tính toán dự báo áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống giữ công trình ngầm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ CƠ HỌC VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM TS.. TRẦN TUẤN MINH HÀ NỘI, NĂM 2014 PHẦN 1: TÍNH TOÁN DỰ BÁ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ

CƠ HỌC VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU

CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM

TS TRẦN TUẤN MINH

HÀ NỘI, NĂM 2014

PHẦN 1: TÍNH TOÁN DỰ BÁO ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ TÁC DỤNG LÊN

KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM

Việc tính toán và thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm là điều cần thiết đối với các kỹ sư xây dựng các công trình ngầm và những người làm việc trong những lĩnh vực liên quan đến công trình ngầm Công trình ngầm nằm trong đất đá chịu sự tác động trực tiếp của môi trường đất đá xung quanh, điều kiện vi khí hậu và các yếu tố trong lòng đất thậm chí cả các công trình xây dựng hoặc các tổ hợp tải trọng trên bề mặt đất Bài giảng này nhằm giúp các sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình ngầm ở trường đại học Mỏ-Địa chất nói riêng và các trường đại học khác nói chung hiểu biết được các phương pháp tính toán và thiết kế các dạng kết cấu chống giữ trong các công trình ngầm

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

4

áp lực thẳng đứng

áp lực chủ động

Phân bố áp lực nền

PHÂN BỐ ỨNG SUẤT XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM

ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM NẰM NÔNG GẦN BỀ MẶT ĐẤT

Trường hợp bề mặt đất bằng phẳng

Trường hợp gần sườn núi, bờ dốc

B p

2

1 2

2

45 1

2 45

0 2

H tg

tg H tg

m b

P p

Áp lực đất đá theo Bierbaumer

Áp lực đất đá theo Terzaghi

Lý thuyết áp lực đất đá của Suquet

10

Áp lực đất đá ở những độ sâu lớn (Terzaghi)

12

Áp lực đất đá theo lý thuyết của Kaster

Áp lực đất đá theo lý thuyết của Theo Caquot và Kérisel

Sự phân bố áp lực khác nhau xung quanh

đường hầm tròn như là một hàm chức năng

14

Áp lực đất đá theo lý thuyết của Theo Kommerell

Những chú giải và hình dạng đồ thị áp lực của Kommerell

Áp lực đất đá theo lý thuyết của V Rittero 1879

16

Áp lực đất đá theo lý thuyết của Protodiakonop M.M

Tính toán áp lực nền đối với khoảng trống khai thác (Terzaghi)

3

2 3

2

3

1 2 2

1 1

1 1

c H f m

H

b

c H bfy

mb H

Lý thuyết của Prôtôđiakônốp cho 2 đường hầm gần nhau

20

Lý thuyết của Simbarevich cho 2 đường hầm gần nhau

Sơ đồ phân bố các vùng cơ bản

xung quanh các đường lò nằm

ngang theo A.Labass

a- sơ đồ tính toán đối với việc xác định áp lực đất đá lên kết cấu chống giữ các đường

lò nằm ngang; b - đường biên của vùng biến dạng không đàn hồi

Sơ đồ tính toán theo lý thuyết của

K.V.Rupenneyt

22

Lý thuyết dầm sập đổ V.D Slesarev

PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC KẾT CẤU

Tính vòm nóc

Vỏ chống bê tông cốt thep

24

Trường hợp vòm là một cung tròn

2

sin 2

2 2 2

0



pr px

26

(a) và (c) các biểu đồ mô men với xác định

cho kết cấu tĩnh tơng đơng (d) biểu đồ mô

men của cung tròn ngàm 2 đầu

Các tải trọng với vòm ngược

28

Các tải trọng tác dụng lên tường cứng

Lý thuyết của Davudov

30

Trường hợp tường cứng

Trường hợp tường đàn hồi

32

Phương pháp Zurabov và Bougayeva

34

Ví dụ kết quả biểu đồ mô men nội lực bằng Phương pháp Zurabov và Bougayeva

Tính toán nội lực trong đường hầm tròn chống giữ bê tông liền khối

0

, 0

, 0

33

03 3

36

Phương pháp của Hewett-Johannesson

Mực nước

Bề mặt đất

Biểu đồ mô men do tải trọng tĩnh Biểu đồ lực dọc do tải trọng tĩnh

38

Biểu đồ mô men và lực dọc tổng thể (ví dụ)

