Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất phi tuyến của đất đá đến sự làm việc của hệ kết c...

Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất phi tuyến của đất đá đến sự làm việc của hệ kết cấu vỏ hầm và nền bằng phương pháp khống chế hội tụ

.PDF
163
495
88

Mô tả:

LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất phi tuyến của đất đá đến sự làm việc của hệ kết cấu vỏ hầm và nền bằng phương pháp khống chế hội tụ” đƣợc hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân tác giả và sự giúp đỡ tận tình của Bộ môn Xây dựng CTQP – Viện KTCT Đặc Biệt; Ban NCS – Phòng Sau đại học – Học viện Kỹ thuật Quân sự. Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc, PGS.TS Đào Văn Canh, GS.TS Vũ Đình Lợi, PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn, GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng đã đóng góp các ý kiến nhận xét để luận án đƣợc hoàn thiện hơn. Xin đƣợc dành tình cảm chân thành đến cố PGS.TS Nghiêm Hữu Hạnh – ngƣời thầy đã đi xa mà tác giả sẽ luôn nhớ đến thầy. Xin đƣợc cảm ơn các đồng nghiệp ở trung tâm GTĐT – Đƣờng sắt – Viện Khoa học công nghệ GTVT và trực tiếp là TS Phạm Trƣờng Thắng, TS Lê Công Thành cũng nhƣ Lãnh đạo Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải đã tạo nhiều thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Cảm ơn các bạn lớp Cầu hầm B – K38 Trƣờng ĐH Giao thông vận tải và các đồng nghiệp là TS Đỗ Ngọc Anh, KS Nguyễn Anh Hùng, CN Nguyễn Thu Hà, CN Hồ Ngọc Nhung đã luôn động viên, khích lệ tác giả về mọi mặt trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc đến GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng đã hƣớng dẫn và tạo điều kiện quan trọng để tác giả vƣợt qua các trở ngại hoàn thành luận án. Những lời động viên và cả sức ép công việc của GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng đã giúp tác giả hoàn thành đƣợc luận án. Luận án này sẽ không thể hoàn thành nếu không có những ngƣời thân yêu trong gia đình làm chỗ dựa về mọi mặt để tác giả có thể vƣợt qua những khó khăn trong thời gian thực hiện luận án. Tuy đã rất cố gắng, nhƣng do thời gian và trình độ có hạn nên trong luận án chắc chắn còn những tồn tại, hạn chế. Tác giả mong muốn đƣợc thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè góp ý, trao đổi để tác giả có thể tiếp thu, hoàn thiện kiến thức trong lĩnh vực chuyên môn. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận án NCS Vũ Thị Thuỳ Giang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án NCS Vũ Thị Thuỳ Giang i MỤC LỤC MỤC LỤC……………… ................................................................................ I THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ..................................................... V DANH MỤC HÌNH VẼ… ...........................................................................VII DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................XII MỞ ĐẦU………………. ................................................................................ 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HẦM……… ................................................................................. 4 1.1. Tổng quan về thiết kế hầm .......................................................................4 1.1.1. Các mô hình thiết kế cho hầm ..............................................................5 1.1.2. Giới hạn thiết kế và giá trị an toàn cho kết cấu .....................................7 1.2. Cách phân loại truyền thống.....................................................................8 1.2.1. Trên cơ sở lý thuyết sức bền vật liệu ....................................................8 1.2.2. Các phƣơng pháp thiết kế trên cơ sở lý thuyết cơ học môi trƣờng liên tục………………. ........................................................................................ 11 1.3. Phƣơng pháp khống chế hội tụ trong thiết kế hầm ............................... 13 1.3.1. Các giả thiết để xây dựng sơ đồ tính. ................................................. 17 1.3.2. Đánh giá về phƣơng pháp đào hầm mới của Áo (NATM) và ứng dụng CCM trong thiết kế hầm............................................................................... 19 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 .............................................................................. 21 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP CCM ............. 