Công trình ngầm, đường lò nằm song song gần đứt gãy phay phá thì khoảng cách giữa công trình ngầm, đường lò đến đứt gãy có ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình, khoảng cách này càng nhỏ thì mức độ ổn định của công trình càng kém, khoảng cách càng lớn thì độ ổn định càng cao. Chính vì thế xác định khoảng cách tối thiểu giữa công trình ngầm, đường lò tới đứt gãy có ý nghĩa vô cùng quan trọng đến độ ổn định của công trình. Bài báo sử dụng phần mềm Flac mô phỏng xác định khoảng cách tối thiểu từ đứt gãy đến vị trí đặt đường lò khi đường lò đào song song với các đứt gãy.
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH TỐI THIỂU GIỮA ĐƯỜNG LÒ TỚI PHAY PHÁ ĐỨT GÃY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TS Đào Viết Đoàn - Tr ng Đ i h c M -Đ a ch t (Mã s :2443) Phay phá đứt gãy thường gây trở ngại cho công tác thiết kế thi cơng cơng trình ngầm, đường lò Thơng thường thi cơng cơng trình ngầm, đường lò gần đến đứt gãy đào qua đứt gãy thường xảy cố trượt lở đất đá vào khoảng trống làm nguy hiểm cho người máy móc thiết bị, làm ngừng trệ sản xuất ảnh hưởng đến tốc độ thi công chung cơng trình Các cơng trình ngầm, đường lò nằm song song gần đứt gãy phay phá khoảng cách cơng trình ngầm, đường lò đến đứt gãy có ảnh hưởng đến độ ổn định cơng trình, khoảng cách nhỏ mức độ ổn định cơng trình kém, khoảng cách lớn độ ổn định cao Chính xác định khoảng cách tối thiểu cơng trình ngầm, đường lò tới đứt gãy có ý nghĩa vơ quan trọng đến độ ổn định cơng trình Bài báo sử dụng phần mềm Flac mô xác định khoảng cách tối thiểu từ đứt gãy đến vị trí đặt đường lò đường lò đào song song với đứt gãy Cách nhận biết đặc điểm đất đá xung quanh đứt gãy Những dấu hiệu găp đứt gãy [2]: Các đá nằm cạnh có khác biệt nằm thời gian thành tạo tuổi đá; Có dăm kiến tạo, mặt trượt dọc theo đới phá hủy; Xuất nguồn lộ nước nóng có độ khống hóa cao, điểm tích tụ quặng; Ranh giới miền trường có đặc tính khác cường độ, cấu trúc Đặc điểm đất đá xung quanh đứt gãy là: Đất đá xung quanh đứt gãy thường phân hủy nứt nẻ mạnh, vỡ vụn, cà nát Đứt gãy coi vùng có mạng khe nứt dày đặc, độ bền đất đá vùng giảm hẳn so với vùng khác khối đá chí có phải xem đất đá rời rạc; Xung quanh đứt gãy thường tồn vùng có quy luật phân bố ứng suất đặc biệt; Trong phay phá, đứt gãy chứa bùn, sét, nước thành phần phong hóa thi cơng cơng trình ngầm qua khu vực gây sập đổ, tai nạn thi cơng; Chúng có tác động đến mức độ ổn định cơng trình ngầm tùy thuộc vào nằm so với trục cơng trình ngầm Phân loại đứt gãy Thông thường đứt gãy thường xảy nơi có điều kiện địa chất khơng ổn định Đứt gãy đôi với đới dập nát mà trình đứt gãy hình thành nên (đứt gãy làm đá hai bên cánh đứt gãy dịch chuyển hai bên mặt trượt làm cho đá bị phá hủy) Dựa vào quan hệ dịch chuyển đương đối hai bờ đứt gãy chia đứt gãy làm loại là: đứt gãy thuận (Normal fault), đứt gãy nghịch (Thrust fault) đứt gãy dịch chuyển ngang (Strike -slip fault) Đứt gãy thuận: đứt gãy có mặt đứt gãy nghiêng chiều với cánh hạ xuống, đứt gãy thuận đặc trưng cho giãn vỏ trái đất thường gọi đứt gãy trọng lực đứt gãy lực kéo căng (Gravity or tension fault) bề mặt trượt so với mặt phẳng nằm ngang 650÷900, khu vực thường xuất dạng nhóm đứt gãy dạng đơn lẻ, thể H.1.a a) b) c) H.1 Các dạng đứt gãy: a - Đứt gãy thuận; b - Đứt gãy nghịch; c - Đứt gãy dịch chuyển ngang [1] Đứt gãy nghịch: đứt gãy nghiêng ngược chiều với cánh hạ xuống, đứt gãy nghịch đặc trưng cho nén ép vỏ trái đất thường gọi đứt gãy nén ép (compression fault) bề mặt dịch chuyển so với mặt nằm ngang thường 450 thể H.1.b; Đứt gãy dịch chuyển ngang: đứt gãy cánh đứt di chuyển theo phương ngang, không dịch chuyển theo phương thẳng đứng gọi đứt gãy xoay (wrench fault) thể H.1.c a) b) c) H.2 Ba trạng thái ứng suất hình thành dạng đứt gãy hình thức biểu [1] Theo H.2 ta thấy rằng: Hình thành trạng thái ứng suất đứt gãy thuận ứng suất lớn theo phương thẳng đứng б1, ứng suất nằm ngang б2 б3, б2 phương với đường hướng dốc đứt gãy Dựa vào trạng thái ứng suất đứt gãy thuận vòng tròn Mohr thấy điều kiện để dẫn đến hình thành đứt gãy thuận ứng suất lớn б1 theo phương thẳng đứng tăng dần ứng suất nhỏ б3 theo phương ngang giảm Do kéo giãn theo phương ngang đè xuống theo phương thẳng đứng điều kiện hình thành đứt gãy thuận; Hình thành trạng thái ứng suất đứt gãy nghịch ứng suất lớn б1 ứng suất б2 theo phương ngang, ứng suất nhỏ б3 theo phương thẳng đứng, ứng suất б2 song song với đường hướng dốc đứt gãy Dựa vào trạng thái ứng suất đứt gãy nghịch vòng tròn Mohr thấy điều kiện để dẫn đến hình thành đứt gãy nghịch ứng suất б1 theo phương ngang tăng dần ứng suất nhỏ б3 giảm dần Do nén ép theo phương ngang điều kiện hình thành đứt gãy nghịch; Hình thành trạng thái ứng suất dịch chuyển ngang ứng suất lớn б1 ứng suất nhỏ б3 theo phương ngang, ứng suất б2 theo phương thẳng đứng, ứng suất б2 vng góc với đường hướng dốc đứt gãy Hướng trượt vuông góc với ứng suất б2 Các thơng số đầu vào mơ Mơ hình mơ có 11 lớp đất đá chiều dầy lớp theo chiều từ lên sau: 10; 18; 6; 2; 4; 2; ; 4; 12; 10 m chiều rộng chiều cao mơ hình 80x80 m, đứt gãy hợp với phương nằm ngang góc 600, đường lò hình chữ nhật kích thước rộng x cao 5x3,5 m Mặt mơ hình cách mặt đất 400m, đặt tải trọng phân bố đều, tải trọng tải trọng lớp đất đá phía tác dụng lên, mơ hình giả sử lớp đất đá phía có trọng lượng thể tích γ=ρ.g=25 KN/m3 tải tác dụng lên mặt mơ hình 10 MPa Mặt hai mặt bên cố định, mơ hình tốn thể H.3 Bảng Bảng tham số học đầu vào khối đá đứt gãy Mô đun đàn Góc ma Lực Độ bền kéo Chiều Mật độ hồi, K/GPa sát dính kết Lớp đá dày kg/m3 σ*K, MPa c, MPa m ϕ 2500 4.0 30 5.1 3.5 10 2500 4.0 28 4.1 3.5 12 2300 4.0 30 3.0 2.6 4 2500 2.6 28 2.8 2.9 2200 1.8 28 1.5 2.0 2300 1.8 25 1.4 1.8 1400 1.7 25 1.4 1.8 2300 2.3 27 1.8 2.6 2400 2.7 30 2.0 2.8 10 18 2400 4.6 30 4.8 2.9 11 10 2500 4.6 30 4.8 4.5 Đứt gãy 1800 15 0.2 0.1 FLAC3D 3.00 Step 12895 Model Perspective 11:20:03 Tue Jan 14 2014 Center: X: 4.483e+001 Y: 1.650e+000 Z: 4.000e+001 Dist: 2.495e+002 Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Mag.: 1.25 Ang.: 22.500 Block Group 01 02 03 04 meiceng 06 07 08 09 10 00 Itasca Consulting Group, Inc Minneapolis, MN USA H.3 Mơ hình thể phay phá vị trí bố trí đường lò Phân tích kết mô 4.1 Phân b ng su t theo phơng th ng đ ng Szz Phân bố ứng suất theo phương thẳng đứng Szz ứng với vị