TIỂU LUẬN cơ học đá (1)

mỏ và xây dựng công trình ngầm cũng như các ngành kỹ thuật khác. Quá trình phân loại khối đá có tác dụng lớn đến quá trình thiết kế các đường hầm, đặc biệt là để xác định kết cấu chống giữ cũng như quá trình lựa chọn phương án khai đào cho phù hợp. Phân loại khối đá là tiến hành phân các khối đá thành các nhóm theo những biểuhiện nhất định, theo những chỉ tiêu hay những tiêu chuẩn xác định. Phân loại khối đáđược phát triển với mục đích phục vụ công tác thiết kế xây dựng công trình ngầm, cụthể được sử dụng để đánh giá, nhận định về trạng thái khối đá tại hiện trường, để lựachọn và bố trí các giải pháp bảo vệ, chống giữ và thi công. Phân loại khối đá cũng

Bài tiểu luận số MỞ ĐẦU Phần lớn lĩnh vực hoạt động sản xuất công nghệ người liên quan chặt chẽ tới trình phá hoại trạng thái tự nhiên khối đá Các hoạt động khai thác khoáng sản, Xây dựng công trình ngầm, Xây dựng công trình bề mặt mức độ khác làm thay đổi trạng thái trình học xảy khối đá Cơ học đá có nhiệm vụ nghiên cứu đá, khối đá, trình học xảy khối đá có tác động người Hiện nay, nhà địa học khó đưa giải pháp hợp lý cho công tác thiết kế, xây dựng công trình ngầm công nghệ khai thác khoáng sản mà không dựa lời giải toán ứng dụng thuộc lĩnh vực học đá Việc đánh giá, dự báo đảm bảo độ ổn định cho công trình ngầm vấn đề quan trọng thuộc lĩnh vực học đá, học khối đá học công trình ngầm Chính trạng thái công trình ngầm gây ảnh hưởng mang tính định tới hiệu quả, mức độ an toàn cho thiết bị, đội ngũ công nhân làm việc công trình Vì vậy, nhà địa học phải tiến hành tìm kiếm, thử nghiệm áp dụng giải pháp hiệu để đảm bảo trạng thái làm việc an toàn cần thiết cho công trình ngầm xây dựng dân dụng khai thác tài nguyên khoáng sản điều kiện địa học phức tạp khác Đây vấn đề cần thiết phải quan tâm mỏ Cơ học đá cung cấp cho sinh viên nhìn khái quát dạng ổn định, phân tích động học ổn định việc chống giữ ổn định cho bờ mỏ bờ dốc đá thực tế Lựa chọn phương pháp khai đào, công cụ khai đào, phương tiên để phá vỡ đất đá hợp lý Cơ học đá khối đá trang bị cho sinh viên công phương tiện cần thiết khai đào đất đá, khoáng sản ra, học đá có ý nghĩa lớn lĩnh vực khác địa chất, quan trắc, trắc đạc, xây dựng, v.v… Bài tiểu luận số CHỦ ĐỀ: TÌM HIỂU ỨNG SUẤT TRONG KHỐI ĐÁ VÀ ỨNG SUẤT NGUYÊN SINH – THỨ SINH Tổng quát ứng suất nguyên sinh 1.1: Trạng thái ứng suất nguyên sinh Trạng thái ứng suất nguyên sinh gọi trạng thái ứng suất bản, ứng suất tồn khối đá ( khối nguyên ) trước khối đá chịu tác động kỹ thuật người Trong học đá, trạng thái ứng suất nguyên sinh có ý nghĩa công tác nghiên cứu dự báo trình biến đổi học khối đá khai thác khoáng sản xây dựng công trình Khác với ứng suất nguyên sinh, trường ứng suất thứ sinh khối đá tạo nên trình khai đào ngầm xảy khối đá Quá trình nguyên cứu trường ứng suất nguyên sinh có vai trò đặc biệt quan trọng để dự đoán biểu khác trình học chuẩn bị giải pháp cần thiết để điều khiển trạng thái học khối đá Nhìn chung, trường ứng suất nguyên khối đá hàm phụ thuộc vào không gian thời gian Do đó, yếu tố gây nên ảnh hưởng tới trình hình thành trường ứng suất nguyên sinh phân chia thành nhóm chính: - Nhóm 1: Các yếu tố tác dụng thường xuyên vị trí không gian - vị trí không gian Nhóm 2: Các yếu tố tác dụng tạm thời tạm thời số vị trí không gian ( trình kiến tạo địa chất, trình thuỷ động học, trình khí động học, trình khác xảy khối đá ) Page Bài tiểu luận số Thành phần tenxơ tổng quát trường ứng suất nguyên sinh khối đá • Khối đá đàn hồi, đồng đẳng hướng: - Thành phần ứng suất thẳng đứng theo phương z xác định theo công thức: Page Bài tiểu luận số - Giải hệ phương trình ta được:  Như áp lực ngang trường hợp phụ vào hệ số biến dạng ngang - - hệ số Poisson đất đá: Nếu ý đến trọng lực ứng suất lớn - Khi hay khối đá chịu nén đơn trục Khi - khối đá chịu nén toàn phần ( trạng thái ứng suất thuỷ tĩnh ) Tuy nhiên có nhiều trường hợp kết đo thực tế , có nghĩa áp lực ngang lại lớn áp lực thẳng đứng Điều giải thích trình kiến tạo khối đá bị chốt căng cứng sang hai bên ngang Tức ứng suất theo phương ngang không đổi, nhiều điều kiện phong hoá nên bề mặt đất đá bị xói mòn, giảm nên ứng suất theo phương thẳng đứng giảm Do mà có trường hợp • Khối đá đàn hồi dẻo: - Sơ đồ định nghĩa độ sâu giới hạn Nếu gọi chiều sâu giới hạn mà đá bị phá huỷ dẻo loại đá phù - hợp với mô hình pha huỷ dẻo : Xét khối đá chuyển từ trạng thái có tính chất mô hình đàn hồi dẻo chuyển - trạng thái dẻo phá huỷ theo điều kiện bền Mohr có dạng đường thằng thì: Khi đá giới hạn đàn hồi thành phần ứng suất xác định sau : Page Bài tiểu luận số - Trong miền dẻo thành phần ứng suất phải thoả mãn điều kiện; Còn vị trí z = thành phần ứng suất vừa phải thoả mãn điều kiện miền đàn hồi phải thoả mãn điều kiện dẻo Ta có: Mặt khác do: nên điều kiện miền đàn hồi - dẻo có phương trình sau: Và thành phần ứng suất miền dẻo viết sau: - Trong miền đàn hồi: - Trong miền dẻo: • Khối đá hệ khe nứt: Page Bài tiểu luận số 1.2: Phương pháp nghiên cứu trạng thái ứng suất nguyên sinh  Theo phương pháp lý thuyết thông thường người ta chia làm giả thiết: - Khối đá bán không gian vô hạn, hệ trục đặt mặt đất coi bề mặt - phẳng Khối đá lớp vỏ trái đất có ý đến ảnh hưởng trình tự quay trái đất Tổng quan trạng thái ứng suất thứ sinh 2.1: Trạng thái ứng suất thứ sinh Khi tiến hành khai đào xây dựng công trình ngầm khối đá làm phá vỡ trạng thái cân tự nhiên ban đầu khối đá ( trạng thái ứng suất nguyên sivênh ) hình thành nên trạng thái ứng suất thoả mãn điều kiện cân khối đá sau khai đào Trạng thái gọi trạng thái ứng suất thứ sinh, trạng thái dẫn đến biến đổi học khối đá, hình thành nên biến dạng, dịch chuyển dạng phá huỷ đá Trạng thái biến đổi học thay đổi hay không thay đổi theo thời gian, dừng không dừng Page Bài tiểu luận số 2.2: Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất thứ sinh - Trạng thái học ban đầu khối đá: trạng thái ứng suất nguyên sinh dấu hiệu, đặc điểm học khối nguyên, biến đổi trước xây dựng công - trình Đặc điểm địa chất, cấu trúc tính chất học khối đá Hình dạng, kích thước ( hay quy mô ) vị trí công trình: khoảng trống khai đào hay vào khối đá tải trọng tác động vào khối đá Page Bài tiểu luận số - Phương pháp thi công biện pháp công nghệ áp dụng: thi công phương pháp khoan nổ mìn, máy, biện pháp gia cố khối đá neo hay khoan phụt, - Một số hình ảnh phương pháp thi công: Chuẩn bị mặt khoan nổ mìn Page Bài tiểu luận số Vì neo bê tông cốt thép 2.3: Cơ chế ổn định khối đá xung quanh công trình ngầm Quá trình xây dựng công trình ngầm khối đá phá vỡ trạng thái cân tự nhiên khối đá, hình thành trạng thái ứng suất (trạng thái ứng suất thứ sinh) thõa mãn điều kiện cân mới, hình thành trạng thái cân dẫn đến biến đổi học khối đá dạng trình biến dạng, dịch chuyển phá hủy Các trình gọi trình học, trạng thái ứng suất thứ sinh với trình học dấu hiệu trạng thái học khối đá; trạng thái không biến đổi biến đổi theo thời gian nguyên nhân gây nên ổn định khối đá xung quanh công trình ngầm Sự ổn định khối đá xung quanh công trình ngầm xuất hai dạng bản, ổn định cấu trúc ổn định biến đổi học Page Bài tiểu luận số - Mất ổn định cấu trúc: trình thường xuất nhiều dạng khác mà nguyên nhân chủ yếu hình thành khối nêm (khối nứt giao cắt với biên công trình ngầm), chế ổn định tróc, tách khối nứt, rơi, lở - trượt khối nêm vào khu vực tách bóc đất đá khỏi khối nguyên Mất ổn định biến đổi học: Nguyên nhân ổn định tác động học vượt khả mang tải khối đá, dạng ổn định liên quan đến trình biến đổi học bao gồm: phá vỡ hay phá hủy tách, phá hủy cắt, phá hủy dạng sập lở Page 10 Bài tiểu luận số • Một số tượng phá huỷ đất đá biên công trình ngầm - Sập đổ phía trước gương đào Đất mềm - Đất đá phân lớp Tróc nở đá hầm Page 11 Bài tiểu luận số Page 12 Bài tiểu luận số • Đường hầm tròn sâu: - Công thức cân tương đương học môi trường liên tục Trong hệ toạ độ trục: =; = + ; = = = = = = = Với ; Trong đó: - dịch chuyển theo phương hướng tâm phương trục đường hầm, tương ứng Các thành phần ứng suất ứng suất Page 13 Bài tiểu luận số - Công thức cân lực r : - Và theo phương z là: - Ở theo phương r phương z Thành phần thứ công thức miêu tả độ cong, bán kính cong phần tử Điều rằng: Nếu điểm r tới phương thẳng đứng z, công thức 8.37b viết là: - Ở thành phần với thực tế không quan hệ tuyến tính với độ sâu (Ví dụ, ) Trong phần uốn cong, với tỷ lệ thuận với độ sâu z Cần ý thành phần thành phần dộ uốn cong, tồn với Điều có nghĩa trường hợp ngược lại khả vật liệu để chống đỡ lại ứng suất sai lệch, ứng suất kéo Quỹ đạo không uốn cong đồ thị quan hệ môi trường thủy tĩnh Điều lý đất/đá thường làm cho kết cấu chống có tuổi thọ ngắn phần ảnh hưởng nước ngầm - Trong hệ toạ độ đề các: Page 14 Bài tiểu luận số • - biến đổi: - Trong hệ toạ độ trụ: - Quy tắc biến đổi: Ứng suất kiến tạo: - Trường hợp đơn giản lời giải hoàn thành với điều kiện biên: Khi Page 15 Bài tiểu luận số (8.40) - Do đó, trường ứng suất xa vô trở thành trường ứng suất nguyên nguyê n sinh: • Trong môi trường thuỷ tĩnh: - Trường hợp đặc biệt với viết : - Những biểu thị cho lời giải toán đối xứng trục bán kính r phụ - thuộc vào biến số không xuất Lời giải Lame trường hợp có dạng: Page 16 Bài tiểu luận số - • Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm: Trong môi trường dẻo: - Từ công thức (8.44), ứng suất khác p giảm - Hiện khẳng định khối đá đàn hồi, đàn hồi dẻo ứng suất khác không vượt giới hạn gọi điều kiện hạn ché Với vật liệu dính kết điều kiện giới hạn viết là: - Ở gọi góc ma sát (hay góc nội ma sát) Do đó, điều kiện bền giới hạn thỏa mãn khi: Page 17 Bài tiểu luận số - Với vật liệu có điều kiện giới hạn góc ma sát lực dính kết c điều kiện viết là: - Điều kiện giới hạn miêu tả biểu đồ Mohr hình - Nếu trước đó, p có giá trị nhỏ, yêu cầu công thức (8.35) biểu thị công thức (8.34) bị vi phạm phạm vi xác định) Như lời giải đàn hồi (8.44) sử dụng trường hợp Chúng ta để ý đến công thức cân theo phương hướng tâm (8.55) - Và đưa vào bên công thức công thức thu từ (8.52): KẾT LUẬN Trạng thái ứng suất khối đá gồm loại: Trạng thái ứng suất nguyên sinh hay trạng thái ứng suất ban đầu tồn trình thành tạo khối đá, chúng chưa chịu tác động người tác động kỹ thuật bên Trạng thái ứng suất thứ sinh: tiến hành khai đào xây dựng công trình ngầm khối đá làm phá vỡ trạng thái cân tự nhiên ban đầu khối đá Khi làm thay đổi trạng thái ứng suất nguyên sinh khối đá, hình thành trạng thái ứng suất thoả điều kiện cân khối đá Trạng thái ứng suất hình thannhf sau công trình ngầm khai đào gọi trạng thái ứng suất thứ sinh, hình thành trạng thái ứng suất thứ sinh dẫn tới biến đổi học khối đá hình thành biến dạng, dịch chuyển biến dạng phá huỷ khối đá Trạng thái học Page 18 Bài tiểu luận số phá huỷ thay đổi khong thay đổi theo thời gian dừng không dừng • TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng học phần: Đá, khối đá tính chất vật lý chúng TS Trần Tuấn Minh [2] Giáo trình học đá khối đá TS Trần Tuấn Minh [3] Sách học đá PGS.TS Võ Trọng Hùng – TS Phùng Mạnh Đắc [4] Và vài tư liệu tham khảo mạng Page 19 ... 10 Bài tiểu luận số • Một số tượng phá huỷ đất đá biên công trình ngầm - Sập đổ phía trước gương đào Đất mềm - Đất đá phân lớp Tróc nở đá hầm Page 11 Bài tiểu luận số Page 12 Bài tiểu luận số... TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng học phần: Đá, khối đá tính chất vật lý chúng TS Trần Tuấn Minh [2] Giáo trình học đá khối đá TS Trần Tuấn Minh [3] Sách học đá PGS.TS Võ Trọng Hùng – TS Phùng... địa chất, trình thuỷ động học, trình khí động học, trình khác xảy khối đá ) Page Bài tiểu luận số Thành phần tenxơ tổng quát trường ứng suất nguyên sinh khối đá • Khối đá đàn hồi, đồng đẳng hướng: