- Cỏc chất nghịch từ và thuận từ
5 Yếu tố suy giảm theo nước, khe nứt Jw ỏp lực nước, KG/cm
5.4.1. Khỏi niệm chung về ỏp lực
σn=λγH σn=KkλγH σn=KnγH σn=γH σn=KkλγH σn=λγH σn=KnγH σn=γH
Từ cỏc kết quả phõn tớch và đo đạc thực tế về cỏc quỏ trỡnh biến đổi cơ học trong khối đỏ xung quanh cụng trỡnh ngầm cho thấy sau khi khai đào cú thể xảy ra hai trường hợp sau:
• Mặc dự cú những biến đổi cơ học, khối đỏ vẫn ổn định (khụng cú biến đổi đỏng kể về hỡnh dạng, kớch thước) hoặc ổn định trong thời gian cần sử dụng khoảng trống. Như vậy trong trường hợp này, khối đỏ được coi là ổn định và khụng đũi hỏi phải sử dụng cỏc giải phỏp chống giữ;
• Khối đỏ mất ổn định, trong khối đỏ cú thể hỡnh thành cỏc vựng phỏ huỷ, vựng dẻo cục bộ hoặc khộp kớn xung quanh khoảng trống, cú thể xuất hiện dịch chuyển, biến dạng lớn theo thời gian cũng như cú thể đồng thời xảy ra hai hiện tượng đú. Trong trường hợp này, để đảm bảo sử dụng khoảng trống bỡnh thường trong khoảng thời gian cần thiết cũng như để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, cần thết phải ỏp dụng cỏc giải phỏp chống giữ hoặc gia cố khối đỏ;
Để lựa chọn được biện phỏp chống giữ hợp lý, tối ưu được kớch thước của khung vỏ chống phải xỏc định được tải trọng cũng như ngoại lực tỏc dụng lờn khung vỏ chống. Cú nhiều loại ngoại lực tỏc dụng lờn khung vỏ chống, tuy nhiờn vỏ chống nào cũng chịu tải trọng do khối đỏ xung quanh khoảng trống gõy ra. Loại tải trọng này gọi là ỏp lực đất đỏ hay ỏp lực địa tầng.
Hiện nay chưa cú định nghĩa nào cho thuật ngữ ỏp lực địa tầng hay ỏp lực mỏ (ỏp lực đất đỏ) được thừa nhận một cỏch rộng rói. Cú tỏc giả cho rằng “ỏp lực mỏ là những lực xuất hiện xung quanh cỏc đường lũ và khi cú những lực này muốn cho đường lũ khụng bị biến dạng phải xõy dựng vỏ chống”. Song cũng cú tỏc giả lại cho rằng: “ỏp lực đất đỏ là những lực xuất hiện trong vỏ trỏi đất do sự phỏ huỷ nhõn tạo trạng thỏi cõn bằng ứng suất ban đầu và trạng thỏi phõn bố ứng suất”. Song tất cả mọi quan niệm đều hàm chung một ý: ỏp lực đất đỏ là một loại lực tỏc dụng lờn cụng trỡnh xuất phỏt từ sự biến dạng của đất đỏ khi đào cỏc khoảng trống dưới ngầm để xõy dựng cụng trỡnh.
ở đõy ỏp lực được hiểu theo nghĩa là tải trọng tỏc dụng lờn khung vỏ chống do những điều kiện biến đổi cơ học khối đỏ xung quanh khoảng trống gõy ra.
Cỏc phương phỏp nghiờn cứu, dự bỏo ỏp lực gồm: phương phỏp lý thuyết, phương phỏp kinh nghiệm và phương phỏp đo đạc.
• Phương phỏp lý thuyết được xõy dựng trờn cơ sở kinh nghiệm hoặc nhận thức của cỏc nhà khoa học trờn cơ sở thớ nghiệm và quan sỏt ngoài hiện trường, cỏc mụ hỡnh phõn tớch, tớnh toỏn lý thuyết cỏc quỏ trỡnh biến đổi cơ học trong khối đỏ để rồi từ đú cho phộp tớnh được ỏp lực đỏ. Dựa vào bản chất vật lý của mụ hỡnh khối đỏ được xột đến cú thể chia cỏc giả thuyết thành hai nhúm là nhúm
cỏc giả thuyết ỏp lực đỏ với mụ hỡnh khối đỏ là mụi trường rời và cỏc giả thuyết ỏp lực đỏ với mụ hỡnh khối đỏ là mụi trường liờn tục.
• Phương phỏp kinh nghiệm: dựa vào kinh nghiệm thi cụng, quan sỏt thực tế kết hợp với kết quả đo đạc, cỏc khối đỏ được phõn loại thành nhiều nhúm theo cỏc chỉ tiờu khỏc nhau. Tương ứng với mỗi nhúm khối đỏ, cỏc tỏc giả đề xuất cỏc biện phỏp thi cụng phự hợp cũng như cho cỏc thụng tin về ỏp lực đỏ cú thể xuất hiện hoặc cỏc biểu thức tớnh ỏp lực đỏ.