trí đường lò cách đứt m; m; m; m; m m thể H.4 Từ kết mơ H.4 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật phân bố ứng suất theo phương thẳng đứng xung quanh đường lò sau: Phía bên hơng trái (tiếp giáp đứt gãy): khoảng cách từ hơng đường lò đến đứt gãy 2÷4 m ứng suất phía bên hơng trái nhỏ ứng suất phía bên hơng phải, điều lý giải đất đá xung quanh đứt gãy đất đá thường bị vỡ vụn cà nát khơng có tập trung ứng suất lớn vùng này, đường lò gần khu vực thường ổn định đất đá có chứa mạng khe nứt dày đặc, đất đá rời rạc ổn định tập trung ứng suất Khi khoảng cách đường lò 5÷7 m thấy bên hơng trái vùng đường lò đứt gãy suất tập trung ứng suất điều chứng tỏ đất đá hơng đường lò đứt gãy trạng thái ổn định, không bị phá hủy, giá trị ứng suất tập trung hai bên hơng đường lò gần nhau, với khoảng cách từ đứt gãy đến hơng trái đường lò lớn m đường lò khơng ảnh hưởng đứt gãy vị trí đặt đường lò với điều kiện đầu vào mô phải lớn m 4.2 Bi n d ng xung quanh đ ng lò Biến dạng đường lò ứng với vị trí đường lò cách đứt m; m; m; m; m m thể H.5 Từ kết mô H.5 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật biến dạng đường lò sau: Tại đường lò: Vùng đất đá biến dạng dịch chuyển mở rộng phía đứt gãy giảm dần khoảng cách từ đường lò đến đứt gãy tăng dần, đạt tới trạng thái gần cân biến dạng vị trí đặt đường lò tới đứt gãy m; Giá trị biến dạng có xu hướng giảm khoảng cách từ đường lò tời đứt gãy tăng, cụ thể giá trị biến dạng đường lò với khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy m 60mm giảm xuống 30 mm khoảng cách m Tại đường lò: Tại đường lò vùng đất đá biến dạng dịch chuyển mở rộng phía đứt gãy giảm dần khoảng cách từ đường lò đến đứt gãy tăng dần đạt tới trạng thái cần biến dạng phía vị trí đặt đường lò tới đứt gãy lớn m; Giá trị biến dạng có xu hướng giảm khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy tăng, cụ thể giá trị biến dạng đường lò với khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy m 35 mm giảm xuống 10 mm khoảng cách m Biến dạng hai bên hơng đường lò ứng với vị trí đường lò cách đứt m; m; m; m; m m thể H.6 Từ kết mô hình H.6 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật biến dạng hai bên hơng đường lò sau: Khi khoảng cách đường lò tới đứt gãy 2÷4 m đường lò nằm gần tiếp giáp với đứt gãy biến dạng phía hơng trái (tiếp giáp đứt gãy) lớn giá trị phía hơng phải, cụ thể khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy m giá trị biến dạng bên hông trái 130 mm, bên hông phải 40 mm, khoảng cách m giá trị biến dạng biên hơng trái 50 mm bên hơng phải khoảng cách m 30 mm Khi khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy lớn m giá trị biến dạng hai bên hông đường lò gần tương đương nằm khoảng 30 mm, điều chứng tỏ khoảng cách từ đứt gãy đến đường lò lơn 5m độ ổn định đường lò khơng bị ảnh hưởng đứt gãy Từ phân tích giá trị biến dạng xung quanh đường lò ta chọn khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy với điều kiện đầu vào mô lớn m 4.3 Phá h y d o xung quanh đ ng lò Phá hủy dẻo xung quanh đường lò ứng với vị trí đường lò cách đứt m; m; m; m; m m thể H.7 Từ kết mơ H.7 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật phá hủy dẻo xung quanh hơng đường lò sau: Khi khoảng cách đường lò tới đứt gãy 2÷4 m đường lò nằm gần tiếp giáp với đứt gãy vùng phá hủy dẻo phía hơng trái (tiếp giáp đứt gãy) lớn vùng phá hủy dẻo hông phải; Khi khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy lớn m vùng phá hủy dẻo hai bên hơng đường lò gần tương đương nhau, điều chứng tỏ khoảng cách từ đứt gãy đến đường lò lớn m độ ổn định đường lò khơng bị ảnh hưởng đứt gãy Từ kết mô thể hình phân tích ta chọn khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy với điều kiện đầu vào mô lớn m 2m 3m 4m FLAC3D 3.00 Step 10620 Model Perspective 20:55:07 Tue Jan 14 2014 Center: X: 2.800e+001 Y: 0.000e+000 Z: 3.800e+001 Dist: 2.484e+002 Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Mag.: 2.5 Ang.: 22.500 Block State None shear-n shear-p shear-n shear-p tension-p shear-p Itasca Consulting Group, Inc Minneapolis, MN USA 5m 6m 7m H.7 Phá hủy xung quanh đường lò Kết luận Dựa vào quan hệ dịch chuyển đương đối hai bờ đứt gãy chia đứt gãy làm loại là: đứt gãy thuận (Normal fault), đứt gãy nghịch (Thrust fault) đứt gãy dịch chuyển ngang (Strike-slip fault) Một nguyên nhân hình thành lên đứt gãy chủ yếu phương tác dụng thành phần ứng suất Từ kết mô với điều kiện đầu vào ta có nhận xét sau: Khu vực xung quanh đứt gãy thường vùng có ứng suất giảm, ổn định cơng trình ngầm, đường lò đào gần khu vực đứt gãy thường đất đá xung quanh đứt gãy bị vò nhàu cà nát rời rạc gây ứng suất tập trung gây ra; Khi đào công trình ngầm song song với đứt gãy biến dạng phá hủy dẻo xuất bên hông tiếp giáp trực tiếp với đứt gãy thường lớn bên hông khơng tiếp giáp trực tiếp với đứt gãy Chính thi cơng cơng trình ngầm đường lò song song với đứt gãy cần ý tăng cường sử dụng biện pháp gia cố bảo vệ bên hông tiếp giáp trực tiếp với đứt gãy; Với điều kiện đầu vào kết mô phân mềm Flac đào cơng trình ngầm, đường lò song song với đứt gãy khoảng cách tối thiểu từ cơng trình ngầm, đường lò tới đứt gãy phải lớn m Tài liệu tham khảo Xue Zhi Peng Simulation of roadway damagc induced by fault reactivation Master thesis HeNan Polytechnic University 2010 Nguyễn Quang Phích Bài giảng học đá Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội 1992 Chen Yu Min Cơ sở thí dụ cơng trình thực tế FLAC/FLAC3D Nhà suất thủy điện thủy lợi Trung Quốc (sách tiếng Trung) Peng Wen Bin Giáo trình thực hành FLAC 3D Nhà suất cơng nghiệp khí (sách tiếng Trung) Itasca FLAC Fast Lagrangian Analysis of Continua User’s Guide Third Edition (FLAC Version 5.0) April 2005 ... rằng, khoảng cách bố trí đường lò cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật biến dạng hai bên hơng đường lò sau: Khi khoảng cách đường lò tới đứt gãy 2÷4 m đường lò nằm gần tiếp giáp với đứt gãy. .. dạng đường lò với khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy m 60mm giảm xuống 30 mm khoảng cách m Tại đường lò: Tại đường lò vùng đất đá biến dạng dịch chuyển mở rộng phía đứt gãy giảm dần khoảng cách. .. phải khoảng cách m 30 mm Khi khoảng cách từ đường lò tới đứt gãy lớn m giá trị biến dạng hai bên hơng đường lò gần tương đương nằm khoảng 30 mm, điều chứng tỏ khoảng cách từ đứt gãy đến đường lò