Kích thước lưới mô hình được kiểm tra bằng cách sử dụng phương pháp so sánh vận tốc sóng
Rayleigh đặt được bằng phương pháp giải tích (theo công thức của Bergmann-Viktorov (E.G.
Nesvijski, 2000)) [76] và kết quả mô hình số với kích thước lưới là 0,5m. Giá trị sai khác theo
hai phương pháp là 2,71% nên kích thước lưới được xem là phù hợp, đảm bảo độ hội tụ của mô
hình. Ngoài ra, kích thước lưới cũng đã được kiểm tra theo điều kiện quan hệ giữa bước sóng và
kích thước phần tử (công thức của Lysmer và Kuhlemeyer, 1969 [38]). Phạm vi tần số thông
thường của chấn động gây ra bởi nổ mìn cho công trình ngầm dao động trong khoảng (50,0÷100,0)
Hz theo (Dowing, 1996 và Yang và n.n.k, 2003) [38]. Với những kiểm chứng trên cho thấy kích
thước phần tử đã chọn hoàn toàn thỏa mãn với điều kiện hội tụ của mô hình số
28 trang |
Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 25/02/2022 | Lượt xem: 411 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu công trình ngầm lân cận, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
óng nén. Hai loại sóng trên là nguyên nhân sinh ra ứng suất kéo trong vỏ chống và
là nguyên gây phá hủy vỏ chống. Có nhiều phương pháp tính toán, mô phỏng áp lực nổ mìn khi
tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn. Việc lựa chọn mô hình áp lực nổ ảnh
7
hưởng trực tiếp đến kết quả mô hình. Việc lựa chọn mô hình mô phỏng có thể dưạ trên các yếu
tố khác nhau như các dữ liệu đầu vào, các kết quả đo đạc thực tế hoặc dựa trên việc có sẵn các
mô-đun trong các phần mềm chuyên dụng. Do việc lựa chọn phương pháp mô phỏng áp lực nổ
được chọn: Khi có các kết quả đo đạc chuẩn xác, việc mô phỏng áp lực nổ có thể sử dụng công
thức (2.37)(2.39), (2.42). Khi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đào đường
hầm, thuốc nổ trên gương đường hầm được chia thành nhiều đợt nổ. Trong trường hợp thuốc nổ
trên gương đường hầm nổ thành nhiều đợt khác nhau (thời gian vi sai lớn hơn 8 ms) nên chọn mô
hình áp lực nổ theo công thức (2.42) (Wang, 1984) [67]. Công thức này do cho phép biểu diễn áp
lực theo số đợt nổ trên gương. Trong phần sau của luận án tác giả sử dụng công thức trên để mô
phỏng áp lực nổ mìn.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN ĐẾN KẾT
CẤU ĐƯỜNG HẦM LÂN CẬN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KHOAN NỔ MÌN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC HIỆN TRƯỜNG
3.1. Các phương pháp đánh giá ảnh hưởng chấn động nổ mìn đến công trình lân cận
Trên thế giới để đánh giá chấn động nổ mìn có thể tiến hành theo một số phương pháp sau:
❖ Phương pháp 1- Giới hạn tiêu chuẩn PPV: yêu cầu mỗi vụ nổ được giám sát bởi một thiết bị
đo chấn động có khả năng giám sát PPV, theo đó PPV nằm dưới mức quy định;
❖ Phương pháp 2 - Tiêu chuẩn tỉ lệ khoảng cách, đòi hỏi các nhà thầu khi thiết kế các vụ nổ với
tỉ lệ khoảng cách. Với phương pháp này có thể không cần phải sử dụng thiết bị giám sát.
❖ Phương pháp 3-Tiêu chuẩn đồ thị mức độ chấn động nổ mìn.
Nhìn chung ba phương pháp nêu trên đã bao quát được vấn đề đánh giá, các tiêu chuẩn nêu
trên có thể áp dụng cho hầu hết các hạng mục công trình.