• Phương phỏp đo đạc: xỏc định ỏp lực đỏ bằng đo đạc nhằm điều chỉnh cỏc số liệu dự bỏo theo lý thuyết và kinh nghiệm được thực hiện trong quỏ trỡnh thi cụng xõy dựng cụng trỡnh ngầm. Đú là việc làm cần thiết và cỏc kết quả đo thu được phần nào phản ỏnh thực tế đỳng đắn hơn so với cỏc phương phỏp khỏc.
Đặc tớnh suất hiện ỏp lực đất đỏ:
Khi đào khoảng trống dưới ngầm, trạng thỏi cõn bằng ban đầu (trạng thỏi cõn bằng tự nhiờn) bị phỏ hoại, hỡnh thành sự phõn bố lại ứng suất của đất đỏ xung quanh khoảng trống. Trờn mặt lộ chưa chống sẽ khụng cú lực bề mặt (khụng cú phản lực) do đú đất đỏ cú thể tự do biến dạng vào trong lũng khoảng trống. Như vậy ứng suất theo phương vuụng gúc với mặt lộ sẽ giảm đi rất nhiều so với độ lớn tự nhiờn ban đầu. Núi chung ứng suất nộn tại vựng núc và nền giảm dần tới khụng và cú thể chuyển sang ứng suất kộo. Đất đỏ chịu kộo rất yếu nờn dễ bị phỏ hoại và gõy ra ỏp lực lờn cụng trỡnh. Độ lớn của ứng suất đứng tại vựng này giảm do đú nú cũn được gọi là vựng thoỏt căng ứng lực.
Trong việc xỏc định đặc tớnh và độ lớn ỏp lực đất đỏ cũn cú nhiều quan niệm khỏc nhau, chẳng hạn vấn đề ảnh hưởng của độ sõu tới trị số ỏp lực. Cú quan nniệm cho rằng độ sõu khụng ảnh hưởng (Protodiaconov, Tximbarevic, Engesser, Ritter...), cú quan niệm cho rằng cú ảnh hưởng (Xavin, Morgaiepxki, Liberman, Labax, Rupenheit...); hoặc cũng cú quan điểm cho rằng ở một độ sõu nhất định (tựy thuộc vào tớnh chất đất đỏ) ỏp lực sẽ lớn dần theo độ sõu; ở độ sõu lớn hơn, ỏp lực khụng ảnh hưởng nữa (Bierbaumier, Terzaghi); ngược lại cú quan niệm cho rằng dưới độ sõu nhất định (hàng trăm một) ỏp lực bị ảnh hưởng, cũn trờn nụng, ỏp lực khụng bị ảnh hưởng của độ sõu.
Đất đỏ là mụi trường phức tạp bởi vậy cũng khú cú quan niệm thống nhất về cỏc quỏ trỡnh cơ học xảy ra trong nú.
Đặc tớnh xuất hiện và độ lớn của ỏp lực mỏ phụ thuộc vào hỡnh dạng kớch thước cụng trỡnh, tớnh chất cơ lý của đất đỏ, đặc điểm kiến tạo, gúc nghiờng của cỏc lớp, phương phỏp đào và chống giữ cụng trỡnh. ỏp lực cú thể là đối xứng hoặc khụng đối xứng so với tiết diện ngang của cụng trỡnh.
D
θ
A
B C
Giai đoạn thứ nhất bắt đầu ngay sau khi đào khoảng trống: đất đỏ biến dạng về phớa mặt lộ. ỏp lực gõy ra bởi sự biến dạng đú gọi là ỏp lực ban đầu hay ỏp lực biến dạng. Độ lớn của ỏp lực này lớn dần theo thời gian và tỏc dụng đều ở mọi phớa.
Giai đoạn thứ hai xuất hiện sau khi đào khoảng trống là sự nứt nẻ của đất đỏ ở núc, nhiều khi ở cả bờn sườn và dưới nền khoảng trống. Cú sự nứt nẻ đú là do ứng suất quanh khoảng trống vượt quỏ giới hạn bền về kộo và cắt tại núc và nộn tại hụng. Trọng lượng khối đất đỏ trong vựng nứt nẻ đú tỏc dụng lờn cụng trỡnh. ỏp lực đú gọi là ỏp lực tĩnh. Độ lớn của ỏp lực này về lý thuyết khụng thay đổi theo thời gian nếu điều kiện xung quanh khụng cú gỡ thay đổi.
Khụng nhất thiết cả hai hiện tượng trờn cựng xảy ra đối với một cụng trỡnh. Đối với đất đỏ tơi vụn phần lớn chỉ thấy xuất hiện hiện tượng sau với ỏp lực tĩnh. ở độ sõu rất lớn hoặc trong vựng đất đỏ dẻo ta thấy hiện tượng đầu với ỏp lực động là chủ yếu. Trong phần lớn trường hợp của đất đỏ liờn kết ở độ sõu trung bỡnh cả hai hiện tượng trờn sẽ lần lượt xảy ra. Trong điều kiện này, nếu cú vỏ chống cứng thỡ ỏp lực biến dạng đạt tới giỏ trị Pmax rồi khụng đổi.