23 2.1. Các giả thiết về tiêu chuẩn phá huỷ và các mô hình phá hủy ............... 23 2.1.1. Tiêu chuẩn phá huỷ Mohr – Coulomb ............................................... 23 2.1.2. Tiêu chuẩn Hoek – Brown ................................................................. 24 2.1.3. Các đặc trƣng phá hủy. ....................................................................... 26 ii 2.2. Phân tích ổn định hầm trƣớc khi hình thành vùng cân bằng giới hạntrƣờng hợp không chống .............................................................................. 31 2.3. Xây dựng đƣờng cong phản lực nền ..................................................... 36 2.3.1. Vật liệu thoả mãn tiêu chuẩn Mohr – Coulomb. ................................ 37 2.3.2. Vật liệu thoả mãn tiêu chuẩn Hoek –Brown ...................................... 40 2.4. Hiệu ứng giải phóng ứng suất, biến dạng dọc trục hầm........................ 42 2.5. Đánh giá sức mang tải của nền ngoài giới hạn đàn hồi......................... 45 2.5.1. Mô hình tính toán ............................................................................... 46 2.5.2. Hệ số mất cƣờng độ “” của đá.......................................................... 46 2.5.3. Ví dụ khảo sát, các nhận xét và kết luận ............................................ 50 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 .............................................................................. 55 CHƢƠNG 3. ĐƢỜNG ĐẶC TÍNH CỦA KẾT CẤU CHỐNG VÀ LỜI GIẢI CHO KẾT CẤU VỎ CÔNG TRÌNH NGẦM ............................................... 56 3.1. Các khái niệm chung về đƣờng cong đặc tính của kết cấu chống ........ 56 3.2. Xây dựng đƣờng đặc tính của kết cấu chống ........................................ 58 3.2.1. Mô hình cơ bản tính toán đƣờng cong đặc tính của kết cấu chống.... 58 3.2.2. Đƣờng đặc tính của vỏ bê tông và bê tông phun ................................ 61 3.2.3. Hệ vỏ hỗn hợp .................................................................................... 66 3.3. Hệ số bền……….. ................................................................................ 69 3.3.1. Bê tông và bê tông phun ..................................................................... 70 3.3.2.Neo…………… .................................................................................. 70 3.3.3. Hệ hỗn hợp ......................................................................................... 71 3.4. Phân tích hầm theo phƣơng pháp khống chế hội tụ bằng phần mềm Phase2………… .......................................................................................... 71 3.4.1. Bài toán mô phỏng quá trình đào hầm theo các giai đoạn (St) thông qua phản lực vì chống pi .............................................................................. 72 iii 3.4.2. Kết quả bài toán .................................................................................. 73 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 .............................................................................. 74 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ TRONG XÂY DỰNG HẦM.................................................... 76 4.1. Các trƣờng hợp phân tích. ..................................................................... 76 4.2. Phân tích số lƣợng các phần tử bị phá trên biên (%) theo độ cứng của nền…………… ............................................................................................ 80 4.2.1. Trƣờng hợp bán kính hầm ri=2m, Chiều sâu đặt hầm H=50m. Không có kết cấu chống. .......................................................................................... 80 4.2.2.Khi có kết cấu chống, tại St6; pi6=0,62MPa. ...................................... 82 4.3. Đánh giá ảnh hƣởng của hình dạng kết cấu, hệ số áp lực hông tới hệ số bền của nền……. .......................................................................................... 84 4.2.3. Hệ số bền ............................................................................................ 84 4.2.4. Ảnh hƣởng của chiều sâu đặt hầm tới số lƣợng phần tử bị phá hủy trên biên hầm (%) và tại các điểm xét; ................................................................ 86 4.3. Phân tích các thông số với hầm tròn và vòm tròn tƣờng thẳng, ........... 88 4.4. Ảnh hƣởng của công nghệ ..................................................................... 