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến vỏ chống cố định của đường hầm lân
cận khi đào hầm bằng phương pháp khoan nổ thông qua phương pháp đo đạc
3.2.1. Khảo sát mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ khoảng cách
Trên cơ sở các dữ liệu đo thu được từ các cảm biến đặt trong vỏ chống bê tông cũ của đường
hầm Croix-Rousse, Lyon, Pháp, bằng việc khảo sát mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ khoảng cách
(𝑆𝐷 = 𝐷/√𝑄) luận án đưa ra biểu đồ tương quan như Hình 3.1 đến Hình 3.6.
8
Hình 3.1. Quan hệ giữa ln(PPV2) và tỉ lệ
khoảng cách (D/√𝑄) (cảm biến A)
Hình 3.2. Quan hệ giữa ln(PPV1) và tỉ lệ
khoảng cách (D/√𝑄) (cảm biến P trong
đoạn PM 220÷PM340)
Hình 3.3. Quan hệ giữa ln(PPV2) và tỉ lệ
khoảng cách (D/√𝑄) (cảm biến P tại vị trí PM
220÷PM340)
Hình 3.4. Quan hệ giữa ln(PPV3) và tỉ lệ
khoảng cách (D/ √𝑄) (cảm biến P tại vị trí
PM 220÷PM340)
Hình 3.5. Quan hệ giữa ln(PPV) theo ba
phương và tỉ lệ khoảng cách (D/√𝑄) (cảm
biến P tại vị trí PM 220÷PM340)
Hình 3.6. Quan hệ giữa ln(PPV) theo ba phương
(V, H, L) và tỉ lệ khoảng cách (D /√𝑄 ) (cảm
biến T tại vị trí PM1400) [15]
Dựa trên biểu đồ trên ta tính được các hệ số K và α, từ đó đưa ra công thức dự báo giá trị PPV
cho hầm Croix-Rousse:
+ PPV theo phương thẳng đứng:
( )
1,82
PPV 19,4 D/ Q
−
=
+ PPV theo phương dọc trục:
( )
1.56
PPV 1,93 D/ Q
−
=
+ PPV tổng hợp của
cảm biến T1400:
9
+ PPV theo phương nằm ngang:
( )
2,01
PPV 28,5 D/ Q
−
=
+ PPV theo ba phương:
( )
1,08
PPV 16,44 D/ Q
−
=
( )
1,68
PPV 340 D/ Q
−
=
3.2.2. Khảo sát mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ lượng nạp dựa trên dữ liệu của các cảm biến
Bằng các dữ liệu đo đạc tại hiện trường ở trên, kết quả mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ lượng
nạp 𝑆𝑐 =
√𝑄
𝑛
𝐷
theo các công thức của Chapot, công thức của Nhật Bản, công thức của Sodev
(Nga), công thức của Ấn Độ được thể hiện trên Hình 3.7. Từ mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ nạp
thuốc SC, luận án xây dựng được các công thức kinh nghiệm xác định được giá trị PPV theo các
công thức (3.1) ÷ (3.4):
a) b)
c) d)
Hình 3.7. Mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ lượng nạp SC: a-Theo công thức Sodev; b-Theo
công thức của Nhật bản; c-Theo công thức của Ấn Độ; d- Theo công thức Chapot (Châu Âu)
( )
1,5261
3PPV = 344,349× Q / D , (3.1) ( )
1,2267
34PPV = 8,214× Q / D , (3.3)
0186,1
3 2
899,1681
=
D
Q
V
, (3.2) ( )
1,4172
PPV = 64,92 Q / D (3.4)
Kết quả đưa ra bốn công thức kinh nghiệm sử dụng để dự báo giá trị PPV gây ra bởi nổ mìn
khi đào đường hầm theo các tiêu chuẩn khác nhau trên thế giới. Trong trường hợp này, công thức
(3.4) tìm được có hệ số tương quan lớn nhất được lựa chọn để tính toán. Mặc dù hệ số tương quan
còn thấp nhưng đây là những nghiên cứu bước đầu về việc khảo sát PPV theo tỉ lượng nạp do hầu
hết các tiêu chuẩn hiện hành hiện nay chưa đề cập.
