PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU CHỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHASE 2

Phase2 là chương trình được xây dựng trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn (FEM Finite Element Method) để phân tích ứng suất và biến dạng cho công trình ngầm, bờ dốc...v.v, được thi công trong khối đất hoặc đá. Phase2 có thể mô hình được nhiều loại đất đá khác nhau theSo các tiêu chuẩn bền MohrCoulomb hoặc HoekBrown. Ngoài ra chương trình cũng có khả năng mô hình các hệ khe nứt trong khối đá như các hệ khe nứt tự nhiên hoặc các hệ khe nứt hình thành do tác động của quá trình thi công. Phase2 cho phép mô hình nhiều loại kết cấu chống khác nhau cho khối đất hoặc đá như các kết cấu chống bằng neo; kết cấu chống dạng vỏ như bê tông phun, bê tông liền khối; kết cấu chống bằng khung thép ...v.v và có thể kết hợp nhiều loại kết cấu chống khác nhau cho cùng một công trình. Có thể sử dụng chương trình Phase2 để tính toán ổn định cho công trình ngầm hoặc nền móng các công trình trên bề mặt, bờ dốc...v.v. bài giảng được thiết kế bởi Tiến Sĩ Trần Tuấn Minh, bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, trường Đại học Mỏ địa chất

chơng 4 phân tích ổn định và thiết kế kết cấu chống

công trình ngầm theo phơng pháp phần tử hữu hạn

bằng chơng trình Phase2 4.1 Khái quát chung về chơng trình Phase2

Phase2 là chơng trình đợc xây dựng trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn (FEM Finite Element Method) để phân tích ứng suất và biến dạng cho công trình ngầm, bờdốc v.v, đợc thi công trong khối đất hoặc đá

-Phase2 có thể mô hình đợc nhiều loại đất đá khác nhau theSo các tiêu chuẩn bềnMohr-Coulomb hoặc Hoek-Brown Ngoài ra chơng trình cũng có khả năng mô hình các hệkhe nứt trong khối đá nh các hệ khe nứt tự nhiên hoặc các hệ khe nứt hình thành do tác

động của quá trình thi công

Phase2 cho phép mô hình nhiều loại kết cấu chống khác nhau cho khối đất hoặc đá

nh các kết cấu chống bằng neo; kết cấu chống dạng vỏ nh bê tông phun, bê tông liền khối;kết cấu chống bằng khung thép v.v và có thể kết hợp nhiều loại kết cấu chống khác nhaucho cùng một công trình

Có thể sử dụng chơng trình Phase2 để tính toán ổn định cho công trình ngầm hoặcnền móng các công trình trên bề mặt, bờ dốc v.v

Yêu cầu về phần cứng máy tính để cài đặt chơng trình Phase2:

Để cài đặt và chạy đợc phần mềm Phase2, máy tính phải có các yêu cầu tối thiểu nh sau:

+ Tốc độ tối thiểu của máy tính: 1 GHz

+ Sử dụng hệ điều hành Windows 98/Me/2000/XP/2003

Chức năng chia lới (Mesh Generation):

Chức năng chia lới cho phép ngời sử dụng chia mô hình tính thành các phần tử hữu hạn.Các phần tử này có thể là phần tử tam giác 3 nút hoặc 6 nút, phần tử tứ giác 4 nút hoặc 8nút

Chức năng tạo trờng ứng suất ban đầu (Field Stress):

Chức năng tạo trờng ứng suất ban đầu cho phép ngời sử dụng thiết lập trờng ứng suất ban

đầu cho mô hình tính là hằng số hoặc trờng ứng suất trọng lực

Chức năng gán tải trọng (Load):

Chức năng gán tải trọng cho phép ngời sử dụng gán tải trọng tác dụng trong thực tế vàomô hình tính Tải trọng có thể là tập trung hoặc phân bố

Chức năng thiết lập đặc tính vật liệu (Material Properties):

Chức năng thiết lập đặc tính vật liệu cho phép ngời sử dụng có thể gán các thông số cơ lýcủa vật liệu trong mô hình tính nh: loại vật liệu, hệ số Poát xông, mô đun đàn hồi, độ bềnnén, độ bền kéo, trọng lợng riêng v.v