92 4.4.1. Sự xáo trộn đất đá do đào hầm ........................................................... 92 4.4.2. Khảo sát bán kính vùng phá hủy theo phản lực chống: ................... 100 4.5. Phân tích ảnh hƣởng của các yếu tố địa cơ học .................................. 103 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ............................................................................ 109 CHƢƠNG 5. ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP CCM VỚI ĐƢỜNG HẦM DẪN NƢỚC THỦY ĐIỆN SỬ PÁN 2 – LÀO CAI............................................. 111 5.1. Tính chất cơ lý của đất đá của tuyến hầm dẫn nƣớc ........................... 111 5.2. Phân tích tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm và nền theo tiêu chuẩn MohrCoulomb……… ......................................................................................... 113 iv 5.2.1. Áp dụng Phase2 trong điều kiện đá cứng tại thủy điện Sử Pán 2. ... 113 5.2.2. Sơ đồ tính toán: ................................................................................ 113 5.2.3. Kết quả tính toán .............................................................................. 114 5.3. Phân tích tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm và nền theo tiêu chuẩn Hoek Brown…………………………………..................................................... 121 5.3.1. Số liệu tính........................................................................................ 121 5.3.2. Kết quả tính toán .............................................................................. 121 5.3.3. Kết luận chung về 2 tiêu chuẩn áp dụng cho loại đá cứng............... 128 5.4. Hầm Sử Pán trong đá yếu .................................................................... 129 5.4.1. Số liệu tính........................................................................................ 129 5.4.2. Kết quả tính theo Mohr –Coulomb .................................................. 129 5.4.3. Tính theo tiêu chuẩn Hoek- Brown. ................................................. 133 KẾT LUẬN CHƢƠNG 5 ............................................................................ 137 KẾT LUẬN CHUNG…. ............................................................................. 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 142 v THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT a= Hằng số bền của tiêu chuẩn phá huỷ Hoek - Brown a= Hằng số bền dƣ của tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown C = Cƣờng độ cƣờng độ lực dính của khối đá C*= Cƣờng độ cƣờng độ lực dính tƣơng đƣơng của khối đá db= Đƣờng kính neo E= Mô đun đàn hồi của khối đá G = Mô đun trƣợt của khối đá GSI= Chỉ số độ bền địa chất kp= Hệ số dãn nở thể tích của khối đá ở trạng thái bị phá huỷ mi = Hằng số của tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown mb' = Hằng số bền dƣ của tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown s= Hằng số bền của tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown s= Hằng số bền dƣ của tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown RMR= Chỉ số phân loại khối đá của Bieniawski ri = Bán kính hầm r = Khoảng cách từ tim hầm đến điểm khảo sát re= Bán kính của vùng dẻo u ri = Chuyển vị (độ hội tụ) của hầm không gia cố = Hệ số suy giảm độ bền sau giới hạn bền r= Ứng suất pháp tuyến = Ứng suất tiếp tuyến re= Ứng suất pháp tuyến tại biên của vùng đàn hồi - dẻo = Ứng suất chính cực đại vi = Ứng suất chính cực tiểu ci= Độ bền nén một trục của đá nguyên khối  ci' =Độ bền nén dƣ của đá nguyên khối = Hệ số áp lực hông = Góc giãn nở của đá = Góc ma sát trong của đá = Hệ số Poisson của đá z= Ứng suất trƣợt phân bố trên neo vữa z = Ứng suất dọc phân bố trên neo CCM: phƣơng pháp khống chế hội tụ (convergene –confinement method) CBGH: cân bằng giới hạn D: Đƣờng kính hầm KC: Kết cấu chống ITA: Hiệp hội hầm và không gian ngầm quốc tế Lu: biến dạng dọc trục hầm NATM: phƣơng pháp đào hầm mới của Áo PPMTT: phƣơng pháp mỏ truyền thống TCPH: tiêu chuẩn phá hủy (phá hủy) St: giai đoạn (Stage) TTƢSBĐ: trạng thái ứng suất ban đầu (nguyên sinh) vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Quá trình thiết kế hầm theo ITA [38] ...............................................6 Hình 1.2. Mô hình biến dạng cục bộ (phƣơng pháp Zurabop – Bugaeva) .......9 Hình 1.3. Phƣơng pháp thay thanh [35] ......................................................... 10 Hình 1.4. Sơ đồ tính theo mô hình biến dạng toàn bộ của Đavƣđốp [35] ..... 10 Hình 1.5. Phân loại các phƣơng pháp tính theo ITA ..................................... 12 Hình 1.6. Các giai đoạn trong xây dựng hầm ................................................ 13 Hình 1.7. Đƣờng cong phản lực của nền và ảnh hƣởng của sự giải phóng ứng suất theo các giai đoạn ................................................................................... 16 Hình 1.8. Mô hình bài toán tổng quát [20] .................................................... 18 Hình 2.1. Vòng tròn Mohr ứng suất ............................................................... 23 Hình 2.2. Các đặc trƣng phá huỷ của các loại đá có chất lƣợng khác nhau .. 27 Hình 2.3. Sơ đồ mô hình đàn - dẻo không đồng nhất và tƣơng tác hệ đất đá vỏ hầm ............................................................................................................ 28 Hình 2.4. Bài toán cơ bản của phƣơng pháp khống chế hội tụ [20] .............. 31 Hình 2.5. Phân bố độ bền nén σN (MPa) ........................................................ 36 Hình 2.6. Các giá trị của hệ số  tại các giai đoạn khác nhau trên khoang đào ........................................................................................................................ 43 Hình 2.7. Sơ đồ tính của bài bài toán và các mô hình đàn hồi –dẻo của đá .. 46 Hình 2.8. Kết quả khảo sát và tính toán. ........................................................ 51 Hình 2.9. Quan hệ giữa bán kính vùng phá hủy và phản lực với góc ma sát trong =150; =300; =450 ............................................................................ 52 viii Hình 2.10. Quan hệ giữa đƣờng cong đặc tính nền và phản lực với góc ma sát trong =150; =300 và =450......................................................................... 52 Hình 2.11. Quan hệ giữa đƣờng cong đặc tính nền và phản lực với góc ma sát trong =150; cho các trƣờng hợp góc dãn nở  khác nhau.. ......................... 54 Hình 3.1. Các đặc trƣng biến dạng khối của kết cấu vỏ hầm khi tác dụng tƣơng hỗ với khối đá xung quanh .................................................................. 58 Hình 3.2 Sơ đồ các lực tác dụng lên vỏ hầm. ................................................ 58 Hình 3.3. Đƣờng đặc tính của kết cấu chống. ................................................ 59 Hình 3.4. Phần vỏ hầm chƣa đƣợc chống đỡ sát gƣơng đào. ........................ 60 Hình 3.5 Ảnh hƣởng của giá trị u0 ................................................................. 60 Hình 3.6. Ảnh hƣởng độ cứng của vỏ hầm. ................................................... 60 Hình 3.8. Hệ thống chống đỡ vỏ bê tông và BTP .......................................... 64 Hình 3.9. Sơ đồ tƣơng tác song song hệ vỏ hỗn hợp. .................................... 67 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của kết cấu chống hỗn hợp [25], [28] ....................... 67 Hình 3.11. Đƣờng cong phản lực hệ hỗn hợp từ ba vỏ hầm thành phần đƣợc lắp dựng tại các thời điểm khác nhau và tại các khoảng các khác nhau ........ 69 Hình 3.12. Mô phỏng quá trình đào qua hệ số kSt.......................................... 72 Hình 3.13. Kết quả đƣờng cong phản lực nền theo hai lời giải ..................... 74 Hình 4.1. Sơ đồ các trƣờng hợp khảo sát ....................................................... 77 Hình 4.2. Mô hình khảo sát ............................................................................ 78 Hình 4.3. Hệ tọa độ chung ............................................................................. 79 Hình 4.4. Các điểm đặc trƣng cho tính toán – vị trí các điểm xét ................. 79 Hình 4.5. Đặc trƣng tính toán cho vòm tƣờng thẳng –vị trí các điểm xét ..... 80 ix Hình 4.6. Số lƣợng phần tử phá hủy trên biên Nph(%) với hệ số áp lực hông 81  =0.5; tại St 11; pi11=0 MPa - không có kết cấu chống đỡ. ......................... 81 Hình 4.7. Số lƣợng phần tử phá hủy trên biên Nph(%) với =0. 5, tại St6; pi6=0,62 (MPa) -có kết cấu chống đỡ. ............................................................ 82 Hình 4.8. Số lƣợng phần tử bị phá hủy trên biên theo fkp và giai đoạn ......... 83 Hình 4.9. Hệ số bền B khi không có kết cấu chống ....................................... 85 Hình 4.10. Hệ số bền B khi có kết cấu chống pi6 =0.62 (MPa) ..................... 85 Hình 4.11. Các phần tử bị phá hủy trên biên theo chiều sâu đặt hầm khi có kết cấu chống........................................................................................................ 86 Hình 4.12. Số lƣợng phần tử trên biên bị phá hủy khi không có kết cấu chống theo chiều sâu đặt hầm ................................................................................... 87 Hình 4.13. Dang phá hủy do kéo và trƣợt với  =0.25 .................................. 88 Hình 4.14. Dạng phá hủy do kéo và trƣợt với  =0.5 .................................... 88 Hình 4.15. Dạng phá hủy do kéo và trƣợt với  =1 ....................................... 89 Hình 4.16. Chuyển vị tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =0.25 ............................................................................................ 89 Hình 4.17. Chuyển vị tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông 0.5 .............................................................................................. 89 Hình 4.18. Chuyển vị tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =1 ................................................................................................. 90 Hình 4.19. Biến dạng trƣợt tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =0.25 ................................................................................... 90 x Hình 4.20. Biến dạng trƣợt tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =0.5 ..................................................................................... 90 Hình 4.21. Biến dạng trƣợt tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =1 ........................................................................................ 91 Hình 4.22. Biến dạng thể tích tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, =0.25 ........................................................................................................... 91 Hình 4.23. Biến dạng thể tích tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =0.5 ................................................................................ 91 Hình 4.24. Biến dạng thể tích tại các điểm trên biên, không có kết cấu chống, hệ số áp lực hông =1 ................................................................................... 92 Hình 4.25. Đƣờng cong phản lực nền xét tới các yếu tố thời gian, công nghệ ........................................................................................................................ 97 Hình 4.26. Quan hệ bán kính vùng tải trọng theo phản lực chống. ............... 98 Hình 4.27. Biểu đồ vùng dẻo theo phản lực chống ........................................ 98 Hình 4.28. Sơ đồ tính của bài toán ............................................................... 100 Hình 4.29. Quan hệ giữa các bán kính vùng phá hủy, vùng cân bằng giới hạn (m) và phản lực chống theo ảnh hƣởng của công nghệ ............................... 102 Hình 4.30. Quan hệ giữa tải trọng pi( MPa) và thời gian lắp dựng vỏ (ngày) theo chiều dày vỏ (m) ................................................................................... 108 Hình 5.1. Sơ đồ tính của bài toán ................................................................. 114 Hình 5.2. Đƣờng cong phản lực nền ............................................................ 114 Hình 5.3. Chuyển vị theo các giai đoạn ....................................................... 115 Hình 5.4. Chuyển vị theo khoảng cách tính từ biên hầm với các thời điểm lắp dựng vỏ khác nhau. ...................................................................................... 116 xi Hình 5.5. Quan hệ M,N,Q với phản lực pi theo các giai đoạn (Stage) ........ 119 Hình 5.6. Quan hệ các thông số phân tích theo Giai đoạn-Stage ................ 120 Hình 5.7. Quan hệ các thông số phân tích theo phản lực............................. 120 Hình 5.8. Đƣờng cong phản lực nền theo tiêu chuẩn Hoek - Brown .......... 122 Hình 5.9. Chuyển vị theo các giai đoạn ....................................................... 122 Hình 5.10. Chuyển vị theo khoảng cách tính từ biên hầm với các thời điểm lắp dựng vỏ khác nhau. ................................................................................ 123 Hình 5.11. Quan hệ M,N,Q với phản lực pi (theo các St) ............................ 127 Hình 5.12. Quan hệ các thông số phân tích theo Giai đoạn-Stage .............. 