Nghiên cứu các quá trình biến đổi cơ học trong khối đất đá xung quanh công trình ngầm bằng chương trình phase 2 trên cơ sở phân tích các tham số

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Trần Tuấn Minh Nghiên cứu trình biến đổi học khối đất đá xung quanh công trình ngầm chương trình Phase sở phân tích tham số Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà Nội - năm 2008 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Trần Tuấn Minh Nghiên cứu trình biến đổi học khối đất đá xung quanh công trình ngầm chương trình Phase sở phân tích tham số Luận văn thạc sỹ kỹ thuËt M· sè: 60.58.50 Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: GS.TS Nguyễn Quang Phích TS Dương Đức Hùng Hà Nội - năm 2008 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng Trần Tuấn Minh năm 2008 Tóm tắt ký hiệu luận văn - Thành phần ứng suất thẳng đứng, MPa - Thành phần ứng suất nằm ngang, MPa n - Độ bền nén đất đá, MPa k - Độ bền kéo đất đá, MPa - Dung trọng tự nhiên đất đá, MN/m3 c - Lực dính kết đất đá, MPa x - Thành phần biến dạng theo phương nằm ngang, m y - Thành phần biến dạng theo phương thẳng đứng, m xy - Thành phần biến dạng tổng thể, m x - Khoảng cách từ biên hầm, m E - Mô đun đàn hồi đất đá, Mpa - Hệ số Poisson đất đá - Góc ma sát đất đá, độ Danh mục hình vẽ STT Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Các phương pháp số địa kỹ thuật (Sinha R., S., 1989) Hình 2.1 Một số dạng mặt cắt mà chương trình phân tích Hình 2.2 Sơ đồ tính toán ứng suất biến dạng phần tử tam giác nút Hình 2.3 Xét riêng cho phần tử I Hình 2.4 Hệ trục toạ độ việc xác định ma trận độ cứng [k2] cho phần tử II Hình 2.5 Tham số đặc tính đất đá đầu vào khe nứt cho mô hình Hình 2.6 Ví dụ mô tả đường hầm sử dụng kết cấu neo (hình bên trái) kết cấu neo + vỏ bê tông liền khối (hình bên phải) phân tích Phase Hình 2.7 Ví dụ thao tác định nghĩa đặc tính vật liệu cho kết cấu chống neo bê tông liền khối phân tích Phase Hình 2.8 Ví dụ kết phân bố ứng suất 1, z xung quanh khoảng trống đường hầm sau phân tích Hình 2.9 Ví dụ kết phân bố ứng suất x, y xy xung quanh khoảng trống đường hầm sau phân tích Hình 2.10 Véc tơ biến dạng dịch chuyển biên hầm sau phân tích Hình 2.11 Kết nội lực thu kết cấu neo sau phân tích Hình 2.12 Biểu đồ mô men lực dọc kết cấu vỏ chống bê tông Hình 3.1 Mô hình lý thuyết cần phân tích có ý đến thay đổi kích thước đường hầm Hình 3.2 Mô phân tích Phase có ý đến thay đổi đường kính đường hầm độ sâu 10m bề mặt đất Hình 3.3 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 1m Hình 3.4 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 2m Hình 3.5 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 3m Hình 3.6 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 4m Hình 3.7 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 5m Hình 3.8 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 6m Hình 3.9 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 7m Hình 3.10 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm D = 8m Hình 3.11 Quan hệ ứng suất với đường kính đường hầm độ sâu 10m vị trí mặt cắt 00 12 13 13 15 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 17 17 18 18 19 19 19 20 23 24 25 25 25 25 26 26 26 26 28 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Hình 3.12 Quan hệ ứng suất với đường kính đường hầm độ sâu 10m vị trí mặt cắt 450 Hình 3.13 Quan hệ ứng suất với đường kính đường hầm độ sâu 10m vị trí mặt cắt 900 Hình 3.14 Quan hệ ứng suất với khoảng cách tính từ biên hầm cho đường hầm đường kính khác vị trí mặt cắt 00 Hình 3.15 Quan hệ ứng suất với khoảng cách tính từ biên hầm cho đường hầm đường kính khác vị trí mặt cắt 450 Hình 3.16 Quan hệ ứng suất với khoảng cách tính từ biên hầm cho đường hầm đường kính khác vị trí mặt cắt 900 Hình 3.17 Quan hệ ứng suất với đường kính D đường hầm đường hầm nằm sâu 10m bề mặt đất vị trí mặt cắt 00 Hình 3.18 Quy luật biến đổi ứng suất so với khoảng cách từ biên hầm Hình 3.19 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 1m Hình 3.20 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 2m Hình 3.21 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 3m Hình 3.22 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 4m Hình 3.23 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 5m Hình 3.24 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 6m Hình 3.25 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 7m Hình 3.26 Phân bố biến dạng tổng thể xy véc tơ dịch chuyển xung quanh đường hầm đường kính 8m Hình 3.27 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể xy đường kính đường hầm vị trí khác xung quanh đường hầm vị trí mặt cắt 00 Hình 3.28 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể xy khoảng cách so với biên hầm với đường hầm có đường kính khác vị trí mặt cắt 00 Hình 3.29 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 1m Hình 3.30 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 2m Hình 3.31 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 3m Hình 3.32 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 4m 28 29 29 30 30 31 32 32 33 33 33 33 34 34 34 35 35 36 36 37 37 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Hình 3.33 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 5m Hình 3.34 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 6m Hình 3.35 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 7m Hình 3.36 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên đường hầm đường kính 8m Hình 3.37 Đường cong quy luật phát triển số phần tử bị phá huỷ đường kính đường hầm Hình 4.1 Các vị trí đường hầm lý thuyết cần phân tích Hình 4.2 Mô toán chương trình Phase Hình 4.3 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm độ sâu 1D Hình 4.4 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm độ sâu 2D Hình 4.5 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm độ sâu 3D Hình 4.6 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm độ sâu 4D Hình 4.7 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm độ sâu 5D Hình 4.8 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm độ sâu 6D Hình 4.9 Biểu đồ quan hệ ứng suất với độ sâu đặt đường hầm khác vị trí khác so với biên đường hầm vị trí mặt cắt 0 Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ ứng suất với độ sâu đặt đường hầm khác vị trí khác so với biên đường hầm vị trí mặt cắt 90 Hình 4.11 Quan hệ ứng suất khoảng cách tính từ biên hầm Hình 4.12 Quan hệ ứng suất nằm ngang chiều sâu đặt đường hầm vị trí mặt cắt 00 Hình 4.13 Quan hệ ứng suất nằm ngang chiều sâu đặt đường hầm vị trí đỉnh đường hầm, mặt cắt 900 Hình 4.14 Quan hệ ứng suất nằm ngang xung quanh đường hầm vị trí mặt cắt 00 Hình 4.15 Phân bố biến dạng véc tơ dịch chuyểnbiến dạng xung quanh đường hầm độ sâu 1D Hình 4.16 Phân bố biến dạng véc tơ dịch chuyển biến dạng xung quanh đường hầm độ sâu 2D Hình 4.17 Phân bố biến dạng véc tơ dịch chuyển biến dạng xung quanh đường hầm độ sâu 3D Hình 4.18 Phân bố biến dạng véc tơ dịch chuyển biến dạng xung quanh đường hầm độ sâu 4D Hình 4.19 Phân bố biến dạng véc tơ dịch chuyển biến dạng xung quanh đường hầm độ sâu 5D Hình 4.20 Phân bố biến dạng véc tơ dịch chuyển biến dạng xung quanh đường hầm độ sâu 6D Hình 4.21 Quan hệ biến dạng thay đổi chiều sâu đặt ®­êng hÇm 37 37 38 38 39 42 43 44 44 45 45 45 46 47 47 48 49 50 50 51 51 51 52 52 52 53 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 H×nh 4.22 Quan hƯ biÕn đổi biến dạng điểmkhác xung quanh biên hầm độ sâu đặt đường hầm khác Hình 4.23 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên hầm sau phân tích độ sâu 1D Hình 4.24 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên hầm sau phân tích độ sâu 2D Hình 4.25 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên hầm sau phân tích độ sâu 3D Hình 4.26 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên hầm sau phân tích độ sâu 4D Hình 4.27 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên hầm sau phân tích độ sâu 5D Hình 4.28 Vùng phá huỷ dịch chuyển biên hầm sau phân tích độ sâu 6D Hình 4.29 Quy luật biến đổi số phần tử bị phá huỷ chiều sâu đặt đường hầm Hình 4.30 Quan hệ giá trị biến dạng lớn chiều sâu đặt đường hầm Hình 5.1 Sơ đồ phân tích quy luật biến đổi học Phase Hình 5.2 Kết phân bố ứng suất thẳng đứng nằm ngang xung quanh đường hầm sau phân tích Hình 5.3 Kết phân bố tổng biến dạng véc tơ biến dạng Hình 5.4 Kết vùng phá huỷ biến dạng biên hầm Hình 5.5 Quy luật biến đổi ứng suất mô hình ban đầu Hình 5.6 Quy luật phân bố biến dạng xung quanh đường hầm ban đầu Hình 5.7 Kết ứng suất thẳng đứng nằm ngang3 = 0,1 Hình 5.8 Kết ứng suất thẳng đứng nằm ngang3 = 0,15 Hình 5.9 Kết ứng suất thẳng đứng1 nằm ngang3 = 0,2 Hình 5.10 Kết ứng suất thẳng ®øng 1 vµ n»m ngang 3  = 0,25 Hình 5.11 Kết ứng suất thẳng đứng nằm ngang3 = 0,30 Hình 5.12 Kết ứng suất thẳng đứng1 nằm ngang = 0,35 Hình 5.13 Quy luật biến đổi giá trị ứng suất hệ số Poisson Hình 5.14 Mối quan hệ ứng suất khoảng cách từ biên hầm Hình 5.15 Quy luật thay đổi ứng suất nằm ngang hệ số Hình 5.16 Kết biến dạng tổng thể vùng phá huỷ = 0,1 Hình 5.17 Kết biến dạng tổng thể vùng phá huỷ = 0,15 Hình 5.18 Kết biến dạng tổng thể vùng phá huỷ = 0,2 54 54 55 55 55 56 56 57 57 60 61 61 61 62 63 64 65 65 65 65 66 66 67 68 68 68 69 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 H×nh 5.19 Kết biến dạng tổng thể vùng phá huỷ = 0,25 Hình 5.20 Kết biến dạng tổng thể vùng phá huỷ = 0,30 Hình 5.21 Kết biến dạng tổng thể vùng phá huỷ = 0,35 Hình 5.22 Mối quan hệ biến dạng nằm ngang x hệ số Poisson Hình 5.23 Quan hệ biến dạng nằm ngang x khoảng cách từ biên hầm với giá trị hệ số Poisson khác Hình 5.25 Quy luật biến đổi biến dạng thẳng đứng khoảng cách giá trị hệ số Poisson khác Hình 5.26 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể hệ số Poisson Hình 5.27 Mối quan hệ biến dạng xy khoảng cách với giá trị hệ số Poisson khác Hình 5.28 Quy luật biến đổi số phần tử bị phá huỷ hệ số Poisson Hình 5.29 Quy luật biến đổi ứng suất thẳng đứng với giá trị độ bền kéo k đất đá khác Hình 5.30 Quy luật biến đổi ứng suất với giá trị k khác Hình 5.31 Quy luật biến đổi ứng suất với khoảng cách tính từ biên hầm với giá trị k khác Hình 5.32 Quy luật biến đổi học ứng suất thay đổi góc ma sát đất đá Hình 5.33 Quy luật biến đổi học biến dạng thay đổi khoảng cách từ biên hầm thay đổi góc ma sát đất đá Hình 5.34 Quy luật biến đổi ứng suất nằm ngang với góc ma sát Hình 5.35 Quy luật biến đổi ứng suất nằm ngang thay đổi khoảng cách tính từ biên hầm với giá trị góc ma sát khác Hình 5.36 Quy luật biến đổi biến dạng x góc ma sát Hình 5.37 Quy luật biến đổi biến dạng x khoảng cách tính từ biên hầm Hình 5.38 Quy luật biến đổi biến dạng y với góc ma sát đất đá Hình 5.39 Quy luật biến đổi biến dạng y với khoảng cách thay đổi Hình 5.40 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể giá trị góc ma sát đất đá Hình 5.41 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể khoảng cách tính từ biên hầm với giá trị góc ma sát đất đá khác Hình 5.42 Quy luật tuyến tính số phần tử bị phá huỷ biến đổi góc ma sát đất đá 69 69 69 70 70 71 72 73 74 75 76 76 79 80 81 81 82 82 83 83 84 84 85 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 Hình 5.43 Mối quan hệ ứng suất lực dính kết vị trí khác thay đổi giá trị lực dính kết c Hình 5.44 Mối quan hệ ứng suất khoảng cách tính từ biên đào cho giá trị lực dính kết c khác Hình 5.45 Sự biến đổi giá trị ứng suất với khoảng cách xung quanh biên đào thay đổi giá trị lực dính kết c Hình 5.46 mối quan hệ biến dạng x khoảng cách tính từ biên hầm Hình 5.47 Quy luật biến đổi học biến dạng y vị trí khác thay đổi giá trị lực dính kết c Hình 5.48 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể lực dính kết c Hình 5.49 Quy luật biến đổi tổng quát biến dạng tổng thể khoảng cách x tính từ biên hầm Hình 5.50 Quy luật biến đổi số phần tử bị phá huỷ lực dính kết c Hình 6.1 Mô hình phân tích Phase có ý đến tỷ số ứng suất Hình 6.2 Sự phân bố ứng suất tỷ số 3/1 = 0,5 Hình 6.3 Sự phân bố ứng suất tỷ số 3/1 = 0,75 Hình 6.4 Sự phân bố ứng suất tỷ số 3/1 = Hình 6.5 Sự phân bố øng suÊt 1 vµ 3 tû sè 3/1 = 1,25 Hình 6.6 Sự phân bố ứng suất 3 tû sè 3/1 = 1,5 H×nh 6.7 Sù phân bố ứng suất tỷ số 3/1 = 2,0 Hình 6.8 Quy luật biến đổi ứng suất theo khoảng cách từ biên hầm thay đổi tỷ số ứng suất Hình 6.9 Quy luật biến đổi ứng suất theo khoảng cách từ biên hầm thay đổi tỷ số ứng suất Hình 6.10 Quy luật biến đổi biến dạng tổng thể xy theo khoảng cách từ biên hầm thay đổi tỷ số ứng suất Hình 6.11 Vùng phá huỷ xuất xung quanh đường hầm tỷ số ứng suất là: 0,5 0,75 Hình 6.12 Vùng phá huỷ xuất xung quanh đường hầm tỷ số ứng suất là: 1,0 1,25 Hình 6.13 Vùng phá huỷ xuất xung quanh đường hầm tỷ số ứng suất là: 1,5 2,0 Hình 6.14 Quy luật biến đổi số lượng phần tử bị phá huỷ 87 88 89 89 90 91 91 92 96 97 97 97 98 98 98 99 99 100 101 101 101 102 ... 0 ,26 0,30 0, 32 0,34 0,35 0,33 0,36 0,36 1m 0 ,22 0 ,26 0 ,28 0,30 0,33 0 ,28 0,33 0, 32 2m 0 ,20 0 ,24 0 ,24 0 ,26 0 ,28 0 ,25 0,30 0, 32 3m 0 ,20 0 ,22 0 ,22 0 ,24 0 ,25 0 ,25 0 ,27 0 ,28 4m 0 ,20 0 ,22 0 ,22 0 ,22 ... trình ngầm chương trình Phase - Phân tích biến đổi học khối đất đá có ý đến độ sâu đặt công trình ngầm - Phân tích biến đổi học khối đất đá có ý đến tham số học đất đá xung quanh khoảng trống công. .. 0 ,22 0 ,22 0 ,23 0 ,23 0 ,24 0 ,24 5m 0 ,20 0 ,22 0 ,20 0 ,22 0 ,23 0 ,23 0 ,24 0 ,24 10m 0 ,20 0 ,22 0 ,20 0 ,20 0 ,21 0 ,20 12m 0 ,20 0 ,20 0 ,20 0 ,20 0 ,21 0 ,20 Bảng 3.3 Giá trị ứng suất vị trí xung quanh đường