10
3.2.3. Khối lượng nạp thuốc cho mỗi lần chậm nổ khi đào đường hầm
Luận án đã xác định tổng khối lượng nạp của mỗi lần chậm nổ, trên cơ sở đó có thể xác định
số lượng lần chậm nổ theo tổng khối lượng thuốc nạp trên gương. Phương pháp tốt nhất để giảm
giảm thiểu các tác động tiêu cực của chấn động nổ mìn là tăng số lượng lần chậm nổ, giảm khối
lượng thuốc nổ tức thời.
-Theo ngưỡng [PPV] ([4]), theo tiêu chuẩn của Pháp, khối lượng nạp lớn nhất cho mỗi lần chậm
nổ có thể tính công thức (3.5), ta có:
𝑄𝑚𝑎𝑥1 = 0,002768 × 𝐷
2 × [𝑃𝑃𝑉]1,4112; mm/s (3.5)
-Theo ngưỡng giới hạn thiệt hại giá trị Dib= 0,125, khối lượng nạp lớn nhất cho mỗi lần chậm nổ
có thể tính theo công thức (3.6):
𝑄𝑚𝑎𝑥2 = 286,63𝑥10
5𝑥 (
𝐾𝑟.𝜎𝑡𝑑
𝜌.𝐶
)
1,4112
× 𝐷2; mm/s (3.6)
-Khối lượng nạp tối đa cho mỗi lần chậm nổ trên gương hầm xác định theo hai điều kiện trên
như công thức (3.7): Qmax = min (Qmax1, Q max2) (3.7)
Từ khoảng cách giữa hai đường hầm, khoảng cách từ gương hầm đến vị trí quan sát, đặc tính
cơ lý của các lớp đất đá đường hầm đào qua, lượng nạp lớn nhất cho mỗi lần chậm nổ được tính
ra như trên Bảng 3.1 dựa vào công thức (3.5) ÷ (3.7).
Bảng 3.1. Dự báo khối lượng thuốc lớn nhất cho một lần nổ, kg
Khối lượng thuốc nổ
tối đa, kg
Khoảng cách giả định giữa hai đường hầm, m
40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Qmax1, kg 201,6 315,0 453,6 617,4 806,40
Qmax2, kg 283,4 442,8 637,6 867,9 1133,6
Qmax 201,6 315,0 453,6 617,4 806,40
3.4. Khảo sát mối quan hệ giữa RMR của khối đá và các thông số K và α trong công thức
của Chapot
Trên cơ sở dữ liệu đo đạc, ta tiến hành chia khu vực nghiên cứu thành hai vùng tương ứng,
giá trị RMR của khối đá tại vùng 1 là RMR = 6780. Kết quả khảo sát quan hệ giữa PPV và ln(K)
và trong công thức của Chapot cho phép rút ra mối quan hệ giữa PPV và RMR chẳng hạn như
trên Hình 3.8 và Hình 3.9.