127 Hình 5.13. Quan hệ các thông số phân tích theo phản lực. ......................... 128 Hình 5.14. Đƣờng cong phản lực nền ......................................................... 130 Hình 5.15. Chuyển vị tổng .......................................................................... 130 Hình 5.16. Chuyển vị theo các giai đoạn ..................................................... 131 Hình 5.17. Sự hình thành vùng phá hủy theo các St .................................... 132 Hình 5.18. Đƣờng cong phản lực nền theo tiêu chuẩn Hoek –Brown (pi=0)133 Hình 5.19. Chuyển vị theo các giai đoạn ..................................................... 134 Hình 5.20. Hệ số bền giữa hai tiêu chuẩn ................................................... 136 xii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Giá trị  ,B cho một số loại đất đá ................................................ 35 Bảng 2.2. Giá trị M và m................................................................................ 35 Bảng 2.3. Giá trị f2 ......................................................................................... 36 Bảng 2.4. Kết quả tính toán ảnh hƣởng của góc dãn nở . ........................... 53 Bảng 3.1. Hệ số kSt tƣơng ứng với pi ............................................................. 73 Bảng 4.1. Tính chất cơ lý của đá:................................................................... 77 Bảng 4.2. Kết quả khảo sát số lƣợng phần tử phá hủy trên biên N ph (%) với các hệ số áp lực hông khác nhau khi không có gia cố (chống đỡ),St 11, ri=2 (m), H=50 (m), p=0.0 (MPa).......................................................................... 81 Bảng 4.3. Kết quả khảo sát số lƣợng phần tử phá hủy trên biên N ph (%) với các hệ số áp lực hông  khác nhau khi có gia cố (chống đỡ):St 6, ri=2 (m), H=50 (m), p=0.62( MPa) ............................................................................... 83 Bảng 4.4. Kết quả khảo sát. ........................................................................... 96 Bảng 4.5. Kết quả tính toán chiều cao vùng dẻo (CBGH) và vùng phá hủy và chiều cao khối đá sập tƣơng ứng .................................................................... 98 Bảng 4.6. Quan hệ giữa bán kính vùng phá hủy theo pi .............................. 101 Bảng 4.7. Quan hệ tải trọng pi (MPa) theo thời gian và chiều dày vỏ hầm...108 Bảng 5.1. Bảng giá trị tính toán các chỉ tiêu kháng cắt khe nứt .................. 112 Bảng 5.2. Bảng giá trị tính toán các chỉ tiêu cơ lý của khối đá phiến thạch anh Biotit chiều sâu đặt hầm 100m theo tiêu chuẩn Hoek –Brown ................... 112 Bảng 5.3. Tính chất cơ lý của nền theo tiêu chuẩn Mohr - Coulomb .......... 113 Bảng 5.4. Giá trị các chuyển vị theo các giá trị phản lực pi ........................ 115 xiii Bảng 5.5. Hệ số bền theo các giai đoạn ....................................................... 117 Bảng 5.6. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 5 ...... 118 Bảng 5.7. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 10 .... 118 Bảng 5.8. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 15 .... 119 Bảng 5.9. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 20 .... 119 Bảng 5.10. Bảng so sánh các thông số phân tích cuối cùng với các thời điểm lắp dựng kết cấu vỏ hầm khác nhau: ............................................................ 119 Bảng 5.11. Bảng giá trị chuyển vị biên hầm theo các giai đoạn .................. 122 Bảng 5.12. Bảng quan hệ phản lực–biến dạng theo các giai đoạn .............. 124 Bảng 5.13. Hệ số bền theo các giai đoạn ..................................................... 124 Bảng 5.14. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 5 .... 125 Bảng 5.15. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 10 .. 126 Bảng 5.16. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 15 .. 126 Bảng 5.17. Nội lực trong vỏ khi lắp dựng vỏ khi bắt đầu tại giai đoạn 20 .. 126 Bảng 5.18. Bảng so sánh các thông số phân tích cuối cùng với các thời điểm lắp dựng kết cấu vỏ hầm khác nhau: ............................................................ 127 Bảng 5.19. Bảng so sánh tƣơng quan theo tiêu chuẩn Hoek Brown và MohrCoulomb ....................................................................................................... 