Nghiên cứu đánh giá mối quan hệ giữa các phương pháp phân loại khối đá trong xây dựng công trình ngầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT NGUYỄN GIA RIỆM NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT NGUYỄN GIA RIỆM NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Mã số: 60580204 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Tuấn Minh HÀ NỘI - NĂM 2014 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiêu cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Gia Riệm MỤC LỤC Trang MỞ ðẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ 1.1 Khái quát chung 1.2 Lý thuyết tải trọng ñá 11 1.3 Phương pháp phân loại ñá theo G.S Protodiakonov 12 1.4 Phân loại khối ñá với thời gian ổn định khơng chống 13 1.5 Phân loại khối ñá theo Deer (RQD) 15 1.5.1 Phương pháp trực tiếp 15 1.5.2 Phương pháp gián tiếp (không thu hồi lõi khoan có giá trị) 15 1.5.3 Hạn chế RQD 20 1.6 Phương pháp Wickham ( RSR) 21 1.7 Phương pháp Bieniawski (RMR) 22 1.8 Hệ thống phân loại chất lượng khối ñá Q 23 1.9 Sự phân loại Ramamurthy Arora 29 1.10 Chỉ số khối ñá mỏ (MRMR) 30 1.11 Chỉ số ñộ bền ñịa chất GSI 31 1.12 Chỉ số khối ñá (N) số ñiều kiện ñá (RCR) 31 1.13 Chỉ số khối ñá (RMi) 32 1.14 Nhận xét chương 34 CHƯƠNG ðÁNH GIÁ SO SÁNH MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ CHÍNH ðANG ðƯỢC SỬ DỤNG RỘNG RÃI (RMR, Q RMi) 36 2.1 Giới thiệu chung 36 2.2 Tóm tắt hệ thống phân loại chống giữ RMR, Q RMi 36 2.2.1 Hệ thống phân loại RMR 36 2.2.2 Hệ thống phân loại khối ñá Q 37 2.2.3 Hệ thống phân loại khối ñá RMi xác ñịnh kết cấu chống giữ phương pháp RMi 38 2.3 Sự kết hợp tham số ñầu vào tới hệ thống RMR, Q RMi 42 2.3.1 Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại 42 2.3.2 Các tham số mức ñộ khe nứt 43 2.3.3 Các tham số ñặc trưng khe nứt 44 2.3.4 Các ñặc trưng nước ñất ñá 45 2.3.5 Các tham số ứng suất ñất ñá 46 2.3.6 Các tham số vùng ñất yếu 46 2.3.7 Các bảng tham số ñầu vào kết hợp với hệ thống phân loại 46 2.3.8 Ví dụ khối đá nứt nẻ vừa phải trung bình 53 2.3.9 Sự so sánh hệ thống phân loại khối ñá RMR, Q, RMi 55 2.4 Nhận xét chương 58 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC THAM SỐ CƠ HỌC ðÁ VÀ KHỐI ðÁ TRÊN CƠ SỞ CÁC PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ 59 3.1 Giới thiệu chung 59 3.2 Các phương pháp ño trường ñể xác định mơ đum biến dạng 60 3.3 Các cách xác định gián tiếp mơ đun biến dạng 62 3.4 Ảnh hưởng xấu đường lị thí nghiệm từ việc khoan nổ mìn 65 3.4.1 Vùng nguy hại xung quanh đường hầm đường lị thí nghiệm 65 3.4.2 Hư hại nổ mìn đường lị thí nghiệm ảnh hưởng đến mơ đun biến dạng 67 3.4.3 Sự so sánh ñiều kiện lỗ khoan thí nghiệm đường lị nổ mìn thí nghiệm 68 3.4.4 Kinh nghiệm xác định mơ đum biến dạng đá 71 3.5 Các phương pháp xác ñịnh gián tiếp Em từ hệ thống phân loại khối ñá 75 3.6 Nhận xét chương 76 CHƯƠNG KIẾN NGHỊ VÀ ðỀ XUẤT CÁC NHÓM PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ NÊN SỬ DỤNG TRONG THỰC TẾ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 77 4.1 ðánh giá vai trị tham số đầu vào với nhóm phân loại khối đá 77 4.2 Kiến nghị nhóm phương pháp phân loại khối ñá ñược sử dụng 78 4.3 Nhận xét chương 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÓM TẮT CÁC KÝ HIỆU TRONG BẢN LUẬN VĂN σn - ðộ bền nén ñất ñá, MPa; γ - Dung trọng tự nhiên ñất ñá, MN/m3; c - Lực dính kết ñất ñá, MPa; E - Mô ñun ñàn hồi ñất ñá, MPa; Em - Mô ñun biến dạng khối ñá; µ - Hệ số Poisson ñất ñá; ϕ - Góc ma sát đất đá, độ; ESR - Evaluation Support Ratio; GSI - Geological Strength Index; MRMR - Mining Rock Mass Rating ; NGI - Norway Geotechnical Institute; RMR - Rock Mass Rating; Q - Quaility Tunneling; RQD - Rock Quaility Designation; RMi - Rock Mass index; f - Chỉ số ñộ bền kiên cố ñá; kKN - Mật độ khe nứt tính đơn vị chiều dài; Jv - Mật độ khe nứt tính theo 1m3 khối đá; vtt - Tốc độ truyền sóng thực tế; vlt - Tốc độ truyền sóng lý thuyết; Jn - Chỉ số ý ñến số lượng hệ khe nứt khối ñá; Jr - Chỉ số xét tới ảnh hưởng ñộ nhám mặt khe nứt; Ja - Chỉ số xét ñến mức ñộ phong hóa bề mặt khe nứt; Jw - Chỉ số kể tới ảnh hưởng nước ngầm; SRF - Chỉ số tính đến suy giảm ứng suất; ESR - Chỉ số chống giữ cơng trình ngầm; jP - Tham số miêu tả ñiều kiện nứt nẻ; jL - Hệ số kích thước miêu tả ảnh hưởng kích thước khe nứt chấm dứt khe nứt; jR - Hệ số miêu tả không phẳng bề mặt khe nứt; js - Hệ số miêu tả ñộ phẳng bề mặt khe nứt; jw - Hệ số miêu tả độ gợn sóng khe nứt; Vb - Thể tích khối đá; Gw- Chỉ số kể tới ảnh hưởng nước ngầm; DANH MỤC HÌNH VẼ Tên hình vẽ STT Hình 1.1 Mơ tả chu trình tính tốn thiết kế chất lượng khối đá RQD (Deer 1988) Hình 1.2 Kết cấu chống liên quan với RQD theo Merrtitt Hình 1.3 a) mặt giao cắt khe nứt lỗ khoan b) mặt giao cắt khe nứt bề mặt (PALMSTROM, 1995) Hình 1.4 Xác ñịnh kết cấu chống dựa số chất lượng ñường hầm Q Trang 15 19 20 26 Hình 1.5 Các tham số ñã áp dụng RMi (Palmstrom, 1995) 33 Hình 2.1 Phương pháp đồ thị để dễ dàng xác định giá trị RMi 41 Hình 2.2 ðồ thị liên hệ với giá trị khác mức ñộ khe nứt: RQD, Jv, Vb (theo Palmstrom, 2005).Hình dạng khối nứt ảnh hưởng đến mối liên hệ, ví dụ Jv = với khối nứt thông 43 thường, tương ứng Vb = 0,15m3; Jv = khối nứt dài, Vb = 3m3 Hình 2.3 Những so sánh RMR, Q RMi Hình 3.1 Các nguyên tắc ba phương pháp ñể xác ñịnh biến dạng trường 56 60 Hình 3.2 Sự phân bố thành phần ứng suất dọc theo mang 10 tải (từ seraphim Guerreiro, 1968 với hiệu chỉnh bảng; 62 thành phần ứng suất cột bên phải ñược giả thiết) 11 12 Hình 3.3 Mối quan hệ mơ đun biến dạng giá trị RMR (Serafim Pereira, 1983) Hình 3.4 Các vùng hư hại từ hàng lỗ khoan (Holmberg cộng sự, 1979) 64 66 Hình 3.5 ðồ thị thu vùng hư hại nổ mìn từ thay ñổi mức 13 ñộ nạp thuốc (Ouchterlony Olsson, 2000), đường lị thí nghiệm mật độ nạp thuốc 0,4kg/m vùng hư hại Rc = 0,8m) 67 Hình 3.6 Các giá trị biến dạng CSMRS (The Central Soil and 14 Materials Research Station) ñược so sánh với giá trị 68 Bieniawski, Serafim Pereria Clerici Hình 3.7 Mối quan hệ RMR mơ đun biến dạng (Em) Các kết 15 CSMRS ñược hiệu chỉnh cho hư hại nổ mìn với hệ 68 số Ff = 16 17 18 Hình 3.8 Mối quan hệ Q mơ đun biến dạng (Em) Những kết CSMRS hiệu chỉnh với miền hệ số Ff = Hình 3.9 Mối liên hệ RMi mơ đun biến dạng (Em) Hình 3.10 Mơ đun biến dạng Em khối ñá liền khối ñược xác ñịnh từ thí nghiệm phân loại RMR, Q, RMi 69 69 71 Hình 3.11 Cơng thức kinh nghiệm xác ñịnh mô ñun biến dạng ñá sở số ñộ bền ñịa chất (GSI) - Hoek Diederichs (hình 19 trái); cơng thức kinh nghiệm xác định mơ đun biến dạng đá 72 sở số độ bền đá (GSI) mơ đun đàn hồi khối đá ngun khối (Ei) (hình phải) Hình 3.12 Mối quan hệ mơ đun biến dạng đá độ bền nén 20 đơn trục (hình trái) mơ đun biến dạng tỷ số góc ma sát 73 lực dính kết (hình phải) Hình 3.13 Mối quan hệ mơ đun biến dạng đá ñộ bền 21 khối ñá tham số khối đá mb S (hình trái) mơ đun biến dạng 73 hệ số chấn động D (hình phải) Hình 3.14 Mối quan hệ mơ đun biến dạng ñá ñộ bền 22 ñá (hình trái) độ bền khối đá với độ bền nén đơn trục đá (hình phải) 74 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Tên hình vẽ Trang Bảng 1.1 Các hệ thống phân loại khối ñá ñiển hình giới Bảng 1.2 Phân loại khối ñá theo Deere 16 Bảng 1.3 Khoảng cách khối ñá ñã bị phân cắt tổng số 17 khe nứt thể tích Bảng 1.4 Tốc ñộ truyền sóng dọc số loại ñá phổ biến (theo 18 F.Bell) Bảng 1.5 Chiều cao vùng phá hủy Hph cho trường hợp ñường hầm 18 có chiều rộng B, chiều cao H, đặt độ sâu > 1,5C, C = B+H Bảng 1.6 Sự phân loại khối ñá sở giá trị Q ( Barton 25 1974) Bảng 1.7 Các giá trị ESR với cơng trình khai đào khác 26 Bảng 1.8 Phân loại ñộ bền khối ñá nguyên khối khối ñá 30 bị nứt nẻ (Ramamurthy Arora, 1993) Bảng 1.9 Sự phân loại tỉ số mơ đun khối đá nguyên 10 30 khối bị nứt nẻ (Ramamurthy Arora, 1993) Bảng 2.1 Tổng quan tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ 11 42 thống phân loại RMR, Q RMi Bảng 2.2 Các tham số độ ghồ ghề nhám, biến đổi, phong hố 12 44 lấp nhét ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá Bảng 2.3 Sự phân chia nước ngầm ñược sử dụng hệ thống 13 45 phân loại 14 15 16 17 18 19 20 Bảng 2.4 Các tham số kết hợp ñầu vào cho điều kiện đất đá Bảng 2.5 Ví dụ với số tham số ñầu vào khác với kết cấu xác ñịnh dựa bảng 2.4 Bảng 3.1 Tính chất biến dạng khối đá tính theo Mơ đun biến dạng Bảng 3.2 Các cách khác để xác định mơ đun biến dạng khối đá liền khối Bảng 3.3 Tóm tắt phương pháp trực tiếp xác định mơ đun biến dạng khối ñá Em Bảng 4.1 Kiến nghị tham số sử dụng phân loại khối ñá Bảng 4.2 Kiến nghị sử dụng phương pháp phân loại khối ñá theo ñiều kiện thực tế 47 54 64 70 75 77 80 89 B - Các loại khối ñá xác ñịnh ñược từ giá trị RMR hướng dẫn cho việc ñào hầm kết cấu chống giữ cho ñường hầm ñá chiều rộng 10m, với hệ thống phân loại RMR (Bieniawski 1989) (tiếp theo) III - ðá trung bình RMR: 41 - 60 IV - ðá yếu RMR: 21 - 40 V - ðá yếu RMR: < 20 ðào tiến trước hạ bậc, tiến ñộ 1,5 - 3m Bắt đầu chống giữ sau nổ mìn Chống cố định sau 10m Hệ thống neo dài 4m, khoảng cách 1,5-2m hai bên tường với lưới thép 50 - 100mm 30mm hai bên tường Khơng Nóc tiến trước hạ bậc, tiến độ 1,0 1,5m Lắp ñặt kết cấu chống với khai ñào, 10m sau gương Hệ thống neo dài 4- 5m, khoảng cách neo - 1,5m hai bên tường với lưới thép 100-150mm 100mm hai bên tường Các khung thép nhẹ đến trung bình khoảng cảch 1,5m tuỳ theo yêu cầu Các lò thăm dò tiến độ 0,5 - 1,5m Lắp đặt kết cấu chống q trình khai đào, 10m sau gương đào Hệ thống neo dài - 6m, khoảng cách neo - 1,5m hai bên tường với lưới thép Có neo vịm ngược 150 200mm nóc, 150mm hai bên tường 50mm bề mặt gương Các khung thép từ trung bình đến nặng khoảng cảch 0,75m, có vịm ngược 90 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp Q [5,4] 1.Chất lượng ñá theo Deere D.U RQD, % A Rất yếu - 25 B Yếu 25 - 50 C Trung bình 50 - 75 D Tốt 75 - 90 E Rất tốt 90 - 100 Chú ý: (i) Chỉ tiêu RQD ñã ñược ño ñạc xác ñịnh lõi khoan có chiều dài lớn 10cm trình đánh giá tiêu Q (ii) Chỉ tiêu RQD cần xác định đến mức độ xác giãn cách 5% xem ñủ ñộ xác cần thiết Tham số Jn miêu tả số lượng khe nứt thường ñược giả thiết chia tách, phân phiến,phân lớp, v.v 2.Chỉ tiêu mô tả số lượng hệ thống nứt nẻ Jn Jn A Liền khối, hay nứt nẻ 0,5 - 1,0 B Một hệ khe nứt C Một hệ khe nứt nứt nẻ rời rạc D Hai hệ khe nứt E Hai hệ khe nứt nứt nẻ rời rạc F Ba hệ khe nứt G Ba hệ khe nứt nứt nẻ rời rạc 12 H Bốn hệ khe nứt hay nhiều nứt nẻ rời rạc khối ñá nứt nẻ mạnh, v.v 15 I Khối ñá nứt nẻ mạnh tương tự mơi trường đất 20 Chú ý: (i) Giá trị tiêu “Jn” phải tăng thêm lần (3Jn) đoạn cơng trình ngầm giao cắt 91 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp Q (tiếp theo) (ii) Giá trị tiêu “Jn” phải tăng thêm lần (2,0Jn) cho ñoạn cửa vào cơng trình ngầm giao cắt Chỉ tiêu mô tả trạng thái nứt nẻ “Jr” Jr a)Tồn liên kết (tiếp xúc) bề mặt khe nứt b)Tồn tiếp xúc bề mặt khe nứt trước 10 cm ñất ñá bị trượt,cắt A Các khe nứt khơng liên tục B ðặc tính gồ ghề, xù xì (nhám,ráp) cao khơng theo quy luật, nứt nẻ dạng lượn sóng C ðặc tính gồ ghề, xù xì (nhám, ráp) trung bình, nứt nẻ dạng lượn sóng D ðặc tính gồ ghề, xù xì (nhám, ráp) nhỏ, nứt nẻ dạng lượn sóng 1,5 E ðặc tính gồ ghề, xù xì (nhám, ráp) cao khơng theo quy luật, nứt nẻ dạng phẳng 1,5 F ðặc tính gồ ghề, xù xì (nhám, ráp) trung bình, nứt nẻ dạng phẳng 1,0 G ðặc tính gồ ghề, xù xì (nhám, ráp) nhỏ, nứt nẻ dạng phẳng 0,5 c) Không tồn liên kết (tiếp xúc) bề mặt khe nứt ñất ñá bị trượt, cắt H Vùng ñá có chưa khống vật sét có chiều dày đủ lớn ngăn ngừa liên kết thành (bề mặt) khe nứt 1,0 I Cát, sỏi hay vùng ñá vị nhàu có chiều dày đủ lớn ngăn ngừa liên kết bề mặt khe nứt 1,0 Chú ý: (i) Các mơ tả bề mặt nứt nẻ quuy vào theo thang bậc nhỏ đặc tính theo thang bậc trung bình đặc tính theo trình tự chặt chẽ (ii) Cần bổ sung thêm giá trị tiêu “Jr” giá trị 1,0 khoảng cách hệ khe nứt lớn 3m (iii) Giá trị tiêu Jr = 0,5 nên ñược sử dụng cho nứt nẻ dạng phẳng với mức ñộ gồ ghè nhỏ chúng có hướng phát triển trùng với hướng tác dụng ứng suất nhỏ 92 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp Q (tiếp theo) Góc ma sát khe nứt ϕr (ñộ) Giá trị tiêu Ja A Mối liên kết chặt chẽ, chắn, khơng bị mềm hóa; khe nứt lấp nhét loại khống vật khơng thấm nước (như khoáng chất thạch anh) loại ñá cứng vài vị trí - 0,75 B Các thành khe nứt nguyên vẹn, riêng bề mặt khe nứt bị thay ñổi 25 - 30 1,0 C Các thành khe nứt có thay đổi nhẹ, loại khống chất bao phủ khơng bị mềm hóa, có lẫn cát, đá sét bị phân rã… 25 - 30 2,0 D Bùn lớp áo phủ có thành phần sét - cát lẫn phần nhỏ sét (không bị hóa mềm) 20 - 25 3,0 E Lớp khống vật sét bị hóa mềm bị mài mịn chậm (ví dụ cao lanh mica, đá silicat - mica, talc, thạch cao, graphit…và số ñá sét bị trương nở) - 16 4,0 Chỉ tiêu mô tả ñặc tính biến ñổi nứt nẻ Ja a) Tồn liên kết (tiếp xúc) bề mặt khe nứt b) Tồn tiếp xúc bề mặt khe nứt trước 10 cm ñất ñá bị trượt, cắt F Các hạt cát, ñá sét tự bị phân rã… 25 - 30 4,0 G Các lớp ñá sét lấp đầy khơng bị hóa mềm liên kết chặt chẽ (các lớp liên tục có độ dày nhỏ mm) 16 - 24 6,0 H Các lớp ñá sét lấp đầy khơng bị hóa mềm, liên kết trung bình liên kết yếu (các lớp liên tục có ñộ dày nhỏ 5mm) 12 - 16 8,0 J Các lớp ñá sét lấp ñầy bị trương nở (các lớp liên tục chiều dày nhỏ 5mm) Giá trị tiêu Ja phụ thuộc vào giá trị tỷ lệ phần trăm kích thước phần sét trương nở mức ñộ tang cường nước, v.v 06- 12 08- 12 93 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối đá phương pháp Q (tiếp theo) c) Khơng tồn liên kết (tiếp xúc) bề mặt khe nứt ñất ñá bị trượt cắt Các vùng (hoặc dải) ñá (hoặc sét) phá KLM hủy phân rã (xem mục G,H,J để mơ tả cho ñiều kiện ñá sét) - 24 6,8 -12 N Các vùng (hoặc dải) bùn lớp áo phủ có thành phần sét - cát lẫn phần nhỏ sét (khơng bị hóa mềm) - 5,0 OPR Các vùng (hoặc dải) dày liên tục cấu tạo từ ñá sét (xem mục G, H, J mơ tả cho điều kiện đá sét) - 24 10,13 1320 Áp lực nước có ảnh hưởng bất lợi tới ñộ bền kéo khe nứt giảm ứng suất phát ngang qua khe nứt Tham số Jw giá trị áp lực nước Nước bổ sung nguyên nhân rửa tạo lớp sét lấp ñầy khe nứt hay tăng mềm yếu Áp lực nước ngầm, kG/cm2 Giá trị tiêu Jw A Trạng thái khô lưu lượng nước ngầm hạn chế, lưu lượng nước ngầm nhỏ lít/phút vài vị trí, 10 0,2 - 0,1 > 10 0,1 - 0,05 Chú ý: (i) - Các yếu tố C F ñược ước lượng cách gần ñúng, cần phải gia tăng giá trị tiêu Jw giải pháp tháo khơ ñược áp dụng (ii) - Các vấn ñề liên quan tới hình thành nước đóng băng chưa đề cập phương pháp xác ñịnh tiêu Jw ñây Giá trị Chỉ tiêu mô tả trạng thái ứng suất “SRF” tiêu SRF a Cơng trình ngầm phải ñào qua vùng ñá yếu, vùng nguyên nhân gây sụt nở khối ñá thi cơng cơng trình ngầm Các vùng đá yếu xảy tượng phức tạp bao A 10 gồm đá sét đá bị phân rã hóa học ñộ sâu Các vùng ñất ñá yếu thường bao gồm ñá sét ñá bị phân B rã hóa học độ sâu ≤ 50m Các vùng ñất ñá yếu thường bao gồm ñá sét ñá bị phân C 2,5 rã hóa học ñộ sâu > 50m Các vùng ñá trượt, dịch chuyển phức tạp khối đá D tốt (có sét tự do), sụt lở vùng ñá bao quanh ñộ sâu 7,5 Các vùng ñá trượt, dịch chuyển khối ñá tốt (sét tự E 5,0 do) sụt lở vùng ñá bao quanh ñộ sâu ≤ 50m Các vùng ñá trượt, dịch chuyển khối ñá tốt (sét tự F 2,5 do) sụt lở vùng ñá bao quanh ñộ sâu > 50m Các khe nứt mở rộng (liên kết kém), nứt nẻ mạnh đá G có dạng “các cục đá” hình thành khối lập phương độ sâu 5,0 Chú ý: Cần giảm giá trị tiêu SRF xuống 25% - 50% vùng trượt thích hợp gây ảnh hưởng mà không cắt chéo hướng đào cơng trình ngầm 95 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp Q (tiếp theo) b Khối ñá tốt, vấn ñề liên quan ñến trường ứng suất khối ñá Rn/σ1 Rnd/Rn SRF H Trường ứng suất thấp, gần mặt ñất, khe nứt nở > 200 < 0,01 2,5 J Trường ứng suất trung bình, điều kiện ứng suất tốt 10-200 0,001 - 0,3 1,0 K Trường ứng suất lớn, cấu trúc khối đá chặt, khít (thơng thường có ñiều kiện ổn ñịnh tốt, ñiều kiện ổn định vị trí thành - mặt khe nứt …không tốt lắm) 10 - 0,3 - 0,4 0,5 - L Khả phân tách lớp,phân phiến trung bình, mức độ vỡ vụn trung bình khối ñá sau thời gian lớn 5-3 0,5 - 0,65 - 50 M Khả phân tách lớp,phân phiến tượng nổ ñá (phá hủy học) sau thời gian ngắn (một vài phút) khối ñá 3-2 0,65 - 1,0 50 - 200 N Hiện tượng nổ ñá (phá hủy ñộng học) mạnh tượng ñộng học biến dạng với mức ñộ trung bình xảy khối đá 1,0 200 - 400 Chú ý: - Cho trường ứng suất ngun sinh mạnh, khơng đẳng hướng (nếu ño ñạc ñược): ≤ σ1/σ3 ≤ 10 phải giảm giá trị Rn Rnd tương ứng xuống (0,6Rn) (0,6 Rnd); (σ1/σ3) > 10 phải giảm giá trị Rn Rnd tương ứng xuống cịn (0,3Rn) (0,3 Rnd) Tại đây: Rn - ðộ bền nén ñơn trục ñá; Rnd - ðộ bền nén lớn theo phương tiếp tuyến ñá (ñược xác ñịnh theo lý thuyết dẻo), σ1 σ3 Các giá trị ứng suất lớn nhỏ trường ứng suất khối ñá 96 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp Q (tiếp theo) c Khối ñá bị nén ép chặt, tượng nén ép chảy dẻo đá khơng tốt ảnh hưởng giá trị áp lực cao ñá σθ/σn SRF O Giá trị áp lực nén ép trung bình ñá 1-5 - 10 P Giá trị áp lực nén ép mạnh ñá >5 10 - 20 Chú ý: Các trường hợp nén ép chặt đá xảy ñộ sâu H > (350.Q113 ) (theo Sing số tác giả khác công bố vào năm 1992) ðộ bền nén khối đá tính tốn từ cơng thức q = (0, 7.γ Q113 ) (MPa) Tại ñây: γ - mật ñộ trung bình đá đo kN/m3 d khối đá bị bùng, trồi lên; tượng phát triển bùng trồi hóa học phụ thuộc vào tồn nước ngầm SRF R Giá trị áp lực nén ép trung bình ñá bị trồi, bùng lên - 10 S Giá trị lực nén ép mạnh ñá bị trồi, bùng lên 10 - 20 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp RMi A ðộ bền nén ñơn trục ñá liến khối, σn Các tham số đầu vào ðược xác định từ phịng thí nghiệm, thí nghiệm mẫu với thí nghiệm đập hay sử dụng bảng tra sổ tay Giá trị σn tính MPa B Thể tích khối nứt, Vb ðược xác ñịnh từ giá trị ño thực tế từ lõi Giá trị Vb tính khoan (Vb tính từ RQD Jv) m3 C Hệ số ñộ nhám, jR (tương tự Jr hệ thống Q) ñộ phẳng nhẵn nhỏ bề mặt khe nứt tỷ lệ nhỏ Rất nhám hay chia cắt bên khối Nhám hay khơng theo quy luật Ít nhám Phẳng nhẵn Trơn nhẵn, bóng nhống jR = Jr = jsxjw js = 1,25 0,5-0,75 97 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp RMi (tiếp theo) phẳng nhẵn Ít gợn sóng nhấp nhơ nhấp nhơ lượn sóng trung bình nhấp nhơ lớn Các khe nứt không liên tục*) *) khe nứt không liên tục ñóng khối ñá (với khe nứt bị lấp nhét jR = 1) D Hệ số thay ñổi khe nứt, jA (dựa sở Ja hệ thống Q) Tỷ lệ lớn độ lượn sóng bề mặt khe nứt Các khe - Các khe nứt ñược nứt gắn kết - Các tường khe nứt Tiếp xúc Các tường khe nứt tường bên thay ñổi khe nứt - Các vật liệu ma sát Lấp nhét bởi: - vật liệu dính kết Tiếp xúc phần tường khe nứt - Các vật liệu ma sát - Các vật liệu dính kết Lấp nhét cứng bới: - Các vật liệu dính kết mềm - Các vật liệu sét trương nở - lấp nhét quartz, epidole, v.v - không lấp nhét - cấp ñộ lớn sự biến ñổi ñá - hai cấp ñộ lớn biến ñổi đá Cát, bùn canxi, khơng có chứa sét - cát, chlorite, talc… Cát, bùn canxit, - sét, chlorite, talc - sét, chlorite, talc montmorillonite jw = 1,4 2,5 jA = 0,75 4 lấp nhét mỏng < 5mm jA = 8-12 lấp nhét dầy jA=8 5-10 12 1320 98 Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp RMi (tiếp theo) E Hệ số kích thước khe nứt, jL (chiều dài khe nứt) Phân lớp hay phân chiều dài < 0,5m tách chiều dài 0,1 -1m jL = chiều dài 1-10m chiều dài 10-30m chiều dài > 30m Các khe nứt 0,75 0,5 Khe nứt dài, bị lấp nhét, vỉa F Sự chia khối (tính nén chặt) cấu trúc khối ñá, IL Cấu trúc chặt sít Khối đá khơng bị phân bố, khối chặt sít Cấu trúc chặt sít Bị phân bố lại/có ñộ Khối ñá không bị phân bố, bị nứt nẻ mở ðứt gẫy/phay phá với khối góc cạnh Chia cắt Vỡ vụn với khối góc cạnh IL=1,3 0,8 0,5 Kết cấu chố ng đợ c thiết kế riêng biệt Bê tông phun, chiều dầy mm 200 150 120 100 80 Các neo, khoảng cách m 1.2 1.5 1.7 2.0 2.5 Khố i đá m ềm yếu khối đá nứt nẻ Ph lc Cỏc ñồ thị kết cấu chống giữ ñược sử dụng phng phỏp chng gi RMi khối đá liền khối: Không cần chống giữ 60 khối đá nứt nẻ sử dụng đồ thị kết cấu chống cho đá nứt nẻ Trơng nở 0.35 TB 0.5 Yếu 0.7 Kết cấu chố ng đợc th iết kế riêng biệt Bê tông sợi thép, chiều dầy mm 200 150 120 90 70 50 Các neo, khoảng cách m 1.2 1.5 1.7 2.0 2.5 mạnh Không chống giữ neo điểm Mức ứng suất cao Nở phồng Nổ đá Rất mạnh cậy vỡ + Khối đá dòn liền khối mạnh Rất mạnh trung bình Quá ứng suất 0.1 0.2 0.5 Hệ số lực 2.5 10 99 Ph lc Cỏc tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp RMi (tiếp theo) ðiều kiện dịng nước ngầm, Gw Khai đào khơ Góc nghiêng ñường hầm với bề mặt ñất, C Nằm ngang C=1 ẩm ướt Nghiêng 300 1,5 Ướt Nghiêng 450 2,2 2,5 Nghiêng 600 Thẳng đứng Rị rỉ nước Gw = Dòng chảy chậm theo thời gian Chảy lớn Gw ảnh hưởng đến tính ổn định khối ñá Mức ñộ ứng suất, SL Rất nhỏ, cửa hầm, chiều sâu ñất phủ < 10m Số lượng hệ khe nứt, Nj SL = 0,1 Một hệ Nj = 3 hệ Nj = Thấp, chiều dầy ñất phủ 1035m hệ + random hệ + random 0,85 Trung bình, chiều dầy lớp đất phủ 35 - 350m hệ 1,5 hệ 0,75 Cao, chiều dầy lớp ñất phủ > 350m hệ + random 1,2 hệ + random 0,65 Phương khe nứt vùng giảm yếu, Co (ñược liên hệ với ñường hầm) Rất thuận lợi Co = Thuận lợi Trung bình 1,5 Khơng thuận lợi Co = Rất không thuận lợi 100 Phụ lục ðồ thị xác ñịnh kết cấu chống giữ ñược kiến nghị theo phương pháp phân loại khối ñá RMi (tiếp theo) Phụ lục Các tham số ñầu vào ñược sử dụng hệ thống phân loại khối ñá phương pháp Wickham ( RSR) [2] A - Nhóm thơng số ñịa kỹ thuật ñánh giá cấu trúc khối ñá ðánh giá nhóm chủng loại khối đá khảo sát Dạng hình thành chủng loại đá Nhóm chủng loại khối đá ðá cứng ðá cứng trung bình ðá mềm ðá chia phần riêng lẻ ðá phun trào Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm ðá trầm tích Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm ðá biến chất Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm 101 A - Nhóm thơng số địa kỹ thuật ñánh giá cấu trúc khối ñá (tiếp theo) Bảng ñánh giá thơng số A ðặc tính cấu trúc khối đá Nhóm chủng loại khối đá Liền khối Có khuyết tật, Có khuyết tật, Có khuyết tật, nếp gấp, nếp nếp gấp, nếp nếp gấp, nếp uốn uốn nhẹ uốn nhẹ mạnh Nhóm 30 22 15 Nhóm 27 20 13 Nhóm 24 18 12 Nhóm 19 15 10 B - Các thông số xét tới hiệu ứng đặc tính mặt yếu so với hướng thi cơng cơng trình ngầm Hướng đào phá so với trục dọc cơng trình ngầm (CTN) Song song với trục CTN Vng góc với trục CTN Mức ñộ nứt nẻ, phân thành khối nguyên khối ñá Hướng ñào CTN so với mặt nghiêng khe nứt khối ñá Cả hai loại I + II Bám theo mặt nghiêng (I) Chống lại mặt nghiêng(II) Cả hai loại hướng ñào I + II Rất mạnh 11 13 10 12 9 Mạnh 13 16 19 15 17 14 14 11 Trung bình 23 24 28 19 22 23 23 19 Khối trung bình 30 32 36 25 28 30 28 24 Khối lớn 36 38 40 33 35 36 24 28 Liền khối 40 43 45 37 40 40 38 34 102 C - Các thông số xét tới hiệu ứng xâm nhập nước ngầm ñiều kiện nứt nẻ khối ñá Tổng ñiểm hai thông số A + B Tổng lưu lượng nước ngầm xâm nhập theo dự đốn tính cho 300m chiều dài đường hầm, m3/phút Tốt Trung bình Xấu Tốt Trung bình Xấu Khơng có 22 18 12 25 22 18 Nhẹ (< 0,75 m3/phút) 19 15 23 19 14 Trung bình (0,75 - 3,8 m3/phút) 15 22 21 16 12 Mạnh ( > 3,8 m3/phút) 10 18 14 10 13 - 44 45 - 75 ðiều kiện nứt nẻ 103 ... dung nghiên cứu - Tổng quan hệ thống phân loại khối đá; - Phân tích tầm quan trọng phương pháp phân loại khối ñá ñịa kỹ thuật thiết kế; - Phân tích đánh giá so sánh mối quan hệ phương pháp phân loại. .. vào với phân loại khối ñá, phương pháp tính chuyển nhóm phân loại khối đá với q trình thiết kế 7 ðối tượng phạm vi nghiên cứu Là nhóm phương pháp phân loại khối đá xây dựng cơng trình ngầm f,...BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT NGUYỄN GIA RIỆM NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI KHỐI ðÁ TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM Ngành: Kỹ thuật xây dựng