11
Hình 3.8. Quan hệ giữa RMR và K khi
H>0 [12]
Hình 3.9. Quan hệ giữa “ln(K)”, “”và“RMR”
tại cảm biến P [12]
Kết luận: Từ các kết quả trên, chúng tôi rút ra các công thức thực nghiệm dự báo giá trị “PPV”
xuất hiện trong khối đá vùng nghiên cứu số 1 khi đường hầm đào trong khối đá granit ở những
điều kiện tương tự theo công thức (3.8) ÷ (3.10):
➢ Khi H>0: ( ) ( )
−− −
3 22,4991.RMR 539,79.RMR +
+387368 .-0, RMR1 921971.RMR 61PPV = . D0 /7.1 .e Q ; (3.8)
➢ Khi H<0: ( ) ( )
( )− −
−
292,43.RMR 13686.RMR+7 507 6799P 10 .ln RMRPV = .4 10 D / Q+ . ; (3.9)
➢ Khi 0<H<45 m: ( ) ( )
− −− − −
3 20,0054.RMR +1,2779.RMR
99,635.RMR+2579,48 810 .ln RMR +5.1PPV = . D /0 Q . (3.10)
+ Tương tự khảo sát như vậy trong vùng nghiên cứu 2 dựa trên dữ liệu của cảm biến T chúng
ta thu được các công thức tính PPV theo chỉ số phân loại chất lượng khối đá (RMR):
➢ Trong trường hợp chung: 𝑃𝑃𝑉 = [0,0007xRMR3,6295](𝐷/√𝑄)[0,0367𝑅𝑀𝑅
0,9236]; (3.11)
➢ Khi H>0: 𝑃𝑃𝑉 = [0,00005x𝑅𝑀𝑅4,4823](𝐷/√𝑄)[ 0,0173x𝑅𝑀𝑅
1,1472] (3.12)
➢ Khi H<0: 𝑃𝑃𝑉 = [−4278 ln(RMR) + 22705](𝐷/√𝑄)[ 2,4002x𝑅𝑀𝑅
−0,089]; (3.13)
3.5. Kết luận chương 3: Các kết quả nghiên cứu trong Chương 3 cho thấy những kết quả bước
đầu về hướng nghiên cứu mới về sự ảnh hưởng của đặc tính khối đá (thông qua chỉ số RMR) đến
tốc độ PPV do chấn động nổ mìn đào đường hầm. Thông qua việc khảo sát chỉ số RMR của đá
với các thành phần ln(K) và trong công thức thực nghiệm của Chapot có thể cho phép đưa ra
được công thức gần đúng xác định giá trị của PPV cho đá granit và gơnai tại đường hầm Croix-
Rousse và có thể áp dụng cho các đường hầm khác trong điều kiện tương tự. Kết quả phương
pháp đo đạc đã được xử lý và chọn lọc sử dụng các giá trị phù hợp nhất sẽ làm cơ sở để kiểm
chứng với các mô hình số ở phần sau của luận án. Đây là hướng nghiên cứu hoàn toàn mới và có
ý nghĩa thực tế lớn do RMR là chỉ số được sử dụng chính trong các khảo sát địa chất tại các công
trình ngầm. Kết quả đạt được mới chỉ là bước đầu, cần có những nghiên cứu sâu hơn.
12
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CỦA KHỐI ĐÁ VÀ VỎ CHỐNG
4.1. Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm động Split Hopkinson Pressure Bar Test (SHPB)
4.1.1. Mục đích của thí nghiệm
Thí nghiệm SHPB được sử dụng để xác định tính chất cơ học của mẫu đá, xây dựng quy luật
ứng xử của mẫu dưới tải trọng động, sự phá hủy mẫu đá/vỏ chống gần giống với sự phá hủy của
khối đá/vỏ chống dưới áp lực nổ mìn. Thí nghiệm thực hiện tại Phòng thí nghiệm của Viện Nghiên
cứu và Ứng dụng quốc gia Pháp (INSA Lyon).
4.1.2. Cấu tạo thiết bị thí nghiệm
Hệ thống SHPB có cấu tạo trên Hình 4.1, tín hiệu thu được nhờ cảm biến đặt trong thanh tới
khi thí nghiệm không mẫu để xác định đặc tính động của thanh như Hình 4.2.