129 Bảng 5.20. Số liệu tính theo tiêu chuẩn Mohr -Coulomb và Hoek – Brown129 Bảng 5.21. Giá trị phản lực với các giai đoạn tƣơng ứng ............................ 130 Bảng 5.22. Chuyển vị theo các giai đoạn..................................................... 131 Bảng 5.23. Tƣơng quan giữa chuyển vị và nội lực ...................................... 132 xiv Bảng 5.24. Bảng các giá trị chuyển vị theo khoảng cách tính từ biên hầm tới biên miền tính toán tính tại các Stage 2, 10 và Stage 20: ............................ 133 Bảng 5.25. Giá trị nội lực theo pi và chuyển vị u......................................... 134 Bảng 5.26. Hệ số bền theo các giai đoạn ..................................................... 135 1 MỞ ĐẦU Công trình ngầm đƣợc xây dựng trong lòng đất chịu tác động của nhiều yếu tố đa dạng và phức tạp. Việc tính toán kết cấu công trình ngầm cần phải xem xét một cách cụ thể điều kiện địa chất, tính chất của đất đá, cấu tạo của địa tầng; hình dạng, kích thƣớc và vật liệu vỏ hầm; cũng nhƣ phƣơng pháp thi công và đặc điểm sử dụng công trình. Lịch sử phát triển của xây dựng công trình ngầm cho thấy có rất nhiều phƣơng pháp tính toán kết cấu công trình ngầm khác nhau. Trong đó, có phƣơng pháp dựa trên những cơ sở lý luận chính xác, có phƣơng pháp gần đúng dựa trên các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và kinh nghiệm thực tế. Do tính chất làm việc phức tạp của công trình ngầm mà cho đến nay vẫn chƣa có một lý thuyết nào giải quyết một cách triệt để và trọn vẹn bài toán tổng quát thiết kế tính toán kết cấu công trình ngầm. Trong thực tế, tùy từng điều kiện cụ thể mà có thể áp dụng một phƣơng pháp phù hợp nhất. Vì điều kiện địa chất phức tạp, đa dạng, các biện pháp công nghệ thi công công trình ngầm cũng rất khác nhau và các phƣơng pháp tính toán kết cấu chống đỡ đƣờng hầm tùy thuộc vào công nghệ thi công. Phƣơng pháp thiết kế truyền thống coi kết cấu gia cố là kết cấu tạm thời trong quá trình thi công, chịu các tải trọng do phần đất đá long rời gây ra, nên các kết cấu chống tạm này thƣờng tính toán làm việc độc lập với kết cấu vỏ hầm vĩnh cửu và không tận dụng đƣợc nhiều sức mang tải của đất đá xung quanh nên thƣờng có chiều dày lớn, kết cấu gia cố nặng nề, chi phí xây dựng hầm lớn. 2 Từ khi có sự xuất hiện của NATM với các nguyên tắc thiết kế riêng, ngƣời ta mới quan tâm nhiều hơn đến khả năng tự mang tải của khối đá trong công tác thiết kế hầm. Việc mở ra hƣớng đi mới này đã dẫn đến bài toán tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm – đất đá để tận dụng khả năng chịu lực của đất đá khi vƣợt quá giới hạn bền. Phƣơng pháp CCM là một trong những hƣớng đi nhằm giải quyết bài toán tính toán hệ kết cấu vỏ hầm – đất đá với nền đàn dẻo (có tính đến giai đoạn ngoài đàn hồi của đất đá-trong vùng cân bằng giới hạn)-về bản chất là phƣơng pháp tính toán và khống chế chuyển vị. Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu các phƣơng pháp thiết kế hầm hiện có, phân tích các mô hình thiết kế hầm. Tiến hành nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp CCM, phát triển và bổ sung các nghiên cứu vùng phá hủy theo nguyên tắc của CCM và thực hiện các khảo sát số, từ đó rút ra các kết luận cụ thể về việc áp dụng phƣơng pháp CCM trong công tác thiết kế hầm. Khảo sát vùng cân bằng giới hạn với các biến dạng dẻo phi tuyến khi xuất hiện vùng dẻo. Phân tích, đánh giá ảnh hƣởng độ cứng của đất đá, chiều sâu đặt hầm và hình dạng hầm. Phân tích các thông số ảnh hƣởng đến khả năng làm việc của hầm nhƣ ảnh hƣởng của công nghệ, yếu tố địa cơ học và thời gian trong phƣơng pháp CCM. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về phƣơng pháp thiết kế hầm theo CCM, xây dựng lời giải và thuật toán tính toán kết cấu chống đỡ (đƣờng cong phản lực nền, đƣờng cong đặc tính của kết cấu chống). Thực hiện khảo sát số ảnh hƣởng của một số yếu tố đến chế độ tƣơng tác vỏ hầm – đất đá theo phƣơng pháp CCM. Các bài toán khảo sát đƣợc thực hiện trên ngôn ngữ lập trình Matlab và phần mềm Phase2. Nội dung chính của luận án Chƣơng 1: Tổng quan về các phƣơng pháp thiết kế hầm. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp CCM. Chƣơng 3: Đƣờng cong đặc tính của kết cấu chống và lời giải cho vỏ công trình ngầm Chƣơng 4: Phân tích, đánh giá ảnh hƣởng các thông số trong xây dựng hầm Chƣơng 5: Áp dụng phƣơng pháp CCM với đƣờng hầm dẫn nƣớc thủy điện Sử Pán 2 – Lào Cai Kết luận và kiến nghị
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan