tóm tắt tính toán kết cấu công trình ngầm tiết diện tròn có xét đến ảnh hưởng lưu biến của môi trường đá xung quanh

1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Do phát triển kinh tế quốc phịng, cơng trình ngầm ngày ứng dụng rộng rãi thực tế, việc nghiên cứu, hồn thiện phương pháp tính tốn thiết kế cơng trình ngầm vấn đề có ý nghĩa thực tế quan trọng Do tính chất phức tạp tốn tính kết cấu cơng trình ngầm có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường đất đá xung quanh nên phương pháp tính tốn truyền thống cơng trình ngầm thường bỏ qua ảnh hưởng tính lưu biến mơi trường Đây nguyên nhân việc số cơng trình ngầm bị xuống cấp, lún nứt sau thời gian đưa vào sử dụng Vì vấn đề “Tính tốn kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường đá xung quanh“ đặt luận án có ý nghĩa khoa học thực tiễn, đặc biệt lĩnh vực xây dựng cơng trình quốc phịng 2.Mục đích luận án Nghiên cứu tính tốn kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn tiếp xúc với mơi trường đá xung quanh có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường 3.Nội dung luận án - Nghiên cứu lựa chọn mô hình lưu biến thích hợp mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm; - Nghiên cứu trạng thái ứng suất- biến dạng môi trường đá xung quanh cơng trình ngầm tiết diện trịn trước sau xuất khoang hầm vỏ hầm có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường; - Nghiên cứu trạng thái nội lực-chuyển vị kết cấu vỏ hầm đặt mơi trường đá có xét đến lưu biến môi trường; - Nghiên cứu số ảnh hưởng lưu biến môi trường đá đến trạng thái nội lực kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn tiếp xúc với mơi trường; - Kết luận kết nghiên cứu luận án nêu phương hướng nghiên cứu tiếp theo, ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 4.Phạm vi nghiên cứu luận án Để phù hợp với mục đích nghiên cứu, luận án xét đến cơng trình ngầm đặt sâu mơi trường đá, đảm bảo đủ điều kiện để thi công theo phương án đào ngầm Thuật ngữ “ kết cấu cơng trình ngầm” sử dụng luận án thống hiểu theo nghĩa hẹp, kết cấu lớp vỏ chống giữ công trình ngầm (vỏ hầm), nằm phía khối đá xung quanh cơng trình ngầm, thi cơng dạng liền khối loại vật liệu bê tông, bê tông cốt thép Trong luận án tập trung nghiên cứu trạng thái ứng suất- biến dạng môi trường đá xung quanh cơng trình ngầm có tiết diện tròn trạng thái nội lựcchuyển vị kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn có xét đến lưu biến mơi trường Các cơng trình ngầm tiết diện tròn sử dụng phổ biến phù hợp lĩnh vực giao thông (hầm đường bộ, hầm đường sắt), thủy lợi- thủy điện (hầm dẫn dòng, hầm dẫn nước) số cơng trình ngầm qn có cơng đặc biệt Các cơng trình ngầm có tiết diện dạng khơng trịn đề cập đến cơng trình nghiên cứu khác 5.Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm số máy tính 6.Cấu trúc luận án Luận án gồm có: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Phân tích lựa chọn mơ hình lưu biến thích hợp mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm - Chương 3: Nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm tiết diện trịn có kể đến ảnh hưởng lưu biến mơi trường - Chương 4: Nghiên cứu số ảnh hưởng lưu biến môi trường đá đến trạng thái nội lực kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn tiếp xúc với mơi trường - Kết luận NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Chương TỔNG QUAN Trình bày tổng quan lưu biến phương pháp tính tốn kết cấu cơng trình ngầm, sâu tìm hiểu phương pháp có kể đến ảnh hưởng lưu biến môi trường đất đá kết cấu công trình ngầm, từ rút vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển Qua nội dung nghiên cứu tổng quan, rút số kết luận: - Việc nghiên cứu phương pháp tính tốn cơng trình ngầm có kể đến tính lưu biến mơi trường đất đá nói chung mơi trường đá nói riêng có ý nghĩa khoa học thực tiễn - Hướng nghiên cứu tính tốn kết cấu cơng trình ngầm có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường đất đá xung quanh nghiên cứu nên kết đạt cịn ít, chưa phản ánh đầy đủ làm việc thực cơng trình ngầm môi trường Trên sở hạn chế mà phần tổng quan nêu lên, tác giả luận án tập trung vào vấn đề: “Tính tốn kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường đá xung quanh“ Phương pháp tính tốn lời giải giải tích kết hp vi cỏc phng phỏp s Ch-ơng Phân tích lựa chọn mô hình l-u biến thích hợp môi tr-ờng đá xung quanh công trình ngầm Đặt vấn đề Mơi trường đá có cấu tạo phức tạp, chịu ảnh hưởng yếu tố tự nhiên Các tính chất học chúng thay đổi theo khơng gian thời gian Các cơng trình ngầm xây dựng môi trường đá cần phải biết quy luật biến đổi học mơi trường, từ xây dựng mơ hình tính phù hợp với cơng trình ngầm, phản ánh trạng thái ứng suất- biến dạng cho mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm trạng thái nội lực – chuyển vị kết cấu vỏ hầm 2.1 Các tính chất lưu biến đá Đá môi trường phức tạp, qua nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, quan niệm xác đầy đủ nhà khoa học lĩnh vực học đá cơng trình ngầm cho quan hệ ứng suất - biến dạng nhiều loại đá phi tuyến, môi trường đá môi trường lưu biến Tính chất lưu biến đá thể ba dạng: từ biến; chùng ứng suất; độ bền lâu dài 2.2 Các mơ hình học đá Để mơ q trình lưu biến đá, thiết lập mơ hình lưu biến từ phần tử lưu biến phần tử đàn hồi Hooke (lị xo), phần tử nhớt Newton (pittơng), phần tử dẻo lý tưởng (ma sát), phần tử dẻo giảm bền, phần tử dẻo phá huỷ dòn (khe nứt) Mỗi phần tử lưu biến mơ hình đá 2.3 Các nhóm mơ hình lưu biến đá 2.3.1 Nhóm mơ hình đàn hồi - nhớt tuyến tính Các mơ hình thuộc nhóm có tham gia phần tử nhớt Newton (pittơng), có biểu biến dạng thay đổi theo thời gian 2.3.2 Nhóm mơ hình đàn hồi- nhớt - dẻo Trên sở nhóm mơ hình mơ hình đàn hồi – dẻo (có khơng phụ thuộc vào thời gian), nhà nghiên cứu kết hợp biểu phù hợp xây dựng nhóm mơ hình phản ánh tính chất đàn hồi, nhớt, dẻo đá 2.4 Nghiên cứu, lựa chọn mơ hình lưu biến thích hợp cho mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm 2.4.1 Mơ hình lưu biến Poynting – Thomson Hình 2.7 Mơ hình lưu biến Poynting – Thomson Hình 2.8 Biểu đồ từ biến đơn trục Hình 2.10 Các dạng đường cong chùng ƯS 2.4.2 Mơ hình lưu biến Zener Hình 2.12 Mơ hình lưu biến Zener Hình 2.13 Biểu đồ từ biến đơn trục Hình 2.15 Các dạng đường cong chùng ƯS Dạng đường cong chùng ứng suất lý thuyết mơ hình lưu biến Zener tương tự mơ hình lưu biến Poynting- Thomson Mơ hình có biến dạng đàn hồi tức thời có biểu biến dạng lý thuyết phản ánh kết thực nghiệm với chế độ chịu tải tương ứng 2.5 Các đặc trưng biến dạng đá xác định thực nghiệm Để khảo sát tính chất lưu biến đá, phục vụ cho tính tốn thử nghiệm mơ hình, luận án sử dụng kết tổng hợp, phân tích biểu từ biến đá phịng thí nghiệm trường số tác giả thực 5 2.6 Xác định tham số mơ hình lưu biến theo số liệu thực nghiệm Về mặt lý thuyết, mơ hình lưu biến lựa chọn phản ánh đầy đủ phù hợp với thực nghiệm Dựa vào đó, kết hợp với thí nghiệm khơng q phức tạp thực phịng, ta xác định tham số mơ hình như: E, E0, M,  Trình tự thực sơ đồ khối hình 2.26 Hình 2.26 Sơ đồ khối tính tốn tham số mơ hình Viết chương trình ngơn ngữ Matlab chạy máy tính hệ điều hành Window XP để tính tốn xác định tham số mơi trường đá Hình 2.27 Giao diện chương trình tính tốn tham số mơ hình Bảng 2.3 Kết tính tốn tham số mơ hình số loại đá Tên đá Đá Vivinit Sét kỷ Cambri Đá cát kết Đá vơi Mơ hình PoyntingThomson Zener PoyntingThomson Zener PoyntingThomson Zener PoyntingThomson Zener (MPa.h) E(MPa) Eo(MPa) M(MPa) 1365.00 5460.00 780.00 467.60 1706.25 6825.00 880.65 516.94 650.00 1744.74 541.67 8539.53 892.16 2394.74 700.00 11041.82 1066.23 628.51 947.06 3356.64 2875.00 1694.74 2146.67 8380.43 4800.00 7200.00 3000.00 8309.92 8000.00 12000.00 4000.00 14563.83 Kết luận chương Mơ hình lưu biến Poynting – Thomson lưu biến Zener có biểu mặt lý thuyết trình lưu biến phù hợp với biểu đồ thực nghiệm loại đá có biến dạng đàn hồi tức thời Việc xác định tham số cho mơ hình lưu biến Poynting- Thomson Zener nội dung quan trọng, làm tiền đề cho nội dung nghiên cứu chương trạng thái ứng suất – biến dạng môi trường đất đá xung quanh công trình ngầm mơi trường đất đá mơ hình hóa mơ hình lưu biến Chương NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA MƠI TRƯỜNG ĐÁ XUNG QUANH CƠNG TRÌNH NGẦM TIẾT DIỆN TRÕN CĨ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG LƯU BIẾN CỦA MƠI TRƯỜNG 3.1 Mơ hình lưu biến trạng thái ứng suất phức tạp Trong chương nghiên cứu khảo sát biểu biến dạng đá trạng thái ứng suất đơn trục, để giải toán