4.1.3. Thiết bị tải trọng
Hình 4.1. Hệ thống thí nghiệm SHPB Hình 4.2. Tín hiệu trong thanh tới
4.5. Tính toán đặc tính động học của các thanh
Với thí nghiệm không mẫu cho phép xác định được mô đun đàn hồi động của thanh tới:
CB=5128 m/s, 89,73.102,81.5128ρCE
62
B
2
d ===
−
; GPa
4.6. Thí nghiệm SHBP trên mẫu đá granit
Thí nghiệm được tiến hành trên mẫu N°38 với áp lực tăng tương ứng từ 0,10 ÷ 0,35 MPa. Kết
quả mẫu N°38 bị phá hủy tại áp lực lên thanh đánh đạt 0,35 MPa.
4.6.1. Thí nghiệm SHBP trên mẫu N°38 với áp lực lên thanh đánh bằng 0,30 MPa
Mỗi cảm biến thu được khoảng 60.000 tín hiệu khác nhau trong thí nghiệm. Hình 4.3 thể hiện
các tín hiệu dạng điện áp đo được bằng các cảm biến. Theo kết quả trên Hình 4.3, thời gian thanh
đánh chuyển động qua hai cảm biến là ∆t=3,26 ms. Khoảng cách giữa hai cảm biến S=50,0 mm
nên vận tốc thanh đánh tính theo công thức [53]: Vst=S /∆t=0,05/(3,26.10-3)=15,34 m/s.Dựa trên
kết quả thí nghiệm, chúng ta có thể tính toán mô đun đàn hồi động của mẫu N°38: 𝐸𝑑 = (𝜌𝐶𝑆0
2 ) =
(2351,8 × 13252) = 4,129𝐺𝑃𝑎. Biến dạng của thanh tới được thể hiện trên Hình 4.5.
13
Hình 4.3. Tín hiệu cảm biến vận tốc [53] Hình 4.4. Biến dạng của thanh tới (cảm biến 5)
và thanh truyền (cảm biến 7) theo thời gian
4.6.2. Thí nghiệm SHPB trên mẫu N°38 với áp lực lên thanh đánh bằng 0,35 MPa
Tại áp lực lên thanh đánh 0,35 MPa, mẫu bị phá hủy. Vận tốc thanh tới thể hiện trên Hình 4.5
Kết quả ứng suất lớn nhất trong thanh tới là khoảng 144,0 MPa. Tốc độ biến dạng của mẫu với
hai giá trị áp lực tác dụng lên thanh đánh là 0,3 MPa và 0,35 MPa như trên Hình 4.6.
Hình 4.5. Biểu đồ vận tốc thanh tới Hình 4.6. Tốc độ biến dạng theo thời gian của mẫu đá
với áp lực tác dụng lên thanh đánh khác nhau
4.4. Phát triển mô hình số ba chiều 3D mô phỏng thí nghiệm SHPB
Việc mô hình số thí nghiệm SHPB cho phép mô phỏng thí nghiệm trong các loại đá khác
nhau dựa trên kết quả thí nghiệm.
4.4.1. Kích thước mô hình mô phỏng
Hình dạng kích thước mẫu và các thanh cùng mô hình được thể hiện trên Hình 4.7, kích
thước các thanh và đặc tính vật liệu được thể hiện trên Bảng 4.2.
Hình 4.7. Kích thước mô hình thí nghiệm SHPB
4.4.2. Mô hình áp lực nên thanh chuyển động, loại phần tử và mô hình tiếp xúc
14
Áp lực tác dụng lên thanh đánh có biên độ phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của thanh đánh,
vật liệu thanh. Áp lực phụ thuộc vào thời gian có dạng hình thanh như Hình 4.8.
;
Trong đó: ρ- Mật độ thanh đánh; kg/m3, Sb- Diện tích
mặt cắt ngang thanh đánh; m2, C-Vận tốc truyền trong
thanh đánh; m/s, Vst - Vận tốc chuyển động của thanh
đánh; m/s, giá trị thời gian tA = 99µs, tB =101 µs, tC =
200µs, T = 200 µs.