Phương pháp của Bodrov và Gorelik (dầm trên nền đàn hồi)

40

Biểu đồ phân bố phản lực và biểu đồ mô men sau phân tích

Phương pháp thay thanh hoặc đa giác

42

Biểu đồ mô men

Phương pháp Bougayeva

44

Sự phát triển của Varga

Các phương pháp của Meissner và Orlov

Sơ đồ các phương pháp tính toán vỏ chống khiên đào

48

Thiết kế đường hầm vỏ 2 lớp kép

Phương pháp Sôviết (dựa trên cơ sở lý thuyết của Galerkin)

50

Thiết kế vòng chống thép tấm (thiết kế của Mühlhofer)

Thiết kế mặt cắt ngang đường hầm hình chữ nhật

52

KẾT CẤU CHỐNG GỖ

MỘT SỐ DẠNG LIÊN KẾT GỖ

54

q n

2 ];

[

, max

, ,

a q Q

P W

M F

TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG GỖ CÓ KẾT CẤU GIA CƯỜNG TĂNG SỨC

Khi xà có 4 gối tựa

62

KẾT CẤU CHỐNG KHUNG THÉP

Khung chống thép hình tròn và kết cấu thép linh hoạt về kích thước ở Hungary

qn

.

2 2

y q

x q x a q

TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG KHUNG THÉP VÕM NHIỀU KHỚP

70

TÍNH TOÁN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ Mễ MEN CHO THANH DẦM DỌC TRỤC ĐƯỜNG Lế

Sơ đồ thiết kế kết cấu chống gia cường dọc trục (hỡnh a) và mặt cắt ngang của nú (hỡnh b)

1 - kết cấu chống hoàn thành; 2 - thanh dầm đỡ dọc trục ; 3 - đoạn kết cấu chống bổ sung

xà nóc; 4 - phần tử chống đỡ xà nóc và đoạn dầm xà nóc tăng cờng

PHÂN LOẠI NEO

Ví dụ neo nêm chẻ

Ví dụ kết cấu neo trong đường lò

MỘT VÀI SƠ ĐỒ NEO TRONG KHAI THÁC THAN

74

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA NEO

Nguyên lý chốt các khối đất đá sập đổ

Trô

than

Trô than

Trô than

Trô than

Trô

than

Trô than

Trô than

Trô than

NGUYÊN LÝ TẠO DẦM MANG TẢI

76

Vòm đá

đợc gia ờng

c-Vòm có thể sập đổ giả định Vùng đất đá sụp đổ

NGUYấN Lí TẠO VếM GIA CƯỜNG MANG TẢI

ứng suất phía nóc Các lớp đá

Vòm đất đá giảm bền tự nhiên giả thiết

Sơ đồ tính toán neo khi đờng hầm qua đất nứt nẻ (Stillborg 1986)

80

Vòm đá

đợc gia ờng

c-Vòm có thể sập đổ giả định Vùng đất đá sụp đổ

PHƯƠNG PHÁP KINH NGHIỆM (U.S.CORP)

82

KINH NGHIỆM CỦA

BIENIAWSKI

THIẾT KẾ NEO TRÊN CƠ SỞ TƯƠNG TÁC KHỐI ĐÁ

Các thí nghiệm kéo tụt neo (a) thí nghiệm kéo neo ngoài thực tế và (b) thí nghiệm kéo neo trong phòng thí nghiệm

THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ KÉO NEO

88

Vùng đất

đá phá huỷ

Tường giếng

Sơ đồ tính toán neo bê tông phun giếng

đứng

Vùng đất

đá phả huỷ

Sơ đồ để xác định chiều dài phần khoá neo

TÍNH NEO CHO GIẾNG ĐỨNG

TÍNH NEO CHO HỐ ĐÀO

KẾT CẤU CHỐNG BÊ TÔNG PHUN

Kết cấu bê tông phun kết hợp với khung thép mắc cáo

96

Khái quát phương pháp phun bê tông phun

Tổng quan phương pháp phun khô

98

Tổng quan phương pháp phun ướt

a) đ¸ liÒn khèi Ýt nøt nÎ b) đ¸ liÒn khèi Ýt nøt nÎ

Bề mặt biên đào với bê tông phun

Sơ đồ phân tích, tính toán

102

KẾT CẤU CHỐNG BÊ TÔNG LIỀN KHỐI TRONG CÔNG TRÌNH NGẦM

HẦM ĐƯỜNG BỘ CAO TỐC NỘI BÀI - LÀO CAI

104

TÍNH TOÁN VỎ BÊ TÔNG LIỀN KHỐI

3 0

0 0

0

2

.

2 4 , 4

h

l f R

l d

l

0

0 0

2 1 2 06 , 0

Chiều dầy đỉnh vòm nóc theo Davudov

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG VÕM

2 2

3

3 3

3 3

0

1

.

1

d d

y d

y

d

M d

y d

2 2

3

3 3

3 3

2

0

1

.

.

d d

y d

y

d

y M d

y d

M d

y

M

q q

0

.

.

y A y

M y y M A

2 0

.

y A y A

M y y M

y y y

y y y n

a b dx

y

Tổng simson

F y

N(-)

y

Q(-)

y 2

TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẠNG VÕM MÓNG NGỰA

( ) (

0 )

( ) (

2 1 2 22 2 1 21 1

1 2 12 2 1 11 1

p p

p p

f f

X f

X

f X

110

TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẠNG VÕM MÓNG NGỰA

TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẠNG VÕM MÓNG NGỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY THANH

(

0

2 2 1 1

0

0

1 1 12

2 11

1

10

0

0 0 02

2 01 1

00

0

np n nn n n

n n

p n n

p n n

M M

M

M

M M

M

M

M M

EF

N N ds

EI

M M

D

R R a

EF

N N ds

EI

M M

p i p

i p

i ip

k i k

i k

i ki

0 0

0



Nội lực trong thanh bất kỳ

1 2 3 4 5 6 7 8

TÍNH TOÁN VỎ HẦM LẮP GHÉP

2 0

2 0

2 0 2

2 2

0 0

) (

) (

r R R

R R q p R

R

qR R

p

n

n n

n

116

R

n Ra

2 1

2 2

2 2

1 1

1

2 1

1

) 1 ( 2 1

1

) 1 ( 2 1

2 1

1

i

i i

i i

i i i

i

i i

n

i

i

i i i

i i i

i i

i i

t

i

d

d p

d

d p

d d

p E R

2 1 1

2 1

2 1 1 1

1 1

) 1 (

2 1

1 1

2 1

2 1 1

2 1 1

1 )

