Nghiên cứu xác định khoảng cách tối thiểu giữa đường lò tới phay phá đứt gãy bằng phương pháp số

Simulation of roadway damagc induced by fault reactivation.. HeNan Polytechnic University.[r]

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH TỐI THIỂU GIỮA ĐƯỜNG LÒ TỚI

PHAY PHÁ ĐỨT GÃY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ

TS Đào Viết Đoàn - Trng Đi hc M-Đa cht

(Mã s :2443)

Phay phá đứt gãy thường gây trở ngại cho công tác thiết kế thi công công trình ngầm, đường lị Thơng thường thi cơng cơng trình ngầm, đường lị 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 cơng chung cơng trình Các cơng trình ngầm, đường lị nằm song song gần đứt gãy phay phá khoảng cách cơng trình ngầm, đường lị 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 độổn định cao Chính xác định khoảng cách tối thiểu cơng trình ngầm, đường lị tới đứt gãy có ý nghĩa vơ quan trọng đến độổn định cơng trình Bài báo sử dụng phần mềm Flac mô xác định khoảng cách tối thiểu từđứt gãy đến vị trí đặt đường lò đường lò đào song song với

đứt gãy

1 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 bốứng 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 công;

Chúng có tác động đến mức độổn định cơng trình ngầm tùy thuộc vào nằm so với trục cơng trình ngầm

2 Phân loại đứt gãy

Thông thường đứt gãy thường xảy nơi có điều kiện địa chất khơng ổn định Đứt gãy

đi 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

ở dạng đơn lẻ, thể H.1.a a)

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 nhấtб3giảm 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

đứng, ứng suất б2 vng góc với đường hướng dốc đứt gãy Hướng trượt vng góc với ứng suất б2

3 Các thơng sốđầu vào mơ phỏng

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 lị hình chữ nhật kích thước rộng x cao 5x3,5 m Mặt mô 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

các 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 cốđịnh, mơ hình tốn thể H.3

Bảng Bảng tham số học đầu vào khối đá đứt gãy Lớp đá

Chiều dày

m

Mật độ

kg/m3

Mô đun đàn hồi, K/GPa

Góc ma sát

ϕ

Lực dính kết

c, MPa

Độ bền kéo

σ*K, MPa

1 2500 4.0 30 5.1 3.5

2 10 2500 4.0 28 4.1 3.5

3 12 2300 4.0 30 3.0 2.6

4 2500 2.6 28 2.8 2.9

5 2200 1.8 28 1.5 2.0

6 2300 1.8 25 1.4 1.8

7 1400 1.7 25 1.4 1.8

8 2300 2.3 27 1.8 2.6

9 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

Itasca Consulting Group, Inc Minneapolis, MN USA Step 12895 Model Perspective 11:20:03 Tue Jan 14 2014 Center: X: 4.483e+001 Y: 1.650e+000 Z: 4.000e+001

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.495e+002 Mag.: 1.25

Ang.: 22.500 Block Group 01 02 03 04 meiceng 06 07 08 09 10 00

H.3 Mô hình thể phay phá vị trí bố trí đường lị 4 Phân tích kết quả mơ phỏng

4.1 Phân b ng sut theo phơng thng đng Szz

Phân bốứng suất theo phương thẳng đứng Szz ứng với vị trí đường lị cách đứt m; m; m; m; m m thể H.4

Từ kết mơ H.4 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lị cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật phân bốứng suất theo phương thẳng đứng xung quanh

đường lò sau:

Phía bên hơng trái (tiếp giáp đứt gãy): khoảng cách từ hơng đường lị đến đứt gãy 2÷4 m ứng suất phía bên hơng trái nhỏ ứng suất phía bên hơng phải, điều

đất đá có chứa mạng khe nứt dày đặc, đất đá rời rạc ổn định tập trung ứng suất Khi khoảng cách đường lị 5÷7 m thấy bên hơng trái vùng đường lị đứt gãy suất tập trung ứng suất điều chứng tỏ đất đá hơng đường lị đứt gãy trạng thái ổn định, không bị phá hủy, giá trịứng suất tập trung hai bên hơng đường lị gần nhau, với khoảng cách từđứt gãy đến hơng trái đường lị lớn m đường lị khơng cịn ảnh hưởng đứt gãy vị trí đặt

đường lị với điều kiện đầu vào mô phải lớn m

4.2 Bin dng xung quanh đng lò

Biến dạng đường lị ứng với vị trí đường lị cách đứt m; m; m; m; m m thể H.5

Từ kết mô H.5 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lị cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật biến dạng đường lị sau:

Tại đường lị:

Vùng đất đá biến dạng dịch chuyển mở rộng phía đứt gãy giảm dần khoảng cách từđường lò đến đứt gãy tăng dần, đạt tới trạng thái gần cân biến dạng vị trí đặt đường lị tới đứt gãy m;

Giá trị biến dạng có xu hướng giảm khoảng cách từđường lò tời đứt gãy tăng, cụ

thể giá trị biến dạng đường lò với khoảng cách từđường 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 từđường lò đến đứt gãy tăng dần đạt tới trạng thái cần biến dạng phía vị trí đặt đường lị tới đứt gãy lớn m;

Giá trị biến dạng có xu hướng giảm khoảng cách từđường lò tới đứt gãy tăng, cụ

thể giá trị biến dạng đường lò với khoảng cách từđường lò tới đứt gãy m 35 mm giảm xuống 10 mm khoảng cách m

Biến dạng hai bên hơng đường lị ứng với vị trí đường lò cách đứt m; m; m; m; m m thể H.6

Từ kết mơ hình H.6 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lị cách

đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật biến dạng hai bên hơng đường lị sau:

Khi khoảng cách đường lò tới đứt gãy 2÷4 m đường lị nằm gần tiếp giáp với đứt gãy biến dạng phía hơng trái (tiếp giáp đứt gãy) lớn giá trị phía hơng phải, cụ thể

tại khoảng cách từđường lị 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 cịn bên hông phải khoảng cách m 30 mm

Khi khoảng cách từđường lò tới đứt gãy lớn m giá trị biến dạng hai bên hơng

đường lị gần tương đương nằm khoảng 30 mm, điều chứng tỏ khoảng cách từđứt gãy đến đường lò lơn 5m độổn định đường lị khơng cịn bị ảnh hưởng đứt gãy

Từ phân tích giá trị biến dạng xung quanh đường lò ta chọn khoảng cách bố trí đường lị cách đứt gãy với điều kiện đầu vào mô lớn m

4.3 Phá hy do xung quanh đng lò

Phá hủy dẻo xung quanh đường lị ứng với vị trí đường lị cách đứt m; m; m; m; m m thể H.7

Từ kết mơ H.7 ta thấy rằng, khoảng cách bố trí đường lị cách đứt gãy thay đổi từ 2÷7 m quy luật phá hủy dẻo xung quanh hơng đường lị sau:

Khi khoảng cách đường lò tới đứt gãy 2÷4 m đường lị nằm gần tiếp giáp với đứt gãy vùng phá hủy dẻo phía hơng trái (tiếp giáp đứt gãy) lớn vùng phá hủy dẻo hơng phải;

Khi khoảng cách từđường lị tới đứt gãy lớn m vùng phá hủy dẻo hai bên hơng

lị lớn m độổn định đường lị khơng bịảnh hưởng đứt gãy

Từ kết mơ thể hình phân tích ta chọn khoảng cách bố

trí đường lị cách đứt gãy với điều kiện đầu vào mơ lớn m 2m 3m 4m

FLAC3D 3.00

Itasca Consulting Group, Inc Minneapolis, MN USA Step 10620 Model Perspective 20:55:07 Tue Jan 14 2014 Center: X: 2.800e+001 Y: 0.000e+000 Z: 3.800e+001

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.484e+002 Mag.: 2.5

Ang.: 22.500 Block State

None shear-n shear-p shear-n shear-p tension-p shear-p

5m 6m 7m

H.7 Phá hủy xung quanh đường lò 5 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 vị nhàu cà nát rời rạc gây khơng phải ứng suất tập trung gây ra;

Khi đào cơng 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 không 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 lị song song với đứt gãy khoảng cách tối thiểu từ cơng trình ngầm, đường lị tới đứt gãy phải lớn m

Tài liệu tham khảo

1 Xue Zhi Peng Simulation of roadway damagc induced by fault reactivation Master thesis HeNan Polytechnic University 2010

2 Nguyễn Quang Phích Bài giảng học đá Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội 1992

3 Chen Yu Min Cơ sở thí dụ cơng trình thực tế FLAC/FLAC3D Nhà suất thủy điện thủy lợi Trung Quốc (sách tiếng Trung)

4 Peng Wen Bin Giáo trình thực hành FLAC 3D Nhà suất công nghiệp khí (sách tiếng Trung)