Hình 4.8. Mô hình áp lực tác dụng
lên thanh tới
4.4.3. Các trường hợp nghiên cứu
Trường hợp 1: mô hình phá hủy mẫu là mô hình đàn hồi với các thông số cơ học cho mẫu đá
= 2451kg/m3; E=26,5MPa; hệ số Poatxông = 0,3; mô hình được tiến hành với nhiều trường
hợp bằng cách thay đổi kích thước lưới. Việc so sánh kết quả của các trường hợp này sẽ cho phép
chọn kích thước lưới phù hợp cho mô hình cho các trường hợp khác; Trường hợp 2: sử dụng mô
hình phá hủy đàn-dẻo cho mẫu đá với ứng suất trong mẫu là 117,312 MPa (lấy trung bình ứng
suất trong mẫu đá granit bằng 94% ứng suất của đá granit trong thí nghiệm tĩnh); Trường hợp 3:
sử dụng mô hình phá hủy Mohr-Coulomb cho mẫu đá, các thông số cho mẫu đá gồm: =53,990;
góc dãn nở: =40; Lực dính kết C=23,07596MPa.
4.4.5. Nhận xét: Giá trị ứng suất lớn nhất thay đổi theo từng mô hình trong đó giá trị ứng suất
lớn nhất của mô hình đàn hổi dẻo là lớn hơn mô hình phá hủy Mohr-Coulomb. So sánh kết quả
của mô hình số với kết quả thí nghiệm vẫn có sự khác nhau đáng kể. Lý do cho sự khác nhau có
thể là do sự khác nhau của mô hình áp lực trong mô hình và áp lực tác dụng lên thanh tới trong
thực tế. Một lý do khác là do trong mô hình số, điều kiện biên là chuyển vị của thành truyền được
giả thiết là bằng 0 còn trong thực tế không hoàn toàn như vậy.
4.4.6. Kết quả mô hình
Hình 4.9. Ứng suất và sự làm việc của mẫu trong mẫu trường hợp 3
f(t).PP strmax =
stbtr V.C.S.ρ.
2
1
P =
15
4.5. Kết luận Chương 4: Thí nghiệm SHPB là thí nghiệm mới chưa từng được thực hiện tại Việt
Nam, thí nghiệm được NCS thực hiện tại phòng thí nghiệm thuộc INSA Lyon, Cộng Hòa Pháp.
Kết quả thí nghiệm đã được kiểm chứng với các kết quả trước đó nên có độ tin cậy. Qua thí
nghiệm SHBP cho thấy sự làm việc của đá dưới tác động của áp lực động (áp lực nổ mìn): quan
hệ giữa ứng suất và biến dạng, sự thay đổi của biến dạng theo thời gian. Các kết quả thí nghiệm
cho phép xác định được các thông số động của khối đá và có thể sử dụng làm kết quả đầu vào
của mô hình số trong các phần tiếp theo của luận án. Phần mô hình số 3D đã đạt được các kết quả
bước đầu như kiểm chứng được sự hội tụ của lưới, sau khi so sánh với kết quả thí nghiệm có thể
sử dụng để nghiên cứu các thông số của mẫu, sự tiếp xúc của mẫu và thanh đến kết quả thí nghiệm
trong các điều kiện tương tự.
CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN KHI
ĐÀO HẦM ĐẾN KẾT CẤU CHỐNG ĐƯỜNG HẦM LÂN CẬN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ
5.1. Đặt vấn đề
5.2. Xây dựng mô hình số khảo sát ảnh hưởng của chấn động nổ mìn
Luận án chọn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xây dựng mô hình số bằng phần mềm
Abaqus. Kích thước các mô hình số 2D, và 3D như trên Hình 5.1 và Hình 5.2.
