thư mục cài đặt từ thực đơn Start chọn: Start  Program  Rocscience  RocSupport  RocSupport - Tạo file mới: Bắt đầu tạo mơ hình mới: Chọn: File  New Khi file tạo ra, đường đặc tính khối đá ban đầu Đường cong xây dựng sở thông số đầu vào mặc định chương trình Hình 4.9 Đường đặc tính khối đá xác định thông số mặc định - Mặt cắt ngang CTN Để xác định mặt cắt ngang mơ hình, chọn “Tunnel Section“ từ Toolbar trình đơn “Analysis“ Chọn: Analysis  Tunnel Section Mặt cắt ngang CTN sau: + Đường kính mặt cắt ngang, vùng dẻo (vùng bóng đen) Kích thước vùng dẻo vẽ tỷ lệ với đường kính CTN + Tóm tắt thơng số đầu vào Textbox, bật tắt Textbox cách nhấn chuột phải + Nếu vỏ chống lắp đặt mặt cắt ngang CTN bán kính vùng dẻo (cùng vỏ chống) hình Hình 4.10 Mặt cắt ngang CTN với liệu đầu vào (khơng có vỏ chống) - Thiết lập điều kiện cho dự án: Mặc dù không cần thiết phải thay đổi điều kiện cho dự án ví dụ này, xem hộp thoại Project Settings: Chọn: Analysis  Project Settings Hình 4.11 Hộp thoại Project Settings Trong hộp thoại Project Settings bạn nhập vào: + Tiêu đề dự án + Lựa chọn phương pháp kiểu phân tích + Vẽ đường cong đặc tính khối đá - Các thơng số khối đá CTN Đường kính CTN, ứng suất nguyên sinh thông số khối đá định nghĩa lựa chọn Tunnel Parameters, chọn từ Toolbar thực đơn Analysis Chọn: Analysis  Tunnel Parameters Trong phân tích xác định, thơng số khối đá CTN xuất hình vẽ 4.12 Vì sử dụng phương pháp Duncan Fama sở tiêu chuẩn phá huỷ Mohr - Coulomb nên cần thông số khối đá độ bền nén góc ma sát Hình 4.12 Hộp thoại nhập thông số khối đá CTN + Bán kính CTN: Chú ý: phải nhập bán kính CTN khơng phải đường kính CTN hộp thoại Tunnel and Rock Parameters Ở ví dụ đường kính CTN 12m, phải nhập bán kính CTN 6m + Ứng suất nguyên sinh: Trong hộp thoại Tunnel and Rock Parameters nhập vào ứng suất thuỷ tĩnh biết Tuy nhiên, bạn biết cách nhập liệu vào khác RocSupport, bạn thấy biểu tượng “Calculator” hộp thoại nhập liệu, có nghĩa liệu nhập vào xác định từ thông số khác Chẳng hạn, ứng suất nguyên sinh xác định từ chiều sâu CTN trọng lượng thể tích Hình 4.13 Hộp thoại xác định ứng suất nguyên đá sinh Trong hộp thoại Tunnel and Rock Parameters, chọn biểu tượng Calculator bên phải thông số In-Situ Stress, bạn thấy hộp thoại xác định ứng suất nguyên sinh hình 4.13 Nhập chiều sâu CTN 60m, trọng lượng riêng đá 0,027 MN/m3 Giá trị ứng suất nguyên sinh 1,62 MPa hộp thoại Chọn giá trị lên hộp thoại Tunnel and Rock Parameters Ứng suất nguyên sinh xác định đơn giản tích chiều sâu đặt CTN trọng lượng đơn vị đá: po = *H Trong đó: po: ứng suất nguyên sinh : trọng lượng đơn vị đá H: chiều sâu đặt CTN + Các thông số khối đá: Bây nhập thông số đàn hồi độ bền khối đá Cần nhớ rằng, ví dụ đặc tính khối đá cho theo thông số Hoek - Brown Tuy nhiên, phương pháp Duncan Fama lại sử dụng tiêu chuẩn phá huỷ Mohr - Coulomb Do cần tính góc ma sát lực dính kết Để thực điều này, chọn nút “Calculate from GSI ” hộp thoại Tunnel and Rock Parameters Nếu bạn chọn nút này, bạn thấy hộp thoại sau: Hình 4.14 Hộp thoại tính tốn thơng số GSI Hộp thoại cho phép bạn xác định thông số sau khối đá: + Mô đun đàn hồi + Độ bền nén + Góc ma sát Bằng cách nhập vào thông số Hoek - Brown: GSI, mi, UCS D Việc tính tốn thơng số tiện lợi mơ đun đàn hồi, độ bền nén góc ma sát thường đại lượng khó biết, thông số GSI, mi UCS thường biết Kết tính tốn dựa sở hàm số phương pháp trình bày Hoek, Carranza-Torres Corkum (2002) Bài báo trình bày tiêu chuẩn phá huỷ Hoek - Brown, bao gồm phương pháp xác định thông số Mohr - Coulomb tương ứng từ đường bao phá huỷ Hoek - Brown trình bày chương Trong hộp thoại tính tốn thông số, nhập giá trị sau: Độ bền nén trục nguyên khối UCS = 7, GSI = 15, mi = 10 Bạn thấy giá trị đầu khối đá là: + Mô đun đàn hồi E = 352,817 MPa + Độ bền nén đơn trục n = 0,46927 MPa + Góc ma sát khối đá  = 25,63940 Trước bạn chọn ý bên cạnh hộp thay đổi liệu nút “Pick” Bất bạn thấy biểu tượng chương trình RocSupport, có nghĩa liệu chọn tính tốn từ bảng biểu đồ thị Hãy xem ví dụ sau: Trong hộp thoại tính tốn thơng số, chọn nút “Pick” bên cạnh hộp giá trị GSI Bạn thấy bảng GSI cho phép xác định giá trị GSI sở cấu trúc đá điều kiện bề mặt khe nứt Hình 4.15 Bảng xác định giá trị GSI RocSupport (Hoek, 1998) Chú ý: + Nếu di chuyển chuột bảng, giá trị GSI bên cạnh trỏ điểm + Nếu nhấp chuột điểm bảng, giá trị GSI lên hộp giá trị GSI bảng GSI + Bạn thay đổi giá trị cần thiết Ý nghĩa nguồn gốc số độ bền địa chất GSI không mô tả chi tiết tài liệu Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng, thơng số GSI khơng cần thiết phải tuyệt đối xác, sử dụng khoảng giá trị thơng số phân tích Để biết thêm thơng tin xem tài liệu Hoek nnk (1995) Hoek (2004) Bây chọn nút “Pick” bên cạnh hộp giá trị “Intact Rock Constant mi”, bạn thấy hộp thoại cho phép bạn chọn giá trị cho mi sở loại đá Hình 4.16 Hộp thoại lựa chọn giá trị mi Sử dụng hộp thoại sau: + Chọn loại đá từ danh sách bên trái hộp thoại giá trị mi tương ứng tự động lên ô giá trị hộp thoại + Nếu muốn, bạn lọc bớt danh sách cách chọn loại đá hộp thoại Checkboxes, sau chọn loại đá Khi hộp thoại lên loại đá theo yêu cầu bạn danh sách Sau định chọn giá trị mi, chọn nút hộp thoại Pick Mi Value để đóng lại Chọn OK hộp thoại Parameter Calculator để quay trở hộp thoại Tunnel and Rock Parameters Chương trình tự động tính tốn giá trị mơ đun đàn hồi, độ bền nén góc ma sát kết hộp thoại Tunnel and Rock Parameters Chú ý phần số thập phân thông số làm trịn Tính tốn Bây nhập tất liệu cần thiết hộp thoại Tunnel and Rock Parameters Để ghi lại thông số vừa nhập chạy chương trình tính tốn bạn phải chọn nút Apply Tất kết phân tích cho đường đặc tính khối đá đường hầm thay đổi kết Đóng hộp thoại cách chọn nút Close X góc bên phải hộp thoại Chú ý bạn phải chọn nút Apply để ghi lại liệu chạy chương trình phân tích Nếu bạn chọn nút Close trước mà không chọn nút Apply, điều làm tất liệu mà bạn vừa nhập liệu ban đầu không thay đổi hình Phân tích kết (chưa có vỏ chống) Nếu bạn chưa xem kết quả, đóng sổ Tunnel Section lại Phóng to mơ hình cách chọn chức Zoom All phím F2 Chọn: View  Tunnel Section  Zoom All Có thể thấy tóm tắt thơng số đưa Project Info Textbox sau: + Bán kính vùng dẻo (khơng có vỏ chống) = 13,8 m + Độ hội tụ cuối CTN = 2% Hình 4.17 Kết phân tích khơng có vỏ chống Độ hội tụ CTN khơng chống 2%, CTN thuộc nhóm B bảng phân loại để xác định sơ kết cấu chống (ở phần phụ lục) Theo bảng phân loại này, kết cấu chống cho khối đá phân tích bao gồm neo bê tơng phun Xem phụ lục để biết thêm thông tin chi tiết Đường đặc tính khối đá Để xem đường cong đặc tính khối đá, chọn Ground Reaction từ cơng cụ từ thực đơn Analysis Chọn: Analysis  Ground Reaction Hình 3.18 Đường cong đặc tính khối đá ví dụ Theo mặc định, trục X đường cong đặc tính khối đá biểu diễn độ hội tụ CTN (%) Trục X biểu diễn biến dạng CTN cách nhấn chuột phải chọn Display Option hộp thoại xuất sau: Chọn Wall Displacement, trục X biểu diễn biến dạng CTN thay biểu diễn độ hội tụ CTN Chọn Thêm vỏ chống Bây thêm kết cấu neo để gia cố khối đá tìm hiểu ảnh hưởng chúng lên CTN Để thêm kết cấu kết cấu chống, chọn Support Parameters từ công cụ thực đơn Analysis Chọn: Analysis  Support Parameters Hình 3.19 Hộp thoại thơng số kết cấu chống Dựa kết phân tích cho CTN khơng có vỏ chống, loại vỏ chống phù hợp cho CTN này? Như mô tả phần phụ lục, độ hội tụ CTN không chống ví dụ 2%, thuộc nhóm B Để giữ ổn định cho CTN sử dụng neo bê tơng phun để kết cấu chống Trong ví dụ này, sử dụng neo gia cố có đường kính 34mm với mạng neo 1x1m Kết cấu chống lắp đặt khoảng cách 3m tính từ gương đào Thêm neo vào mơ sau: Chọn hộp đánh dấu Add Support bên Rockbolts tab Sử dụng neo 34mm mặc định danh sách loại neo Sử dụng mạng neo mặc định = 1x1m Nhập khoảng cách tới mặt gương = 3m Chọn nút Apply để ghi lại thông số kết cấu chống bạn vừa nhập chạy chương trình phân tích Hộp thoại hình 3.20 Sau nhập thông số trên, nhấn chuột vào Hình 4.20 Các thơng số kết cấu chống neo cho ví dụ Biến dạng áp lực kết cấu chống lớn Trước đóng hộp thoại Support Parameters, xem xét thông số hình: + Những giá trị thay đổi, chúng định nghĩa tính tốn (Hoek, 1999b) sở thơng số kết cấu chống vừa chọn + Khi cho trước đường kính CTN, áp lực kết cấu chống lớn phụ thuộc vào loại kết cấu chống chọn khoảng cách khung chống (đối với khung chống thép) khoảng cách mạng (đối với mạng neo) + Biến dạng lớn phụ thuộc vào loại kết cấu chống chọn mà không chịu ảnh hưởng khoảng cách khung chống hay khoảng cách mạng + Nếu không sử dụng loại kết cấu kết cấu chống có sẵn chương trình (neo, khung thép bê tơng phun) người sử dụng tự định nghĩa loại kết cấu chống hộp thoại Support Parameters Hãy xem phần trợ giúp chương trình RocSupport để biết thêm thơng tin cách định nghĩa loại kết cấu kết cấu chống khác + Có thể kết hợp loại kết cấu kết cấu chống khác (ví dụ kết hợp neo bê tơng phun) tốn Trong ví dụ này, với thông số kết cấu chống nhập tính áp lực kết cấu chống lớn = 0,354 MPa biến dạng lớn 59,25mm Bây đóng hộp thoại Support Parameters (chắc chắn bạn chọn nút Apply trước chọn nút Close), phân tích kết sử dụng kết cấu chống cho CTN Kết phân tích (có kết cấu kết cấu chống) Nếu cửa sổ Tunnel Section chưa kích hoạt, chọn Tunnel Section từ công cụ thực đơn Analysis để xem mặt cắt ngang CTN tóm tắt kết phân tích Hình 4.21 Kết phân tích chống neo Chú ý có bán kính biên vùng dẻo hình (đường nét đứt) Đường biên phía biểu diễn vùng dẻo (vùng bóng) xung quanh CTN kết cấu chống lắp đặt Đường biên phía ngồi vẽ vùng dẻo CTN khơng có kết cấu kết cấu chống Khi di chuyển chuột đến vùng bóng, xuất dịng thơng tin “bán kính vùng dẻo: 10,01 m” di chuyển chuột ngồi đường biên xuất dịng thơng tin “bán kính vùng dẻo khơng kết cấu chống: 13,77 m” Tóm tắt kết phân tích thể Project Info textbox với thông số sau: + Hệ số an toàn + Áp lực kết cấu chống huy động + Bán kính vùng dẻo (giảm từ 13,8m xuống 10,0m có kết cấu kết cấu chống) + Độ hội tụ CTN (giảm từ 2,0% xuống 0,99% có kết cấu chống) Hệ số an tồn Hệ số an toàn sử dụng kết cấu kết cấu chống neo 1,84 Áp lực kết cấu chống huy động Áp lực kết cấu chống huy động áp lực kết cấu chống xác định từ giao điểm đường đặc tính khối đá đường đặc tính kết cấu chống hình 3.4 Khi hệ số an tồn lớn 1, giá trị ln ln nhỏ áp lực kết cấu chống lớn Bán kính vùng dẻo Khi sử dụng neo làm kết cấu chống, bán kính vùng dẻo giảm từ 13,8m xuống 10,0m Chú ý chiều dài neo: Mặc dù chiều dài neo khơng nhập vào phân tích RocSupport (kết cấu chống mơ hình tương đương với áp lực phân bố bên trong), bán kính vùng dẻo sở để tính tốn chiều dài neo cần thiết Để neo làm việc có hiệu quả, neo phải cắm sâu vào vùng đá không bị phá hủy, có nghĩa chiều dài neo chọn sở vùng biến dạng dẻo Theo mặc định, chiều dài neo RocSupport tự động kéo dài thêm 2,0m sở bán kính vùng dẻo vẽ neo hình Ở ví dụ chiều dài neo xấp xỉ 6m Giá trị mặc định 2m thay đổi Section View hộp thoại Display Options Đường đặc tính khối đá đường đặc tính kết cấu chống Bây chọn Ground Reaction để xem thể đường đặc tính khối đá đường cong đặc tính kết cấu chống đồ thị Chọn: Analysis  Ground Reaction Hình 4.22 Đường đặc tính khối đá đường đặc tính kết cấu chống Như đề cập phần giới thiệu, cần ý vấn đề sau đường cong đặc tính kết cấu chống: + Ban đầu trục ngang (độ hội tụ CTN) đường cong đặc tính kết cấu chống biểu diễn khoảng cách từ gương CTN đến kết cấu chống nhập vào hộp thoại thông số kết cấu chống Xem phần giới thiệu để biết cách xác định giá trị + Độ dốc phần đàn hồi đường cong đặc tính kết cấu chống áp lực kết cấu chống lớn chia cho biến dạng lớn + Giao điểm đường cong đặc tính kết cấu chống đường đặc tính khối đá xác định áp lực kết cấu chống huy động, độ hội tụ cuối CTN (có kết cấu chống) bán kính vùng biến dạng dẻo ghi lại Tunnel Section View Nếu đường đặc tính khối đá giao với đường đặc tính khối đá phần đàn hồi ví dụ, áp lực kết cấu chống huy động độ hội tụ CTN có giá trị vị trí cân Phối hợp loại kết cấu kết cấu chống Như đề cập phần trước, hộp thoại Support Parameters cho phép lựa chọn kết hợp nhiều loại kết cấu chống cho mơ hình Ví dụ, kết hợp sử dụng neo bê tông phun cho mơ hình cách chọn Add Support Checkbox cho neo bê tông phun nhập thông số theo yêu cầu Khi sử dụng kết hợp nhiều loại kết cấu chống mơ hình, áp dụng quy luật sau để tính áp lực kết cấu chống lớn biến dạng lớn nhất: + Áp lực kết cấu chống lớn tổng áp lực loại kết cấu sử dụng + Biến dạng lớn giá trị biến dạng trung bình loại kết cấu sử dụng Bây thêm bê tông phun vào kết cấu chống neo cho CTN quan sát ảnh hưởng chúng đến kết phân tích Chọn: Analysis  Support Parameters Trong hộp thoại Support Parameters: Chọn Shotcrete tab Chọn Add Support checkbox Chú ý: có đánh dấu màu xanh xuất Rockbolts tab Shotcrete tab, có nghĩa neo bê tông phun làm việc Chọn chiều dày lớp bê tông phun 50mm, 28 ngày tuổi từ danh sách cửa sổ Properties Chọn nút Apply để ghi lại thông số bê tơng phun chạy lại chương trình phân tích Kết cũ thay đổi theo thông số đầu vào Hộp thoại xuất hình 3.23 Trước đóng hộp thoại Support Parameters, ý giá trị áp lực kết cấu chống lớn biến dạng lớn hộp thoại Đó giá trị kết hợp neo bê tông phun + Áp lực kết cấu chống lớn tổng áp lực kết cấu chống neo 34mm 50mm bê tông phun (0,354 + 0,325 = 0,679) + Biến dạng lớn giá trị trung bình giá trị biến dạng sử dụng neo bê tông phun (0,2% + 0,1%)/2 = 0,15% Bây đóng hộp thoại quan sát kết phân tích Chú ý: chiều dày lớp bê tơng phun (hoặc khung thép) không vẽ tỉ lệ với mặt cắt ngang CTN Nếu cần thiết, vẽ với chiều dày khác (mm) % bán kính CTN lựa chọn hộp thoại Display Options (sử dụng lựa chọn Thickness of Support Layer Section View tab) Hình 4.23 Thêm bê tơng phun hộp thoại thơng số kết cấu chống Phân tích kết (kết cấu chống hỗn hợp) Trong bảng 4.11 tóm tắt kết trường hợp khơng có kết cấu kết cấu chống, kết cấu chống neo kết hợp kết cấu chống neo bê tông phun BẢNG 4.1 TĨM TẮT KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA VÍ DỤ Không chống Neo Neo + Bêtông phun Hệ số an toàn 1,8 3,2 Áp lực kết cấu chống 0,19 0,21 (MPa) Bán kính vùng dẻo (m) 13,8 10,0 9,7 Độ hội tụ CTN (%) 2,0 1,0 0,9 Có thể thấy rằng, thêm bê tơng phun kết cấu chống không ảnh hưởng nhiều tới bán kính vùng biến dạng dẻo, độ hội tụ CTN áp lực kết cấu chống huy động so với có kết cấu neo kết cấu chống đơn lẻ Trong trường hợp này, khả làm việc kết cấu chống không làm thay đổi giao điểm đường đặc tính khối đá đường đặc tính kết cấu chống, so sánh hình 3.22 3.24 Tuy nhiên hệ số an toàn kết cấu chống kết hợp tăng từ 1,8 lên 3,2 Bây xem xét hệ số an toàn hệ thống kết cấu chống Hãy nhớ sử dụng độ bền 28 ngày bê tông phun Áp lực kết cấu chống tạo bê tông phun thời gian sớm nhỏ độ bền 28 ngày nó, cần phải ý đến điều tính tốn hệ số an toàn trạng thái khác bê tơng phun Hình 4.24 Đường đặc tính khối đá đường đặc tính kết hợp neo bê tơng phun Xem thông tin Cuối xem lựa chọn Info Viewer Lựa chọn cho biết tóm tắt tất liệu vào kết chương trình phân tích Chọn: Analysis  Info Viewer Hình 4.25 Giao diện xem thơng tin Có thể copy thông tin Info Viewer cách chọn lệnh Copy từ thực đơn Edit công cụ ngang thực đơn nhấp chuột phải, sau dán vào ứng dụng khác để viết báo cáo trình bày Cũng ghi lại file thông tin dạng rtf file txt file Để khỏi chương trình chọn: File  Exit 4.4.2 Thiết kế kết cấu chống loại Ví dụ mơ hình đường hầm với độ ổn định nhiều so với ví dụ 1, yêu cầu kết cấu chống lớn cho CTN Sử dụng phương pháp Carranza - Torres để xác định đường đặc tính khối đá Sử dụng phương pháp phân tích xác định để phân tích (tất thơng số giả thiết biết xác) Các thơng số mơ hình: Một đường hầm có đường kính 10m xây dựng độ sâu 75m khối đá có độ bền theo tiêu chuẩn Hoek – Brown: ci = MPa, mi = 12 GSI = 17 Nếu chương trình chưa kích hoạt, bắt đầu chạy chương trình RocSupport tạo file để bắt đầu làm việc Chọn: File  New Lập dự án: Trong ví dụ sử dụng phương pháp Carranza - Torres Chọn phương pháp từ hộp thoại Project Settings Chọn: Analysis  Project Settings Hình 4.26 Hộp thoại Project Settings Trong hộp thoại Project Settings, chọn phương pháp Carranza - Torres Nhập tiêu đề dự án RocSupport Example chọn Ngay lập tức, hộp thoại thông số khối đá kết cấu chống Bất bạn thay đổi từ phương pháp tính tốn sang phương pháp tính tốn khác, hộp thoại tự động Bởi thơng số khối đá đầu vào phương pháp khác nhau, điều cần thiết để người sử dụng sử dụng thơng số cho q trình phân tích Chú ý: + Phương pháp Carranza - Torres (2004) sử dụng tiêu chuẩn phá huỷ Hoek - Brown để xác định đường đặc tính khối đá bán kính vùng dẻo + Phương pháp Duncan Fama (1993) sử dụng tiêu chuẩn phá huỷ Mohr - Coulomb để xác định đường đặc tính khối đá bán kính vùng dẻo Các thơng số khối đá CTN Đường hầm có đường kính 10m, bán kính đường hầm 5m Ứng suất ngun sinh: Ứng suất nguyên sinh xác định từ chiều sâu đặt CTN Chọn nút Estimate bên cạnh hộp giá trị ứng suất nguyên sinh Nhập chiều sâu đặt CTN = 75m Chọn OK hộp thoại Estimate In-Situ Stress Xác định ứng suất nguyên sinh 2,02 MPa Các thông số khối đá: Nhập thông số khối đá sau: mi = 12, GSI = 17 ci = Hình 4.27 Các thơng số khối đá CTN ví dụ Mơ đun đàn hồi Young: Chú ý có nút tính tốn mơ đun đàn hồi bên cạnh hộp thơng số Young’s Modulus Hình 4.28 Xác định mơ đun đàn hồi từ thông số độ bền Nếu bạn chọn nút này, mô đun đàn hồi khối đá tự động tính tốn từ giá trị GSI, UCS hệ số ảnh hưởng chấn động D Phương trình sử dụng để tính tốn mơ đun đàn hồi tìm Hoek, Carranza-Torres Corkum (2002) Trong ví dụ này, mơ đun đàn hồi khối đá tính 299 MPa Áp dụng: Bây chọn nút Apply để ghi lại thông số khối đá CTN bạn vừa nhập vào chạy chương trình phân tích với thơng số Sau chọn Phân tích kết (khơng có vỏ chống) Đường đặc tính khối đá xuất sau: Hình 4.29 Đường đặc tính khối đá khơng có vỏ chống ví dụ Độ hội tụ đường hầm = 13,1% Đây giá trị cao, đề cập phần phụ lục, CTN với thơng số đầu vào ví dụ khơng ổn định Do cần phải lắp đặt kết cấu chống gần sát với gương đào CTN Chọn: Analysis  Tunnel Section Hình 4.30 Mặt cắt ngang CTN khơng có vỏ chống ví dụ Chú ý bán kính vùng dẻo lớn (26,4m) hình thành xung quanh CTN không chống Thêm vỏ chống Để đưa kết cấu chống vào chống đỡ khối đá xung quanh CTN, bắt đầu với khung thép hình chữ I (chiều cao 254mm, chiều rộng 203mm, trọng lượng 82kg/m) với bước chống 1,5m lắp đặt cách gương đào 3m Chọn: Analysis  Support Parameters Hình 4.31 Các thơng số kết cấu chống khung thép chữ I Trong hộp thoại thông số kết cấu chống: Chọn Steel Sets chọn Add Support checkbox Chọn thép hình chữ I danh sách Chúng ta thấy chiều rộng cánh mặc định chọn 203mm Nhập bước chống = 1,5m khoảng cách từ gương CTN đến khung chống 3m Chọn nút để ghi lại thông số kết cấu chống mà bạn vừa nhập chạy lại chương trinh phân tích Chọn để đóng sổ lại Phân tích kết (có vỏ chống) Đường đặc tính khối đá đường đặc tính kết cấu chống xuất sau: .. .2 Các phương pháp số: nghiên cứu trình phá huỷ khối đá bao quanh CTN tương tác kết cấu chống tạm thời cố định với trình phá huỷ khối đá phần mềm phương pháp số Phase2, Plaxis, UDEC,... Hình 4 .25 Giao diện xem thơng tin Có thể copy thông tin Info Viewer cách chọn lệnh Copy từ thực đơn Edit công cụ ngang thực đơn nhấp chuột phải, sau dán vào ứng dụng khác để viết báo cáo trình. .. Torres Chọn phương pháp từ hộp thoại Project Settings Chọn: Analysis  Project Settings Hình 4 .26 Hộp thoại Project Settings Trong hộp thoại Project Settings, chọn phương pháp Carranza - Torres Nhập