Chức năng biểu diễn kết quả (Data Interpretations):

Chức năng này cho phép biểu diễn các kết quả tính tóan nh: các thành phần ứng suất, cácthành phần biến dạng, hệ số an toàn, véc tơ dịch chuyển v.v

Chức năng xuất dữ liệu ra file hoặc ảnh (Exporting Data and Images):

Chức năng này cho phép xuất các kết quả tính toán ra file riêng có định dạng là file ảnhhoặc văn bản (text)

4.2 Khả năng ứng dụng của chơng trình

Phase2 là phần mềm đợc viết trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn, có thể sử dụng

để phân tích ổn định (ứng suất, biến dạng, hệ số an toàn ) của công trình ngầm thi côngtrong khối đất, đá; các công trình thi công trên bề mặt khối đất, đá nh các mỏ lộ thiên, các

bờ dốc v.v

Phase2 có thể mô phỏng đợ các phơng pháp thi công phức tạp nh phơng pháp thicông chia gơng áp dụng cho các đờng hầm đào trong khối đá yếu, gian máy của nhà máythủy điện ngầm, các mỏ lộ thiên v.v

Phase2 có khả năng mô phỏng quá trình phá hủy cũng nh tơng tác giữa kết cấuchống với khối đất đá xung quanh công trình ngầm

4.3 Cơ sở lý thuyết của chơng trình Phase2

Chơng trình Phase2 đợc xây dựng trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn FEM(Finite Element Method) Trong đó môi trờng nghiên cứu đợc chia cắt theo một mạng cácphần tử có kích thớc hữu hạn, tiếp xúc với nhau bởi các nút Bằng phơng pháp này việcgiải một hệ các phơng trình vi phân đợc đa về dạng giải một hệ các phơng trình đại số,liên kết các lực tại các nút với các chuyển vị nút qua "ma trận độ cứng" Các hàm số "hìnhdạng" và nội suy đợc áp dụng để diễn tả các biểu hiện ứng suất, biến dạng của từng phầntử

ở đây không đi sâu nghiên cứu lỹ thuyết của phơng pháp phần tử hữu hạn, ngời học

có nhu cầu tìm hiểu nội dung của phơng pháp FEM nên tìm đọc các tài liệu về phơng phápnày

Một số bài toán phân tích bằng Phase 2 đã đợc giới thiệu

Vấn đề xác minh lại các ứng suất và chuyển vị cho trờng hợp một lỗ tròn làm việc trongmôi trờng đàn hồi với giá trị ứng suất nghiên cứu (ứng suất nén) là:

P0 = 30Mpa

Vật liệu đàn hồi và đẳng hớng, với các đặc trng sau:

Mô đun đàn hồi = 6777,93Mpa

Hệ số Poisson = 0,2103448

Bán kính lỗ tròn là 1m và nó đợc xem là nhỏ so với chiều dài của đờng ống, hạ chế điềukiện biến dạng đến kết quả

Lời giải:

Cách giải quyết vấn đề kín của Kirsch có thể đợc sử dụng để tìm kiếm các giá trị chuyển

vị hớng tâm và tiếp tuyến cũng nh các ứng suất phân bố, cho một đờng ống xi lanh trong

điều kiện môi trờng đàn hồi đẳng hớng dới điều kiện bài toán phẳng (Jaeger và Cook,1976)

2 cos

3 1 2

1 2

1

4

4 2

2 2

1

4

4 2

1 2

2 2

a p

p

r

a p

p r

a p

Dịch chuyển hớng tâm và tiếp tuyến (nh hình 4.1),

cho các điều kiện biến dạng phẳng, đợc xác định

là:

4 4

.

