...phan tich bien dang (Dinh Xuan Vinh).pdf

...phan tich bien dang (Dinh Xuan Vinh).pdf tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất...

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Thanh Quang LỜI CẢM ƠN 1 Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với các thầy giáo hướng dẫn là GS.TS. Đỗ Như Tráng và PGS.TS. Nguyễn Quốc Bảo đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đề xuất nhiều ý tưởng khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành bản luận án này. Tác giả xin trân trọng sự động viên, khuyến khích và những kiến thức khoa học mà các thầy giáo đã chia sẻ cho tác giả trong nhiều năm qua, giúp cho tác giả nâng cao năng lực khoa học và củng cố lòng yêu nghề. Tác giả xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp, những nhận xét hết sức quý báu chân tình của các thầy giáo, các nhà khoa học giúp tác giả hoàn thành được bản luận án của mình. Tác giả trân trọng cảm ơn Trung tâm Tư vấn Khảo sát thiết kế công trình Quốc phòng-BTL Công binh, Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Phòng Sau đại học - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo mọi điều kiện tốt nhất và giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã thông cảm, động viên và chia sẻ khó khăn với tác giả trong suốt thời gian làm luận án. Tác giả Nguyễn Thanh Quang 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT [] Kí hiệu ma trận { } Kí hiệu véc tơ a,b,c Hệ số của đa thức bậc nhất B Khâu độ công trình BTG Bước thời gian c Lực dính kết trên bề mặt tiếp xúc [C] Ma trận cản nhớt { } D Véc tơ thành phần biến dạng ij D Véc tơ biến dạng của khối thứ i d Khoảng cách xuyên d 1i ,…d 6i Các thành phần của véc tơ biến dạng d của khối thứ i det( [A] ) Định thức của ma trận A §HTT Đàn hồi tuyến tính E Mô đun đàn hồi { } F Véc tơ tải trọng i F Véc tơ tải trọng của khối thứ i x y F ,F Tải trọng tập trung tác dụng theo phương x,y x y F (t),F (t) Tải trọng phân bố tác dụng theo phương x,y f Hệ số Protod’jakonov x f , y f Lực quán tính tác dụng theo phương x,y G Mô đun trượt của vật liệu g Gia tốc trọng trường H Chiều sâu đặt công trình J Định thức Jacobi 4 [K] Ma trận độ cứng tổng thể ij K Ma trận thành phần của ma trận độ cứng tổng thể l Chiều dài cạnh tham chiếu M Khối lượng trên đơn vị diện tích i P Đỉnh của khối (đa giác) thứ i p, k n Độ cứng lò xo pháp tuyến penalty k s Độ cứng lò xo tiếp tuyến penalty [T ] i Ma trận chuyển hệ tọa độ u, v Chuyển vị thẳng tương ứng theo phương x, y u o , v o Chuyển vị thẳng tương ứng theo phương x, y tại trọng tâm khối v 1 , v o Vận tốc khối tại thời điểm trước và sau của khối r o Góc xoay của khối tại trọng tâm (x o ,y o ) x, y Tọa độ tại điểm xét x o , y o Tọa độ tại điểm cố định của khối thường lấy là điểm trọng tâm S Diện tích của khối Π Thế năng toàn phần của khối e Π Năng lượng biến dạng của khối σ Π Thế năng của ứng suất ban đầu p Π Thế năng của tải trọng tập trung l Π Thế năng của tải trọng phân bố w Π Thế năng của lực khối v Π Thế năng của lực cản nhớt i Π Thế năng của lực quán tính c Π Thế năng của lò xo liên kết δ Độ mở rộng khe nứt (phân lớp) 5 x ,ε y ε Biến dạng thẳng của khối theo phương x, y ϕ Góc ma sát trên bề mặt tiếp xúc γ Trọng lượng thể tích xy γ Biến dạng góc của khối ij η Khoảng cách giữa hai khối i và j υ Hệ số Poisson θ Góc giữa mặt phân lớp với mặt phẳng ngang ρ Chuyển dịch lớn nhất trong bước thời gian tính toán x ,σ y σ Ứng suất của khối theo TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI TS Đinh Xuân Vinh (chủ biên) PGS.TS Phan Văn Hiến, TS Nguyễn Bá Dũng LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ HÀ NỘI, 2015 MỤC LỤC Nội dung Mở đầu Chương Lý thuyết nhận dạng hệ thống 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Khái niệm quan trắc biến dạng 1.1.2 Nội dung quan trắc biến dạng 1.1.3 Phân loại phương pháp phân tích biến dạng 1.1.4 Mục đích ý nghĩa quan trắc biến dạng 1.2 Biến dạng giám sát 1.2.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật quan trắc biến dạng 1.2.2 Giới thiệu kỹ thuật quan trắc biến dạng 1.3 Thành phần phương sai hiệp phương sai liệu quan trắc 1.3.1 Phương sai 1.3.2 Ma trận hiệp phương sai 1.3.3 Tự hiệp phương sai 1.3.4 Tự tương quan 1.3.5 Ước lượng thành phần phương sai hiệp phương sai 1.3.6 Phương pháp kiểm tra số liệu quan trắc 1.4 Nhận dạng hệ thống liệu quan trắc 1.4.1 Phân tích biến dạng truyền thống 1.4.2 Hệ thống hóa mơ hình biến dạng 1.4.3 Mơ hình đồng 1.4.4 Mơ hình động 1.4.5 Mơ hình tĩnh động lực Chương Phân tích biến dạng hình học 2.1 Các tham số chủ yếu biến dạng 2.2 Quan hệ hàm số trị đo với tham số biến dạng 2.2.1 Tham số biến dạng 2.2.2 Mối liên quan hàm số mơ hình biến dạng với trị đo 2.3 Biến dạng cơng trình 2.3.1 Biến dạng phi chu kỳ 2.3.2 Biến dạng có chu kỳ 2.3.3 Nguyên nhân động lực tổng hợp gây biến dạng 2.3.4 Xác định số chu kỳ quan trắc thời gian quan trắc chu kỳ 2.3.5 Phương án quan trắc biến dạng cơng trình 2.4 Vấn đề bình sai lưới quan trắc biến dạng 2.5 Tổng quan giải thích vật lý biến dạng 2.5.1 Các phương pháp giải thích tương tác lẫn 2.5.2 Giải thích vật lý phương pháp phân tích thống kê 2.5.3 Giải thích vật lý mơ hình xác định trước Chương Mơ hình biến dạng đối tượng 3.1 Mơ hình tốn học 3.2 Nhận dạng mơ hình biến dạng 3.3 Ước lượng mơ hình biến dạng 3.4 Đánh giá mơ hình biến dạng i Trang 3 8 11 20 20 22 23 24 28 33 36 36 37 38 40 41 47 47 52 52 54 56 58 60 62 63 64 67 70 70 72 74 79 80 82 85 87 3.4.1 Vấn đề kiểm định thống kê 3.4.2 Lựa chọn mơ hình biến dạng tốt 3.5 Phương pháp chung phân tích hình học 3.6 Quy trình đánh giá độ ổn định điểm gốc lưới quan trắc biến dạng cơng trình 3.6.1 Bình sai lưới tự quan trắc biến dạng 3.6.2 Vấn đề khuyết số liệu gốc phân tích biến dạng 3.6.3 Ước lượng kiểm định thống kê điểm sở không ổn định điểm kiểm tra biến dạng 3.6.4 Ví dụ đánh giá độ ổn định điểm sở lưới đo lún Văn Quán, Hà Nội 3.7 Phân tích biến dạng địa động 3.7.1 Mô tả khu vực quan trắc 3.7.2 Xác nhận mơ hình biến dạng 3.6.3 Kết lựa chọn mô hình Chương Phân tích biến dạng mơ hình tham số 4.1 Khái quát chung 4.2 Phương pháp lọc Kalman 4.2.1 Lý thuyết ước lượng tuyến tính tối ưu 4.2.2 Phương trình vi phân 4.2.3 Nhiễu trắng 4.2.4 Mô nhiễu trắng 4.2.5 Trạng thái không gian 4.2.6 Ma trận sở 4.2.7 Lọc Kalman dạng đa thức 4.2.8 Ví dụ lọc alman với trị đo GPS liên tục Văn Quán, Hà nội, Việt Nam 4.3 Mơ hình xác định trước phương pháp phần tử hữu hạn 4.3.1 Tổng quan 4.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 4.3.3 Mơ hình xác định trước 4.3.4 Mơ hình tổng hợp phương pháp xác định trước thống kê Chương Phân tích biến dạng mơ hình phi tham số 5.1 Tổng quan chuỗi thời gian 5.1.1 Mở đầu 5.1.2 Mơ hình tốn học q trình động ngẫu nhiên xác định 5.1.3 Ý tưởng xây dựng mơ hình 5.1.4 Kết luận 5.2 Hàm tự tương quan quy trình tĩnh 5.2.1 Chuỗi thời gian quy trình ngẫu nhiên 5.2.2.Quy trình ngẫu nhiên tĩnh 5.2.3 Ma trận tự hiệp phương sai tính xác định 5.2.4 Hàm tự tương quan hàm tự hiệp phương sai 5.3 Xác định mô hình ARIMA 5.4 Ví dụ xây dựng mơ hình ARIMA 5.4.1 Giới thiệu khu vực thực nghiệm ii 87 88 91 92 92 97 100 103 113 113 114 116 119 119 121 122 123 124 124 125 126 127 138 141 141 142 142 143 147 147 147 150 156 157 158 158 159 161 162 164 165 165 5.4.2 Phân tích tự tương quan tự tương quan riêng phần 5.4.3 Phân tích liệu chuỗi nguyên sơ 5.4.4 Phân tích liệu chuỗi sai phân bậc 5.5 Hồi quy 5.5.1 Phương trình hồi quy tuyến tính đa biến cách giải 5.5.2 Hệ số tương quan hệ số xác định 5.6 Hồi quy bước 5.7 Ví dụ phân tích hồi quy bước .1 Xây ựng mơ hình hồi quy .2 ính tốn mơ hình hồi quy .3 Giải thích kết hồi quy Thuật ngữ riêng Tài liệu tham khảo iii 167 169 170 172 173 176 180 182 183 184 188 193 195 LỜI MỞ ĐẦU Hiện tượng biến dạng công trình xây dựng nhà ở, cầu, đập ngăn nước, vùng đất trượt lở bờ dốc, thân đê, mái đắp, lún khai thác mỏ, khai thác dầu nước ngầm, xây dựng hồ chứa lớn, gây rủi ro ...1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Một trong những vấn đề đặt ra cho việc xây dựng công trình ngầm trong đá là nghiên cứu, đánh giá, phân tích ổn định các khoảng trống ngầm, không gian ngầm nhằm có được thiết kế hợp lý về kết cấu chống đỡ, kết cấu công trình và biện pháp thi công. Trong những năm gần đây, để khắc phục những khó khăn của các lời giải giải tích cũng như phương pháp thực nghiệm và thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp số khác nhau. Phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục DDA (Discontinuous Defor mation Analysis) là phương pháp số được sử dụng để phân tích lực tương tác và chuyển dịch khi các khối tiếp xúc với nhau. Đối với mỗi khối, DDA cho phép xác định các chuyển dịch, biến dạng ở mỗi bước thời gian; đối với toàn bộ hệ các khối thì cho phép mô phỏng quá trình tiếp xúc, tương tác giữa các khối. Với các lí do trên, đề tài nghiên cứu của luận án được chọn là “Nghiên cứu sự ổn định khoang hầm trong môi trường đá nứt nẻ bằng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục”. 2. Mục đích, nội dung, phƣơng pháp, phạm vi nghiên cứu của luận án  Mục đích của luận án Xây dựng mô hình, thuật toán và chương trình để xác định các trường chuyển dịch, ứng suất và biến dạng của khối đá theo thời gian xung quanh khoang hầm trong môi trường biến dạng không liên tục. Thông qua các nghiên cứu lý thuyết và các thử nghiệm số trên máy tính, phân tích ảnh hưởng của trạng thái nứt nẻ khối đá đến tính ổn định của kết cấu công trình ngầm.  Nội dung nghiên cứu của luận án 2 1. Tìm hiểu và sử dụng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục DDA. 2. Xây dựng mô hình tính và thuật toán cùng việc thiết lập chương trình tính toán chuyển dịch, biến dạng và ứng suất theo DDA. 3. Tiến hành một số tính toán, thử nghiệm số phân tích chuyển dịch của khối đá nứt nẻ xung quanh khoang hầm và sự tiếp xúc, tương tác giữa công trình ngầm với môi trường đá nứt nẻ.  Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm số trên máy tính.  Phạm vi nghiên cứu của luận án Xét mô hình tính là các bài toán phẳng trong môi trường không liên tục. 3. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của luận án bao gồm phần mở đầu, bốn chương và phần kết luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo và phụ lục. Nội dung luận án gồm 120 trang, 19 bảng biểu, 92 hình vẽ và đồ thị, 27 tài liệu tham khảo, 05 bài báo khoa học phản ánh nội dung của luận án. Phần phụ lục trình bày mã nguồn của các chương trình đã lập trong luận án. CHƢƠNG I TỔNG QUAN Trong chương này đã tiến hành tổng quan các nghiên cứu về sự ổn định khối đá xung quanh khoang hầm và một số phương pháp số áp dụng trong môi trường không liên tục. Ứng dụng nghiên cứu này trong xây dựng công trình ngầm trong môi trường đá nứt nẻ cho phép đánh giá tương tác giữa môi trường và công trình để từ đó có những giải pháp hợp lý giúp cho việc xây dựng an toàn, hiệu quả và chất lượng. Các kết luận rút ra trong chương tổng quan là: 3  Lý thuyết về nghiên cứu ổn định công trình ngầm cũng như áp lực địa tầng tác dụng lên công trình được phát triển rất đa dạng, từ lâu. Bằng các nghiên cứu của mình các nhà khoa học đã có những đóng góp to lớn trong việc xây dựng hệ thống công trình ngầm trong các môi trường khác nhau đặc biệt là môi trường đá nứt nẻ.  Trong việc phân tích BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN NGỌC ĐÔNG , PHÂN TÍCH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN NGỌC ĐÔNG , PHÂN TÍCH NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 62520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN KHÁNH HÀ NỘI - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác. Tác giả luận án Trần Ngọc Đông ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 6 1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở ngoài nƣớc 6 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở trong nƣớc 9 1.3. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu 12 1.4. Vấn đề tồn tại và định hƣớng nghiên cứu trong luận án 13 Chƣơng 2. QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 14 2.1. Yêu cầu kỹ thuật quan trắc độ lún trong quá trình xây dựng móng và tầng hầm nhà cao tầng 14 2.2. Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm bằng phƣơng pháp trắc địa 18 2.3. Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng bằng cảm biến 27 2.4. Giải pháp kết hợp phƣơng pháp trắc địa và phƣơng pháp sử dụng cảm biến quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng 32 Chƣơng 3. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TƢỜNG VÂY NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG MÓNG VÀ TẦNG HẦM 39 3.1. Yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây nhà cao tầng 39 3.2. Quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây bằng phƣơng pháp trắc địa 43 3.3. Quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây bằng cảm biến Inclinometer 58 iii 3.4. Giải pháp quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây bằng phƣơng pháp trắc địa kết hợp với phƣơng pháp sử dụng cảm biến 65 Chƣơng 4. PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 70 4.1. Nguyên tắc thành lập mô hình chuyển dịch công trình theo số liệu quan trắc 70 4.2. Mô hình lún nền móng và chuyển dịch tƣờng vây trong không gian 71 4.3. Mô hình lún và chuyển dịch nền móng nhà cao tầng theo thời gian 80 4.4. Đánh giá ảnh hƣởng của các yếu tố gây nên chuyển dịch biến dạng công trình 83 4.5. P công móng và tầng hầm 86 4.6. Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm 91 Chƣơng 5. THỰC NGHIỆM 94 5.1. Thực nghiệm quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm 94 5.2. Thực nghiệm thành lập mô hình lún nền móng công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm 107 5.3. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tƣờng vây 113 5.4. Thực nghiệm phân tích tƣơng quan tuyến tính đơn giữa mực nƣớc ngầm và độ lún nền nhà cao tầng 119 5.5. Thực nghiệm dự báo lún nền công trình theo hàm đa thức 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 PHỤ LỤC 133 Phụ lục A. Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây công trình Cục tần số vô tuyến điện bằng phƣơng pháp trắc địa kết hợp Inclinometer 134 Phụ lục B. Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng vây công trình Golden Palace chu kỳ 01 và 02 bằng phƣơng pháp góc – cạnh 140 Phụ lục C. Một số máy toàn đạc điện tử có chế độ bắt mục tiêu tự động hiện nay … 146 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 TĐĐT Toàn đạc điện tử 2 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 3 GPS Global Positioning System 4 KHCN Khoa học Công nghệ 5 ADFB Analysis of Deformation of the Foundation and Basement 6 GOCA GNSS/GPS/LPS 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Một trong những vấn đề đặt ra cho việc xây dựng công trình ngầm trong đá là nghiên cứu, đánh giá, phân tích ổn định các khoảng trống ngầm, không gian ngầm nhằm có được thiết kế hợp lý về kết cấu chống đỡ, kết cấu công trình và biện pháp thi công. Trong những năm gần đây, để khắc phục những khó khăn của các lời giải giải tích cũng như phương pháp thực nghiệm và thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp số khác nhau. Phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục DDA (Discontinuous Defor mation Analysis) là phương pháp số được sử dụng để phân tích lực tương tác và chuyển dịch khi các khối tiếp xúc với nhau. Đối với mỗi khối, DDA cho phép xác định các chuyển dịch, biến dạng ở mỗi bước thời gian; đối với toàn bộ hệ các khối thì cho phép mô phỏng quá trình tiếp xúc, tương tác giữa các khối. Với các lí do trên, đề tài nghiên cứu của luận án được chọn là “Nghiên cứu sự ổn định khoang hầm trong môi trường đá nứt nẻ bằng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục”. 2. Mục đích, nội dung, phương pháp, phạm vi nghiên cứu của luận án • Mục đích của luận án Xây dựng mô hình, thuật toán và chương trình để xác định các 3 trường chuyển dịch, ứng suất và biến dạng của khối đá theo thời gian xung quanh khoang hầm trong môi trường biến dạng không liên tục. Thông qua các nghiên cứu lý thuyết và các thử nghiệm số trên máy tính, phân tích ảnh hưởng của trạng thái nứt nẻ khối đá đến tính ổn định của kết cấu công trình ngầm. • Nội dung nghiên cứu của luận án 1. Tìm hiểu và sử dụng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục DDA. 2. Xây dựng mô hình tính và thuật toán cùng việc thiết lập chương trình tính toán chuyển dịch, biến dạng và ứng suất theo DDA. 3. Tiến hành một số tính toán, thử nghiệm số phân tích chuyển dịch của khối đá nứt nẻ xung quanh khoang hầm và sự tiếp xúc, tương tác giữa công trình ngầm với môi trường đá nứt nẻ. • Phương pháp nghiên cứu của luận án Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm số trên máy tính. • Phạm vi nghiên cứu của luận án Xét mô hình tính là các bài toán phẳng trong môi trường không liên tục. 3. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của luận án bao gồm phần mở đầu, bốn chương và phần kết luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo và phụ lục. Nội dung luận án gồm 120 trang, 19 bảng biểu, 92 hình vẽ và đồ thị, 27 tài liệu tham khảo, 5 05 bài báo khoa học phản ánh nội dung của luận án. Phần phụ lục trình bày mã nguồn của các chương trình đã lập trong luận án. CHƯƠNG I TỔNG QUAN Trong chương này đã tiến hành tổng quan các nghiên cứu về sự ổn định khối đá xung quanh khoang hầm và một số phương pháp số áp dụng trong môi trường không liên tục. Ứng dụng nghiên cứu này trong xây dựng công trình ngầm trong môi trường đá nứt nẻ cho phép đánh giá tương tác giữa môi trường và công trình để từ đó có những giải pháp hợp lý giúp cho việc xây dựng an toàn, hiệu quả và chất lượng. Các kết luận rút ra trong chương tổng quan là: • Lý thuyết về nghiên cứu ổn định công trình ngầm cũng như áp lực địa tầng tác dụng lên công trình được phát triển rất đa dạng, từ lâu. Bằng các nghiên cứu của mình các nhà khoa học đã có những đóng góp to lớn trong việc xây dựng hệ thống công trình ngầm trong các môi trường khác nhau đặc biệt là môi trường đá nứt nẻ. • Trong việc phân tích ổn định khoang hầm hiện nay có hai phương i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - Nguyễn Thanh Quang NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH KHOANG HẦM TRONG MÔI TRƢỜNG ĐÁ NỨT NẺ BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG KHÔNG LIÊN TỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2013 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - Nguyễn Thanh Quang NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNHKHOANG HẦM TRONGMÔI TRƢỜNG ĐÁ NỨT NẺ BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG KHÔNG LIÊN TỤC Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt Mã số : 62.58.02.06 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1- GS TS Đỗ Nhƣ Tráng 2- PGS TS Nguyễn Quốc Bảo Hà Nội - 2013 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Thanh Quang iv LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành thầy giáo hƣớng dẫn GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng PGS.TS Nguyễn Quốc Bảo tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ đề xuất nhiều ý tƣởng khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng động viên, khuyến khích kiến thức khoa học mà thầy giáo chia sẻ cho tác giả nhiều năm qua, giúp cho tác giả nâng cao lực khoa học củng cố lòng yêu nghề Tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp, nhận xét quý báu chân tình thầy giáo, nhà khoa học giúp tác giả hoàn thành đƣợc luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Trung tâm Tƣ vấn Khảo sát thiết kế công trình Quốc phòng-BTL Công binh, Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Phòng Sau đại học - Học viện Kỹ thuật Quân tạo điều kiện tốt giúp đỡ tác giả trình nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn ngƣời thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp thông cảm, động viên chia sẻ khó khăn với tác giả suốt thời gian làm luận án Tác giả Nguyễn Thanh Quang v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Ổn định khối đá xung quanh khoang hầm môi trƣờng đá nứt nẻ 1.2 Phƣơng pháp số việc nghiên cứu khoang hầm môi trƣờng đá nứt nẻ 19 1.3 Kết luận .21 CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG KHÔNG LIÊN TỤC DDA 22 2.1 Phƣơng pháp DDA trình phát triển 22 2.2 Nội dung phƣơng pháp DDA 23 2.3 Tiếp xúc tƣơng tác khối 42 2.4 Những ứng dụng DDA 56 2.5 Những hạn chế DDA 60 2.6 Kết luận chƣơng .61 CHƢƠNG III : XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH 62 3.1 Đặt toán 62 3.2 Xây dựng thuật toán sơ đồ khối .64 3.3 Các thông số đầu vào phân tích DDA 69 3.4 Giới thiệu chƣơng trình tính DDA.m 72 vi 3.5 Một số thử nghiệm số 72 3.6 Kết luận chƣơng .87 CHƢƠNG IV: ỔN ĐỊNH KHOANG HẦMTRONG MÔI TRƢỜNG ĐÁ NỨT NẺ 89 4.1 Đặt toán 89 4.2 Mô hình nghiên cứu 90 4.3 Giới hạn miền khảo sát 91 4.4 Bài toán khoang hầm môi trƣờng đá phân lớp 92 4.5 Khoang hầm hình vòm tƣờng thẳng môi trƣờng đá nứt nẻ .106 4.6 Tƣơng tác khối đá với công trình ngầm môi trƣờng đá nứt nẻ 108 4.7 Kết luận chƣơng .118 KẾT LUẬN CHUNG 119 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 PHỤ LỤC 124 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT [] Kí hiệu ma trận  Kí hiệu véc tơ a,b,c Hệ số đa thức bậc B Khâu độ công trình BTG Bƣớc thời gian c Lực dính kết bề mặt tiếp xúc [C] Ma trận cản nhớt D Véc tơ thành phần biến dạng Dij Véc tơ biến dạng khối thứ i d Khoảng cách xuyên d1i,…d6i Các thành phần véc tơ biến dạng d khối thứ i det( [A] ) Định thức ma trận A §HTT Đàn hồi tuyến tính E Mô đun đàn hồi F Véc tơ tải trọng Fi Véc tơ tải trọng khối thứ i Fx , Fy Tải trọng tập trung tác dụng theo phƣơng x,y Fx (t), Fy (t) Tải trọng phân bố tác dụng theo phƣơng x,y f Hệ số Protod’jakonov fx , fy Lực quán tính tác dụng theo phƣơng x,y G Mô đun trƣợt vật liệu