1 (

1

2 1

1

) 1

( 2 1

1

) 1 (

2 1

2 1

1

i

i i

i i

i i i

i

i i

n i

i

i i

i

i i i

i i

i i

t i

d

d p

d

d p

E R

u

d

p d

d d

p E

R u

TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM DẠNG KHUNG

118

q p p

CÁC BIỂU ĐỒ NỘI LỰC ĐƠN VỊ

120

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN CÔNG

TRÌNH NGẦM CÓ XEM XÉT

ĐẾN TẢI TRỌNG BỀ MẶT

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM MỘT NHỊP

122

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM NHIỀU KHUNG NHIỀU TẦNG

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN VỎ CHỐNG KHIÊN ĐÀO

124

CÔNG THỨC TÍNH NỘI LỰC CHO VỎ KHIÊN ĐÀO

Biểu đồ mô men và lực dọc trong kết cấu

BÁN KHÔNG GIAN PHẲNG VỚI MỘT LỖ TRỐNG

126

BÁN KHÔNG GIAN PHẲNG VỚI NHIỀU LỖ TRỐNG

DẠNG CUỐI CÙNG CỦA CÁC HÀM BIẾN PHỨC

128

SỰ ĐẨY NỔI CỦA ĐƯỜNG HẦM

CÁC DỊCH CHUYỂN DỌC THEO BỀ MẶT ĐẤT

130

Khái quát phương pháp phun bê tông phun

MẤT ĐẤT - LÖN SỤT BỀ MẶT

132

MẤT ĐẤT - LÖN SỤT BỀ MẶT

Phương pháp số

Mô hình liên tục

Phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp phần

tử hữu hạn Phương pháp phần tử biên

CÁC PHƯƠNG PHÁP SỐ

134

PHƯƠNG PHÁP PTHH - CHƯƠNG TRÌNH PHASE 2

PHƯƠNG PHÁP PTHH - PHẦN MỀM PLAXIS 2D

136

PHƯƠNG PHÁP PTHH - PHẦN MỀM PLAXIS 3D

PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ BIÊN - EXAMINE 2D, 3D

Quy luật biến đổi của biến dạng tổng thể xy , m (Examine 2D)

Quy luật biến đổi biến dạng tồng thể  , m (Phase 2)

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X

X

X X-direction

-1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 (*10^2)

(*10^2)

JOB TITLE : mo hinh bai toan

Ncs Nguyen Huy Hiep Moscow 2012

Ncs.Tran Tuan Minh Moscow 2012

FLAC (Version 5.00)

LEGEND 13-Apr-12 17:49 step 1773 Dynamic Time 1.0004E-01 HISTORY PLOT Y-axis :

Ncs Nguyen Huy Hiep Moscow 2012 Ncs.Tran Tuan Minh Moscow 2012

(*10^2)

JOB TITLE : vec to chuyen vi

Ncs Nguyen Huy Hiep Moscow 2012

Ncs.Tran Tuan Minh Moscow 2012

FLAC (Version 5.00)

LEGEND 13-Apr-12 17:49 step 1773 Dynamic Time 1.0004E-01 -8.333E+01 <x< 1.833E+02

Maximum principal stress -6.00E+02 -4.00E+02 -2.00E+02 0.00E+00 Contour interval= 1.00E+02

-1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 (*10^2)

-0.500 0.000 0.500 1.000 1.500

(*10^2)

JOB TITLE : thanh phan ung suat chinh sigma1

Ncs Nguyen Huy Hiep Moscow 2012 Ncs.Tran Tuan Minh Moscow 2012

XÁC ĐỊNH KẾT CẤU CHỐNG TRÊN CƠ SỞ ỔN ĐỊNH KHỐI NÊM - UNWEDGE 3D

140

Tất cả các điểm tiếp xúc Địn

Khối nứt biến dạng

tại điểm nút

tại điểm nút

tại các phần tử tam giác

Điểm nót phần tử

Chuyển động

PHƯƠNG PHÁP TOÁN RỜI RẠC - PHẦN MỀM UDEC

142

Sơ đồ bài toán khai thác thân quặng bằng UDEC

Kết quả mô phỏng khai thác lớp thứ 1

BIẾN DẠNG XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM TRÕN

144

BIẾN DẠNG XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM TRÕN THEO MẶT CẮT DỌC

ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH KHỐI ĐÁ XUNG QUANH HẦM TRÕN

146

ĐƯƠNG ĐẶC TÍNH KẾT CẤU CHỐNG

HỆ SỐ AN TOÀN KHI PHÂN TÍCH

148

PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH KHỐI ĐÁ - PHẦN MỀM ROCSUPPORT 3D

PHƯƠNG PHÁP ĐỘ HỘI TU GIỚI HẠN

Sù tråi ra vµ mÊt

150

PHƯƠNG PHÁP ĐỘ HỘI TỤ GIỚI HẠN