4

2 2

2 1 2 2

a G

p p r

a G

a G

Mô hình Phase2 cho vấn đề này đợc thể hiện trong hình 4.2, nó sử dụng:

Các đờng biên của ứng suất chính 1 và 3 đợc giới thiệu trong hình 4.5 và 4.6, và các dịchchuyển hớng tâm đợc thể hiện trong hình 4.7

Bảng 4.1 Sự sai khác kết quả phân tích cho lỗ tròn trong môi trờng đàn hồi

5,392,501,42

1,1-0,43

Hình 4.4 Sự so sánh cho giá chị dịch chuyển hớng tấm ur cho đờng ống xi lanh trong môi

trờng đàn hồi

Giời thiệu vấn đề

Vấn đề ở đây xác minh các giá trị ứng suất biến dạng cho trờng hợp một ống tròn trongmôi trờng đàn hồi với giá trị ứng suất hằng số:

Po = 30Mpa

Vật liệu ở đây có tính chất đàn hồi và doẻ hoàn toàn với tiêu chuẩn phá huỷ Mohr Coulomb Cả hai sự kết hợp (sự dãn nở = góc ma sát) và không kết hợp (dãn nở = 0) đ ợc

-sử dụng để phân tích Các đặc tính của vật liệu đợc thừa nhận là:

Mô đun đàn hồi = 6777,93 Mpa

Lời giải của bài toán

Vùng biến dạng bán kính, Ro, đợc phân tích bởi lý thuyết mô hình trên cơ sở kết quả phântích của Salencon (1969):

1 1 0

0

1

1

p p

K

q P K

q P

re - lực dính giữa hai vùng đàn hồi và dẻo

re - góc ma sát trong chuyển tiếp giữa hai vùng

q P P

P

m s

mP m

M

p ủ

re c

1 1

2 2

8 4

2

1

0 0

2

0

2 0 0

0

2 0 2

Với m, s là các giá trị hằng số phụ thuộc vào khối đá

ở đây r là khoảng cách từ một điểm có toạ độ (x,y) tới tâm của lỗ tròn Các giá trị ứngsuất và chuyển dịch hớng tâm trong vùng dẻo đợc xác định theo công thức sau:

0

1 1

1

1 1

1

1 1

1 1

2

2

1 1

1 1

p

p p

p p

K

p i ps

p

ps p

K K

p i ps p p p

ủ

K

p i p p

K

p i p

r

a

r K

q P

v K

K

K K v

r

R a

R K

q P

K K

K v K

q P

q P

K K

q

a

r K

q P

Mô hình bài toán với Phase 2

Mô hình với Phase 2 cho vấn đề này đợc thể hiện tronghình 4.8:

Hình 4.8 Mô hình Phase 2 cho phân tích của một lỗ tròn trong môi trờng Mohr - Coulomb

Các kết quả và nhận định

Cho trờng hợp dẻo và không dãn nở (góc dãn nở  = 00), các hình 4.8 và 4.9 cho thấy một

sự so sánh trực tiếp giữa các kết quả của Phase 2 và các kết quả phân tích đại số mộ đ ờngthẳng từ tâm Các ứng suất r (3) và  (3) đợc thể hiện với các giá trị của r trong hình4.8, trong đó dịch chuyển hớng tâm ur với các giá trị r trong hình 4.9 Các kết quả có thể

so sánh của các ứng suất và chuyển vị cho trờng hợp dãn nở chảy với góc dãn nở  = 300

đợc thể hiện trong các hình 4.10 và 4.11 Chúng biểu thị sự phù hợp với đờng thẳng từ

ph-ơng bán kính

Sự sai khác phân tích ứng suất và chuyển vị đợc thể hiện trong bảng 4.1 Sự sai khác củachuyển vị ở trên biên lỗ tròn nhỏ hơn 2,37%, nhng sự sai khác xa hơn khi khoảng cách đ-ờng kính ở xa lỗ tròn hơn và gần xấp xỉ ở đờng biên ngoài Ví dụ, sự sai khác dịch chuyểnhớng tâm là 5,46% cho trờng hợp không dãn nở và 6,10% cho trờng hợp có dãn nở ở vị trí

r = 4a (a là bán kính)

Các đờng biên ứng suất chính 1, 3 và các giá trị dịch chuyển hớng tâm đợc thể hiện

trong các hình 4.12, 4.13 và 4.14 và vùng biến dạng nh trong hình 4.15

Bảng 4.2 Sự sai khác % phân tích cho lỗ tròn trong môi trờng tiêu chuẩn Mohr - Coulomb

Không kết hợp chảy

 = 300Trung bình lớn nhất Biên lỗ tròn Trung bình lớn nhất Biên lỗ tròn

Hình 4.13 Phân bố ứng suất chính 1 Hình 4.14 Phân bố ứng suất chính 1

( = 00) ( = 00)

Hình 4.15 Phân bố chuyển vị toàn bộ Hình 4.16 Vùng dẻo

( = 00) ( = 00)

Bài toán đờng hầm đợc chống giữ dạng tròn trong môi trờng đàn hồi

Sự giới thiệu vấn đề

Vấn đề liên quan đến phân tích của một đờng hầm hình tròn trong môi trờng đàn hồi Kếtcấu chống giữ đờng hầm là lớp vỏ có chiều dầy và đàn hồi với cả tính chịu uốn và dịchchuyển trên biên đợc xem xét Môi trờng đợc định dạng là trờng không đẳng hớng ứngsuất hai trục (hình 4.17)

trong môi trờng đàn hồi

xx0 = 30Mpa

yy0 = 15Mpa

Các đặc trng của vật liệu đợc xem xét cho môi trờng là:

Mô đun đàn hồi E = 6000.00Mpa

Lời giải của bài toán

Kết quả của bài toán cho một đờng hầm đợc chống đỡ trong môi trờng đàn hồi không có

sự trợt trên bề mặt tơng tác giữa vỏ chống và khối đá đã đợc xác định bởi Einstein vàSchwartz (1979), và có thể đợc tìm thấy trong phân tích ứng suất FLAC (1993) Giá trị lựcdọc N và mô men uốn M trong chu vi biên tròn đợc xác định bởi các công thc sau:

Trong đó

Và yy0 - trờng ứng suất thẳng đứng ở vô cùng

K - tỷ số giữa ứng suất nằm ngang và ứng suất thẳng đứng (xx0/yy0)

E - mô đun đàn hồi của môi trờng xung quanh

v - hệ số Poisson của môi trờng

Es - mô đun đàn hồi của lớp vỏ

- Một lới bán kính

trống tròn

Hình 4.18 Mô hình với Phase 2

Các kết quả và nhận định

Hình 4.19 và hình 4.20 cho thấy sự so sánh sự các kết quả của Phase 2 và kết quả phântích xung quanh biên đờng hầm có vỏ chống Giá trị lực dọc N của vỏ chống đợc đa ra t-

ơng ứng với góc  trong hình 4.19, trong khi đó mô men uốn M đợc đa ra trong hình 4.20

Góc  là giá trị của đờng biên từ điểm xét ứng suất đến mặt phẳng nằm ngang Sự saikhác kết quả phân tích đợc thể hiện trong bảng 4.3 Sự sai khác của lực dọc nhỏ hơn0,48%, các giá trị mô men không sát với lý thuyết, nhìn thấy giá trị sai số 12,3% chúng t -

ơng tự nh kết quả của phân tích xác minh ứng suất trong FLAC

Các đờng biên cùng ứng suất chính 1, 3 và dịch chuyển tổng hợp đợc giới thiệu trongcác hình 4.21, 4.22 và 4.23

Bảng 4.3 Sự sai khác % các phân tích cho đờng hầm tròn có vỏ chống

môi trờng đàn hồi

Hình 4.20 So sánh kết quả của giá trị mô men uốn M với đờng hầm tròn có vỏ chống

trong môi trờng đàn hồi

Bài toán đờng hầm tròn có vỏ chống trong môi trờng dẻo

Giới thiệu vấn đề

Vấn đề này xác minh kết quả phân tích của đờng hầm tròn có vỏ chống trong môi trờngdẻo Các kết cấu chống đờng hầm đợc coi nh là các phần tử dầm đàn hồi và dẻo với cả sựuốn và dịch chuyển trên chu vi của đờng hầm đợc xem xét Vấn đề đợc thể hiện trong hình4.24 và môi trờng đợc coi là không đẳng hớng ứng suất theo hai phơng ở vô cùng:

xx0 = - 30Mpa

yy0 = - 60Mpa

zz0 = - 30Mpa

Vật liệu cho môi trờng đợc định dạng cho lớp

vỏ đàn hồi và chịu ảnh hởng của tính dẻo với

sự phá huỷ bề mặt đợc xác định bởi tiêu chuẩn

Khả năng tiềm tàng trôi ở bề mặt là:

- Đờng biên ngoài, vị trí 7m từ tâm của lỗ tròn (3 lần đờng kính từ biên lỗ tròn)

- ứng suất tác dụng lên nh là lắp đặt trên mỗi phần tử

Chúng ta cung cấp sự xác minh của hai mô hình:

- vỏ chống đàn hồi trong môi trờng đàn hồi

- vỏ chống dẻo trong môi trờng đàn hồi

ở trong phần Setup của Phase 2 vào trong ổ C/program/rocscience/Phase 2 sau đó sẽ sử

dụng đợc Phase 2 một cách bình thờng

4.4 Hớng dẫn sử dụng phần mềm Phase 2

4.4.1 Giao diện của Phase 2

Để tìm hiểu đợc giao diện của Phase 2, trớc tiên ta cần khởi động Phase 2, thủ tục:

+ Start  Programs  Rocscience  Phase 2 

+ Hoặc nhấn đúp chuột vào biểu tợng bên ngoài desktop sẽ thấy xuất hiện giao diệnPhase 2 nh hình vẽ

Hình 4.26 Giao diện của Phase 2Giao diện của Phase 2 bao gồm các thanh mênu và các thanh công cụ trợ giúp tiệních trong quá trình làm việc

Hình 4.27 Các thanh mênu và các thanh trợ giúp tiện ích trong Phase 2

4.4.2 Bắt đầu một dự án mới

Để bắt đầu một dự án mới chúng ta cần phải cài đặt các thông tin, các b ớc thực hiện

dự án trớc khi phân tích Để thực hiện đợc việc đó chúng ta làm thủ tục sau:

+ File  Project settings 

+ Hoặc nhấn chuột vào biểu tợng cài đặt dự án trên thanh công cụ phía trên mànhình

Sau khi thao tác máy tính sẽ báo xuất hiện hộp thoại Project settings, chúng ta cần thực

hiện:

Hình 4.28 Hộp thoại cài đặt dự án

+ Project name: đặt tên cho dự án

+ Number of stages: nhập số bớc thi công tuỳ vào trờng hợp cụ thể (với trờng hợp đào

toàn gơng thông thờng là 3 bớc: đào - chống tạm - chống cố định) Nếu đờng hầm đàochia gơng thì số bớc có thể tăng lên

+ Analysis type: chọn loại phân tích có bài toán biến dạng phẳng (Plane strane), đối xứng

trục (axisymmetric)

+ Max number Iterations: nhập số lợng phần tử lớn nhất phân tích: 500 hoặc có thể thay

đổi tuỳ ý

+ Tolerance: mức độ tính toán

+ Number of load Steps: các bớc tải trọng tác dụng để ở chế độ tự động Auto

Sau khi khai báo xong toàn bộ các tham số cần thiết ta nhấn OK để kết thúc việc cài đặt

dự án và bắt đầu thiết lập mô hình cho dự án

Để thiết lập mô hình chúng ta cần thiết phải thiết lập biên của đờng hầm và biên(vùng nghiên cứu xung quanh đờng hầm), có thể thực hiện một trong 3 thủ tục:

+ Boundaries excavation  add excavation 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ phía trên màn hình

+ Có thể nhập từ file DXF trong Autocad

Thủ tục tiến hành nh trên có thể quan sát đợc trong hình vẽ 4.29

Hình 4.28 Thủ tục tạo mặt cắt ngang đờng hầm trong Phase 2Máy tính sẽ báo bạn nhập các chỉ dẫn nhập toạ độ ở dòng nhắc phía dới bên phải mànhình giao diện:

Enter vertex [a=arc, esc=quit]: (0, 0)

Enter vertex [a=arc, u=undo, esc=quit]: 10,0

Enter vertex [a=arc, u=undo, esc=quit]: 10,5

Enter vertex [a=arc, c=close, u=undo, esc=quit]: a (mặc định số đoạn chia cung tròn bằng

20 hoặc tuỳ ý chọn thay đổi)