cụ thể trường hợp tổng quát hơn, phần tìm hiểu quan hệ ứng suất biến dạng mơ hình lưu biến trạng thái ba trục 3.2 Xác định trạng thái ứng suất biến dạng (chuyển vị) môi trường đá lưu biến xung quanh cơng trình ngầm tiết diện trịn áp lực đá tác dụng lên kết cấu vỏ hầm Hình 3.3 Sơ đồ tốn trường hợp khơng có vỏ hầm Hình 3.4 Sơ đồ tốn trường hợp có vỏ hầm 3.2.1Mơ hình hố mơi trường mơ hình lưu biến PoyntingThomson a Trường hợp khơng có vỏ hầm A(t ) pR2 G (3.48) u (r , t )   [1  exp( t )]; r 2Gr  r  pR pR R2 , R (3.49)  t   t  exp     p(1  )   exp     p(1  ) 2G 2G       r2 r2 b Trường hợp có vỏ hầm u r , t    At  PR KR  2G   1  exp(  KR  2 t  r r ( KR  2G)   qR, t   Ku R t    KR  2G  PKR  1  exp    KR  2 t   KR  2G    (3.55) (3.56)   r  P 1      KR  2G   R2  2G  KR exp    KR  2 t     r ( KR  2G)      (3.58)    KR  2G   R2  2G  KR exp     t    r ( KR  2G)   KR  2       P 1  (3.59)   3.2.2 Mơ hình hố mơi trường mơ hình lưu biến Zener a Trường hợp khơng có vỏ hầm u r , t    r  A(t ) PR  G   1  exp(   t ) r 2Gr   (3.64) 2 PR R2  t exp     P(1  ) ;   PR exp   t   P(1  R2 )    2G  2G  r r   (3.65) b Trường hợp có vỏ hầm u r , t    At  PR KR  2G  ;  1  exp(  KR  2 t ) r r ( KR  2G)   P.KR  KR  2G   exp(  t) KR  2G  KR  2    (3.70) R2 KR  2G  (2G  KR exp(  t )) KR  2  r ( KR  2G) (3.72) qR, t   Ku R t       P 1  (3.69)   R2 KR  2G   r  P 1  (2G  KR exp(  t )) KR  2   r ( KR  2G) (3.73) 3.3 Xác định vùng hố dẻo phá huỷ mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm 3.3.1 Mơi trường mơ hình lưu biến Poynting – Thomson Khi khơng có vỏ hầm: Rd  R Khi có vỏ hầm: Rd  R P * d (1   ) (3.82) P (1   )2G *  d KR  2G (3.83) 3.3.2 Mơi trường mơ hình lưu biến Zener Khi khơng có vỏ hầm: Rd  R PG H (1   )(1   H )(1  2 K ) ;  G H (1   H )(1  2 K )  pG K (1  4 H )   (1  4 K  H  2 K  2 H ) (3.93) * d Khi có vỏ hầm: Rd  R  * d pGGH 1   1   H 1  2 K  GH 1   H 1  2 K   pGK 1   1  2 H  KR  2G   (3.98) 3.4 Thử nghiệm số khảo sát trạng thái ứng suất-biến dạng khối đá xung quanh công trình ngầm kể đến lưu biến 3.4.1 Khảo sát trường hợp cơng trình ngầm khơng vỏ Hình 3.8 Sơ đồ khối khảo sát trạng thái ƯS-BD môi trường xung quanh khoang hầm khơng vỏ Các số liệu tính tốn: Hình dạng kích thước khoang hầm: Khoang hầm dạng trịn, bán kính R= 3m đặt sâu mơi trường đá địa hình núi cao có chiều dày tầng phủ H = 1000m Môi trường đất đá: Đá vơi khơng cứng, trọng lượng thể tích  = 2580 kg/m3, góc ma sát  = 70o Mơ hình hố mơi trường mơ hình lưu biến Poynting-Thomson mơ hình lưu biến Zener với tham số xác định nhờ tốn xác định tham số mơ hình (chương 2), tham số mơ hình để phục vụ tính tốn lấy từ bảng kết (bảng 2.3) Kết đồ thị khảo sát : 10 Hình 3.10 Quan hệ (r)-r mơ hình lưu biến Poynting – Thomson Hình 3.12 Quan hệ r-t xung quanh khoang hầm khơng vỏ Hình 3.13 Quan hệ  -t xung quanh khoang hầm khơng vỏ 11 Hình 3.15 Quan hệ u(r,t) – t CTN không vỏ 3.4.2 Khảo sát trường hợp cơng trình ngầm có vỏ Hình 3.17 Sơ đồ khối khảo sát trạng thái ƯS-BD môi trường xung quanh vỏ hầm 12 Các số liệu ban đầu: Hình dạng kích thước cơng trình ngầm: Cơng trình ngầm dạng trịn, bán kính mép ngồi R = 3m đặt sâu môi trường đá khối đá địa hình núi cao có chiều dày tầng phủ H = 1000m Vỏ hầm bê tơng tồn khối mác 300# dày 0,3m Các tham số vỏ hầm khai báo nhập mơđun chương trình “Tham so vo ham” (hình 3.18) Mơi trường đất đá: Đá vơi khơng cứng, trọng lượng thể tích  = 2580 kg/m3, góc ma sát  = 70o Mơ hình hố mơi trường mơ hình lưu biến Poynting-Thomson mơ hình lưu biến Zener với tham số xác định nhờ tốn xác định tham số mơ hình mơđun chương trình “Tinh toan tham so mo hinh” thực chương Hai mơđun chương trình mã nguồn cho chương trình “Reologhia-B1” tính tốn đại lượng đặc trưng cần khảo sát Kết đồ thị khảo sát : Hình 3.19Quan hệ (r)-r mơ hình lưu biến Poynting-Thomson Zener có vỏ Hình 3.20Quan hệ (r)-t mơ hình lưu biến Poynting-Thomson Zener có vỏ 13 Hình 3.22 Quan hệ u(r,t) – t trường hợp có vỏ hầm Hình 3.23 Quan hệ q(R,t) – t trường hợp có vỏ hầm So sánh kết tính tốn thấy rằng: - Khi khoang hầm khơng có vỏ hầm, q trình giảm bền, hố dẻo dẫn đến phá huỷ mơi trường xung quanh diễn nhanh hơn, phạm vi ảnh hưởng rộng hơn, đá bị phá huỷ sau (dẻo phá huỷ dịn) Q trình phân bố lại ứng suất xảy sau xuất khoang hầm - Q trình hố dẻo chủ yếu diễn cơng trình ngầm có vỏ hầm thời gian dài, vùng ảnh hưởng hạn chế Kết khảo sát toán trường hợp cho thấy việc lựa chọn hai mơ hình lưu biến Poynting- Thomson Zener để mơ hình hố mơi trường đá khối đá tính tốn cơng trình ngầm đắn thể đầy đủ biểu môi trường lưu biến Kết luận chương Trong chương phân tích đưa lời giải khảo sát toán liên quan đến trạng thái ứng suất, biến dạng, chuyển vị môi trường đá xung 14 quanh khoang hầm tiết diện trịn khơng vỏ kết cấu vỏ hầm áp lực đá tác dụng lên vỏ hầm kể đến ảnh hưởng lưu biến Ứng với số loại đá phù hợp, sử dụng mơ hình lưu biến xác định tham số mơ hình, ta xác định vùng trạng thái mơi trường xung quanh cơng trình ngầm Qua thấy rằng, sau xuất khoang hầm, mơi trường đá bắt đầu chuyển vị phía khoảng trống trị số ứng suất thứ sinh vùng đá xung quanh cơng trình ngầm biến đổi liên tục Tới thời điểm vùng trạng thái khác xuất Ch-¬ng NGHIÊN CỨU BẰNG SỐ VỀ ẢNH HƯỞNG LƯU BIẾN CỦA MÔI TRƯỜNG ĐÁ ĐẾN TRẠNG THÁI NỘI LỰC CỦA KẾT CẤU CƠNG TRÌNH NGẦM TIẾT DIỆN TRÕN TIẾP XƯC VỚI MƠI TRƯỜNG 4.1 Các mơ hình tiếp xúc kết cấu vỏ hầm tiết diện trịn với mơi trường đá có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường Phù hợp với mơ hình đàn hồi – lưu biến hệ vỏ hầm - đất đá Trong chương giả thiết kết cấu vỏ hầm làm việc giai đoạn đàn hồi, khối đá xung quanh cơng trình ngầm mơi trường lưu biến Trong tính tốn khảo sát với trường hợp thỏa mãn điều kiện: - Hình dạng đường hầm hình trịn; R0- b¸n kÝnh mÐp trong; R- bán kính mép Chiu di dc trc ca cơng trình đủ lớn để đưa tốn tốn biến dạng phẳng - Bài tốn có tính đối xứng trục điều kiện trường ứng suất thuỷ tĩnh (=1) Tiếp xúc kết cấu vỏ hầm với môi trường giả thiết liên tục toàn chu vi kết cấu chuyển vị theo phương pháp tuyến, đặc trưng áp lực đá (cũng phản lực vỏ hầm): q=f(uR) =q(R,t) Mơ hình tính tổng qt tốn thể hình vẽ 4.3 Hình 4.3 Mơ hình tính tổng qt 15 4.1.1 Phân tích mơ hình tiếp xúc tồn phần kết cấu vỏ hầm với mơi trường đá Hình 4.4 Mơ hình tiếp xúc tồn phần kết cấu vỏ hầm với mơi trường đá Hình 4.5: Sơ đồ tính tốn theo mơ hình tiếp xúc tồn phần 4.1.2 Phân tích mơ hình tiếp xúc điểm kết cấu vỏ hầm với mơi trường đá Hình 4.6: Mơ hình tiếp xúc điểm kết cấu vỏ hầm vi mụi trng t ỏ 16 Hình 4.7: Sơ đồ tính toán theo mô hình tiếp xúc điểm 4.1.3 Phân tích mô hình tiếp xúc tr-ợt tự không ma sát vỏ hầm môi tr-ờng đá Hỡnh 4.8Mụ hình tiếp xúc trượt tự khơng ma sát kết cấu vỏ hầm với mơi trường đá H×nh 4.9: Sơ đồ tính toán theo mô hình tiếp xúc tr-ợt tự không ma sát 17 4.2 Tớnh toỏn th nghiệm số kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn có xét đến ảnh hưởng lưu biến mơi trường đá xung quanh 4.2.1 Sơ đồ khối: Qua ph©n tÝch mô hình tiếp xúc ph-ơng pháp tính toán nội lực trên, kết hợp với nội dung đà nghiên cứu ch-ơng ch-ơng 3, để tính toán nội lực kết cấu công trình ngầm có kể đến ảnh h-ởng l-u biến môi tr-ờng đá xung quanh, tiến hành lập sơ đồ khối cho toán tổng quát (hình 4.10) Theo s tổng quát lập, sử dụng ngôn ngữ Matlap lập chương trình tính tốn tính tốn thử nghiệm số Các chương trình xác định tham số mơ hình lưu biến xác định trạng thái ứng suất – biến dạng, tải trọng lập chương chương sử dụng làm mơđun chương trình tính tốn tốn tổng qt Hình 4.10: Sơ đồ khối toán tổng quát 18 4.2.2 Các số liệu ban đầu: Hình dạng kích thước cơng trình ngầm: Cơng trình ngầm tiết diện trịn, bán kính mép ngồi R = 6m đặt sâu môi trường đá khối đá địa hình núi cao Vị trí đặt hầm có chiều sâu so với mặt đất tự nhiên H = 900m Vỏ hầm bê tơng tồn khối mác M300#, Ebt=2.9E4 MPa, dày 0,3m Môi trường đá: Đá vôi khơng cứng, trọng lượng thể tích  = 2580 kg/m3, góc ma sát  = 70o Mơ hình hố mơi trường mơ hình lưu biến Poynting-Thomson mơ hình lưu biến Zener với tham số xác định nhờ tốn xác định tham số mơ hình 4.2.3 Kết tính tốn áp lực tác dụng Kết tính tốn cho thấy giá trị áp lực tác dụng tương ứng với hai mơ hình lưu biến phù hợp gần giống Quy luật thay đổi kết thể rõ rệt ảnh hưởng lưu biến mơi trường đá Hình 4.13 Đồ thị thể thay đổi áp lực tác dụng theo thời gian 19 Hình 4.16 Biểu đồ lực dọc N trường hợp tiếp xúc tồn phần-mơ hình lưu biến Poynting-Thomson (trên) Zener (dưới) 20 Hình 4.18 Biểu đồ lực dọc N trường hợp tiếp xúc điểm-mơ hình lưu biến Poynting-Thomson (trên) Zener (dưới) 21 Hình 4.19 Biểu đồ lực dọc N trường hợp tiếp xúc trượt tự khơng ma sát-mơ hình lưu biến Poynting-Thomson (trên) Zener (dưới) Từ kết nội lực tính toán được, tiến hành khảo sát thay đổi giá trị nội lực theo thời gian Trên hình 4.20 biểu đồ biểu thị thay đổi giá trị lực dọc N theo thời gian sử dụng mô hình lưu biến Poynting-Thomson mơ hình lưu biến Zener, từ lên ứng với trường hợp tiếp xúc toàn phần (1), tiếp xúc điểm (2) tiếp xúc trượt tự không ma sát (3) 22 Hình 4.20 Đồ thị thể thay đổi giá trị lực dọc N theo thời gian Qua đồ thị hình 4.20 nhận xét kết cấu vỏ hầm tiếp xúc với môi trường đá mơ hình hóa mơ hình đàn hồi- lưu biến, dạng tiếp xúc vỏ hầm với môi trường định giá trị nội lực vỏ hầm Trường hợp tiếp xúc toàn phần, kết cấu hàn chặt với đá làm việc, giá trị nội lực nhỏ tăng chậm theo thời gian Khi đó, giảm chiều dày vỏ hầm giảm mác bê tông mà đảm bảo yêu cầu chịu lực Bất lợi cho kết cấu vỏ hầm trường tiếp xúc trượt tự không ma sát, giá trị lực dọc kết cấu vỏ hầm lớn (lớn ba trường hợp) Để đảm bảo khả chịu lực, chiều dày vỏ hầm mác bê tông cần tăng lên dẫn đến việc tăng giá thành xây dựng cơng trình khó khăn phức tạp thi cơng Trường hợp tiếp xúc điểm, tùy thuộc vào độ cứng liên kết lò xo, giá trị nội lực dao động khoảng hai trường hợp Điều khẳng định tầm quan trọng việc xử lý tiếp xúc vỏ hầm môi trường đất đá q trình thi cơng, định việc tận dụng khả tự chịu lực lưu biến đất đá, giảm kích thước hình học vỏ hầm vật tư thi công, hạ giá thành xây dựng công trình 4.3 Ví dụ tính tốn kết cấu cơng trình ngầm theo phương pháp truyền thống Các số liệu ban đầu: Số liệu ban đầu lấy số liệu tính tốn thử nghiệm phần 4.2 Hình dạng kích thước cơng trình ngầm: Cơng trình ngầm dạng trịn, bán kính mép ngồi R = 6m đặt sâu mơi trường Mơi trường đá vơi, góc ma sát ρ = 70o Vị trí đặt hầm có chiều sâu so với mặt đất tự nhiên H = 900m Vỏ hầm bê tơng tồn khối mác M300#, Ebt=2.9E4 MPa, dày 0,3m 23 Kết tính tốn nội lực kết cấu vỏ hầm: Hình 4.28 Biểu đồ lực dọc kết cấu vỏ hầm tính tính phương pháp truyền thống Từ biểu đồ nội lực kết cấu vỏ hầm tính tính phương pháp truyền thống, so sánh với biểu đồ nội lực trường hợp đất đá mơ hình hóa mơ hình lưu biến Poynting – Thomson Zener theo trường hợp tiếp xúc với vỏ hầm, giá trị lực dọc tất tiết diện vỏ hầm sử dụng mơ hình lưu biến (t→∞) trường hợp tiếp xúc tồn phần ln nhỏ so với tính tính phương pháp truyền thống hành Tuy nhiên giá trị trường hợp tiếp xúc điểm tiếp xúc trượt tự không ma sát lại lớn so với phương pháp truyền thống Kết luận chương Trong chương này, để làm mơ hình tính tốn cho hệ kết cấu – mơi trường sử dụng mơ hình đàn hồi- lưu biến, theo mơi trường đá mơ hình hóa mơ hình lưu biến Poynting-Thomson Zener, kết cấu vỏ hầm làm việc giai đoạn đàn hồi Từ mơ hình tính tốn trên, đưa lời giải cho cho tốn tính kết cấu vỏ hầm theo mơ hình tiếp xúc vỏ hầm với đá tiếp xúc toàn phần, tiếp xúc điểm hay tiếp xúc trượt tự không ma sát 24 Đã xây dựng thuật tốn chương trình tính tốn, tiến hành tính tốn thử nghiệm số theo mơ hình tiếp xúc kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn với đá có xét đến ảnh hưởng lưu biến môi trường xung quanh Khảo sát, so sánh đánh giá kết quả, so sánh với toán tương tự tính tốn phương pháp truyền thống để kiểm tra độ tin cậy chương trình lập KẾT LUẬN I Các đóng góp luận án: 1- Phân tích lựa chọn mơ hình lưu biến phù hợp (PoyntingThomson Zener) để mơ hình hố mơi trường đá xung quanh tính tốn thiết kế cơng trình ngầm Nội dung thể cơng trình cơng bố [1], [2] - Sử dụng mơ hình lưu biến lựa chọn, tiến hành tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng vùng hóa dẻo mơi trường đá xung quanh cơng trình ngầm tiết diện trịn trường hợp cơng trình khơng vỏ có vỏ kể đến tính lưu biến môi trường Nội dung thể cơng trình cơng bố [2], [3] - Xây dựng phương trình thuật tốn chương trình tính tốn kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn tiếp xúc với mơi trường đá có kể đến lưu biến mơi trường theo ba mơ hình tiếp xúc khác vỏ hầm môi trường (tiếp xúc toàn phần, tiếp xúc điểm tiếp xúc trượt tự không ma sát) Các thử nghiệm số chứng tỏ chương trình lập có sở để tin cậy Nội dung thể cơng trình cơng bố [4], [5] - Sử dụng chương trình lập tiến hành nghiên cứu số ảnh hưởng lưu biến môi trường đá đến trạng thái nội lực – chuyển vị cơng trình ngầm tiết diện trịn theo mơ hình tiếp xúc khác Nội dung thể cơng trình cơng bố [5] II Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án - Ý nghĩa khoa học luận án: Các kết nghiên cứu luận án góp phần làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng tính chất lưu biến mơi trường đá đến trạng thái học kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn tiếp xúc chặt tồn phần với khối đá xung quanh - Ý nghĩa thực tiễn luận án: Các kết nghiên cứu luận án sử dụng để làm kiến thức giảng dạy chun ngành xây dựng cơng trình ngầm trường đại học Ngoài ra, kết nghiên cứu cịn bổ sung vào phương pháp tính tốn lý thuyết cho kết cấu cơng trình ngầm dạng tròn  ... suất- biến dạng môi trường đá xung quanh cơng trình ngầm có tiết diện trịn trạng thái nội lựcchuyển vị kết cấu cơng trình ngầm tiết diện trịn có xét đến lưu biến mơi trường Các cơng trình ngầm tiết. .. ẢNH HƯỞNG LƯU BIẾN CỦA MÔI TRƯỜNG ĐÁ ĐẾN TRẠNG THÁI NỘI LỰC CỦA KẾT CẤU CƠNG TRÌNH NGẦM TIẾT DIỆN TRÕN TIẾP XƯC VỚI MƠI TRƯỜNG 4.1 Các mơ hình tiếp xúc kết cấu vỏ hầm tiết diện tròn với mơi trường. .. mơ hình lưu biến Chương NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐÁ XUNG QUANH CƠNG TRÌNH NGẦM TIẾT DIỆN TRÕN CĨ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG LƯU BIẾN CỦA MƠI TRƯỜNG 3.1 Mơ hình lưu biến trạng