Number of segments in arc <20>: press Enter

Enter second arc point [u=undo, esc=quit]: 5,10

Enter third arc point [u=undo, esc=quit]: 0,5

Enter vertex [a=arc, esc=quit]: 0,0 hoặc nhấn c  để khép kín với điểm đầu tiên

Với các cách làm nh trên ta đợc tiết diện mặt cắt ngang đờng hầm hình vòm chiều rộng10m

Hình 4.29 Mặt cắt ngang đờng hầm nhập bằng Phase 2Chú ý, không nên vẽ các mặt cắt ngang đờng hầm phức tạp trong Phase 2 sẽ rất lâu.Trờng hợp đó bạn nên vẽ trong Autocad sau đó nhớ file dới dạng DXF và import vào trongPhase 2 sẽ có hiệu quả hơn rất nhiều

+ Thiết lập vùng nghiên cứu cho mô hình

Để thiết lập vùng nghiên cứu cho mô hình chúng ta thực hiện các thủ tục sau:

+ Boundaries  add external 

+ Nhấn chuột vào biểu tợng phía trên màn hình

Hình 4.30 Thủ tục thiết lập vùng nghiên cứu

Sau khi thao tác nh trên máy tính báo hộp thoại create External Boudary Trong

hộp thoại này có các loại biên có thể chọn lựa từ hình vuông, tròn, …và hệ số mở rộngvà hệ số mở rộngExpansion Factor (chú ý ngời ta thờng lấy vùng nghiên cứu cách biên hầm khoảng từ 5 -7R với R bán kính của đờng hầm)

Hình 4.31 Hộp thoại xác định vùng nghiên cứu

Trong trờng hợp náy ta chọn box và hệ số Expansion Factor bằng 2 ta sẽ thu đợc

vùng nghiên cứu cho bài toán nh hình vẽ 4.32

Hình 4.32 Kết quả vùng nghiên cứu cho bài toán

4.4.3 Tạo lới cho mô hình

Sau khi tạo đợc mô hình cho dự án, chúng ta cần thiết phải tạo lới rời rạc các phần tửtrong vùng nghiên cứu Để thực hiện việc đó, ta cần thiết phải cài đặt lới phân tích:

+ Mesh  Setup 

+ Hoặc nhấn chuột vào biểu tợng thanh trợ giúp phía trên màn hình

Hình 4.33 Thủ tục cài đặt lới cho mô hình từ mênu Mesh

Máy tính xuất hiện hộp thoại Mesh Setup nh trong hình vẽ 4.34.

Hình 4.34 Hộp thoại cài đặt lới cho mô hình

Trong hộp thoại này chúng ta cần thiết phải lựa chọn kiểu lới (mesh type), loại phần

tử (Element type) số lợng nú trên toàn bộ khoảng trống ngầm (Number of nodes on all excavations) Kết thúc việc cài đặt nhấn OK để kết thúc việc cài đặt.

Thực hiện rời rạc biên hầm và biên mô hình

+ Mesh  Discretize 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ Discretize trên thanh trợ giúp phía trên màn hình

Hình 4.35 Thủ tục rời rạc biên hầm và biên mô hình

Hiện lới cho mô hình phân tích.

+ Mesh  Mesh 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ Discretize trên thanh trợ giúp phía trên màn hình

Hình 4.36 Kết quả lới mô hình phân tích

+ Tạo khoảng trống công trình ngầm

Để tạo khoảng trống công trình ngầm, chúng ta có thể thực hiện thao tác sau:

+ Properies  Assign Properties 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ phía trên màn hình giao diện

Nhấn chuột vào nút Excavation trong hộp thoại Assign Mat đa ra khoảng trống công

trình ngầm sẽ cắt đợc phần lới phía trong đờng hầm và tạo đợc đờng hầm nh trong hình vẽ

Hình 4.37 Thủ tục và kết quả cắt tạo đờng hầm trong bớc 1+ Sau khi tạo đợc đờng hầm, tiến hành nhớ file đang thao tác

File  Save  đặt tên file là Vi du  (hoặc có thể nhấn Ctrl + S) để nhớ file

4.4.4 Thiết lập và gán đặc tính đất đá cho mô hình

Đờng hầm đợc đào vào trong các khối đất đá khác nhau Vì vậy, cần thiết phải thiếtlập các đặc tính của đất đá cho mô hình Phase 2 có thể cho phép bạn thiết lập đợc khá đầy

đủ các thông tin của đất đá đối với các mô hình phân tích

Thủ tục thiết lập đặc tính đất đá có thể đợc thực hiện nh sau:

+ Properties  Define Materials 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ trợ giúp Define material Properties phía trên màn

hình

Hình 4.38 Thủ tục để thiết lập các đặc tính đất đá cho mô hình phân tích

Sau khi thao tác nh trên máy tính xuất hiện hộp thoại Define Material Properties,

trong hộp thoại này chúng ta cần phải nhập các yếu tố sau:

+ Name: tên vật liệu

+ Initial Element loading: phần tử tải trọng có thể chỉ có trờng ứng suất (Field stress only) cũng có thể theo tự trọng Body force only hoặc cả hai.

+ Material colour: mầu vật liệu

+ Young s Modulus’s Modulus : mô đun đàn hồi

+ Poisson Ratio: hệ số Poisson

+ Strength Parameters: Các tham số độ bền

+ Failure Criterion: tiêu chuẩn phá huỷ có thể là Morh - Coulomb hoặc Hoek - Brown + Tensile Strength: Độ bền kéo của đá

+ Fric Angle: góc ma sát trong của đất đá

+ Cohension: lực dính kết của đất đá

Hình 4.39 Hộp thoại Define Material Properties định nghĩa các đặc tính của đất đá Sau khi nhập các tham số cần thiết của đất đá trong hộp thoại Define Material Properties nhấn OK để chấp nhận các đặc tính trên.

Để add vật liệu vào trong mô hình chúng ta có thể sử dụng 2 cách sau:

+ Properties  Assign Properties 

+ Sử dụng thanh công cụ trợ giúp phía trên màn hình giao diện

Hình 4.40 Gán vật liệu vào trong mô hình phân tích

Đất đá là môi trờng phức tạp, nó có thể chứa các khe nứt, phay phá, phân lớp, nớcngầm, v.v Tuy nhiên, Phase 2 cho phép chúng ta có thể mô phỏng đợc các đặc tính đó của

đất đá một cách đơn giản và rõ ràng

+ Thiết lập đặc tính của khe nứt: Để thiết lập đặc tính của khe nứt chúng ta sử dụng thủ

tục sau:

+ Boundaries  Add joint 

+ Sử dụng thanh trợ giúp phía trên màn hình

Sau khi thao tác máy tính báo chúng ta reset lại lới trớc khi add khe nứt

Hình 4.41 Hộp thoại Reset Mesh trớc khi add joint

Trớc khi add joint nhấn Yes để bắt đầu máy tính xuất hiện hộp thoại Create joint bắt chúng ta chọn loại khe nứt tự nhiên (natural) hay nhân tạo (artificial)

Hình 4.42 Hộp thoại Create joint

Nhấn OK để bắt đầu add khe nứt vào trong mô hình

Hình 4.43 Ví dụ kết quả add khe nứt vào trong mô hìnhCác đặc tính của khe nứt có thể đợc định nghĩa theo cách sau:

+ Properties  Define Joint 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ Define joint properties phía trên màn hình

Hình 4.44 Thủ tục định nghĩa các đặc tính của khe nứt

Máy tính xuất hiện hộp thoại Define joint Properties, trong hộp thoại này bạn cần

đặt tên khe nứt, chọn lựa mầu sắc độ cứng vứng và lực cắt trên một đơn vị chiều dài Tiêuchuẩn bền sử dụng và các giá trị tham số cơ học đá khác nh trong hình 4.45

Hình 4.45 Hộp thoại định nghĩa khe nứt Define joint Properties

Sau khi bạn nhập đầy đủ các tham số cho khe nứt, tiến hành nhấn OK để chấp nhậncác đặc tính của khe nứt

Việc gán đặc tính của khe nứt vào trong mô hình thì cũng đợc làm tơng tự nh gán vậtliệu đất đá vào trong mô hình

+ Thiết lập các lớp vật liệu: Đất đá có thể có tính phân lớp, Phase 2 cũng có thủ tục giúp

chúng ta chia các lớp đất đá bằng thủ tục:

+ Boundaries  Add material 

+ Sử dụng thanh trợ giúp phía trên màn hình

Sau khi thao tác máy tính báo chúng ta reset lại lới trớc khi add đờng chia phân lớp đá

Hình 4.46 Hộp thoại Reset Mesh trớc khi add material

Hình 4.47 Ví dụ kết quả của việc sử dụng phân chia lớp đất đá

+ Thiết lập mực nớc ngầm: Các đờng hầm xây dựng trong lòng dất đá có thể nằm bên

trên hoặc bên dới mực nớc ngầm Đất đá có chứa nớc ngầm thì các đặc tính của nó cũngkhác, Phase 2 có thể giúp chúng ta phân tích bài toán có chú ý đến mực nớc ngầm trongmô hình, thủ tục:

+ Boundaries  Add piezometric line 

Và đặc tính của nớc ngầm có thể đợc đinh nghĩa thông qua các thao tác:

+ Properties  Define Groundwater 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ trợ giúp Define groundwater properties phía trênmàn hình

Hình 4.48 Thủ tục thiết lập các đặc tính của nớc ngầm

Máy tính xuất hiện hộp thoại Define Groundwater Properties, trong hộp thoại này chúng ta định nghĩa các tham số của nớc ngầm, kết thúc ta nhấn OK để chấp nhận

Hình 4.49 Hộp thoại Define Groundwater Properties định dạng nớc ngầm

4.4.5 Điều kiện biên cho mô hình phân tích

Điều kiện biên cho mô hình phân tích có thể thay đổi trên biên của mô hình, việcthay đổi trên biên của mô hình có thể đợc thực hiện nh sau:

+ Vào Restraints lựa chọn các thay đổi dạng gối liên kết

+ Hoặc sử dụng các thanh trợ giúp phía trên màn hình giao diện

Hình 4.50 Thay đổi điều kiện biên trên các gốiChúng ta có thể thay đổi điều kiện biên và gối theo yêu cầu phân tích cần thiết Ví dụ

thay đổi điều kiện biên phía trên free hai bên sờn mô hình là Restrain X nh hình vẽ.

Hình 4.51 Ví dụ thay đổi điều kiện gối tựa cho mô hình phân tích

4.4.6 Tải trọng tác dụng lên mô hình

Phase 2 cho phép chúng ta phân tích có chú ý đến các yếu tố tải trọng bên ngoài tácdụng lên mô hình nh trọng lợng bản thân đất đá, tải trọng nền móng các công trình trênmặt, ảnh hởng của tải trọng động, v.v

Để thiết lập tải trọng tác dụng lên mô hình, chúng ta sử dụng thao tác sau:

Hình 4.52 Thao tác thêm tải trọng vào trong mô hình phân tích

Hoặc cũng có thể sử dụng các thanh công cụ trợ giúp, phía trênmàn hình giao diện một cách nhanh chóng hơn

Hình 4.53 Ví dụ kết quả một mô hình có sử dụng thêm lực tác dụng ở phía trên

4.5 Kết qủa phân tích đờng hầm không chống giữ

Sau khi thiết lập đợc mô hình và đa các tham số phân tích vào trong mô hình, tiếnhành chạy chơng trình để rút ra đợc kết quả phân tích cho đờng hầm cha đợc chống giữ

Để chạy chơng trình ngời ta có thể thực hiện dới hai dạng:

+ File  Compute 

+ Nhấn chuột vào thanh công cụ Compute phía trên giao diện màn hình

Máy tính sẽ xuất hiện hộp thoại tính toán phân tích

Hình 4.54 Hộp thoại tính toán của Phase 2Sau khi máy tính chạy xong, để xem kết quả chúng ta thực hiện thao tác sau:

+ File  Interpret 

+ Hoặc nhấn chuột hộp Interpret phía trên giao diện màn hình

Hình 4.55 Ví dụ kết quả sự phân bố của ứng suất 1 xung quanh đờng hầm khi cha có kết

cấu chống giữ

Hình 4.56 Ví dụ kết quả sự phân bố của ứng suất 3 xung quanh đờng hầm khi cha có kết

cấu chống giữ