Hình 5.1 Kích thước mô hình 2D [54÷57] Hình 5.2. Kích thước mô hình 3D [57], [59]
Trong hình vẽ: 1- Vùng phần tử vô hạn; 2- Biên mô hình giữa hai miền phần tử vô hạn và hữu
hạn; 3-Biên của vùng phần tử vô hạn; L0- Chiều dài phần tử vô hạn; B0- Chiều rộng mô hình;
H0- Chiều cao mô hình
5.2.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
5.2.5. Mô hình vật liệu
Khối đá xung quanh đường hầm Croix-Rousse đào qua gồm đá granit và gơnai. Trong mô
hình, khối đá được giả định là vật liệu đàn hồi-dẻo cùng với quá trình tăng ứng suất-biến dạng
tuân theo mô hình Mohr-Coulomb. Vỏ chống bê tông đường hầm được mô phỏng sử dụng mô
hình phá hủy dẻo có sẵn trong phần mềm Abaqus. Các thông số động của khối đá và bê tông, quy
16
luật ứng xử vật liệu sử dụng cho mô hình được xác định từ thí nghiệm động học SHPB đã tiến
hành ở Chương 4.
5.3. Kiểm tra kích thước lưới và kiểm chứng mô hình số
5.3.1. Mô hình áp lực nổ mìn
5.3.2. Lựa chọn phần tử sử dụng cho mô hình
5.3.3. Kiểm tra kích thước lưới của mô hình
Kích thước lưới mô hình được kiểm tra bằng cách sử dụng phương pháp so sánh vận tốc sóng
Rayleigh đặt được bằng phương pháp giải tích (theo công thức của Bergmann-Viktorov (E.G.
Nesvijski, 2000)) [76] và kết quả mô hình số với kích thước lưới là 0,5m. Giá trị sai khác theo
hai phương pháp là 2,71% nên kích thước lưới được xem là phù hợp, đảm bảo độ hội tụ của mô
hình. Ngoài ra, kích thước lưới cũng đã được kiểm tra theo điều kiện quan hệ giữa bước sóng và
kích thước phần tử (công thức của Lysmer và Kuhlemeyer, 1969 [38]). Phạm vi tần số thông
thường của chấn động gây ra bởi nổ mìn cho công trình ngầm dao động trong khoảng (50,0÷100,0)
Hz theo (Dowing, 1996 và Yang và n.n.k, 2003) [38]. Với những kiểm chứng trên cho thấy kích
thước phần tử đã chọn hoàn toàn thỏa mãn với điều kiện hội tụ của mô hình số.
5.3.4. Kiểm chứng mô hình số
Để kiểm chứng mô hình, tác giả đã tiến hành
so sánh giá trị PPV đạt được bằng mô hình số
với dữ liệu đo đạc thực tế trong vỏ chống bê
tông của hầm cũ thuộc dự án hầm Croix-
Rousse, Lyon, Pháp ở các vị trí tương đồng.
Điểm quan sát gồm điểm quan sát A trong mô
hình trùng với vị trí cảm biến A ngoài thực địa;
điểm B trùng với vị trí cảm biến P; điểm C
trùng với vị trí cảm biến T như trên Hình 5.3.
Hình 5.3. Các điểm quan sát
Kết quả cho thấy, sai số trung bình giữa hai phương pháp là 14,73 % không lớn có thể
chấp nhận được nên mô hình số xây dựng có độ tin cậy.
5.3.5. Nhận xét chung
Với việc sử dụng biên loại không phản xạ (Non-Reflecting Boundary Condition) nhờ việc sử
dụng loại phần tử vô hạn (Infinite Element) có thể cải thiện kết quả của mô hình số đối với bài
toán truyền sóng. Kích thước lưới và độ hội tụ của mô hình số 2 chiều (2D) và 3 chiều (3D) xây
dựng trong luận án đã được kiểm chứng đảm bảo độ chính xác cho các kết quả nghiên cứu.
17
5.4. Khảo sát các thông số của mô hình số
5.4.1. Khảo sát sự ảnh hưởng tính chất cơ lý của khối đá và vỏ chống
a. Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số giảm chấn “” đến PPV
Việc khảo sát ảnh hưởng của hệ số giảm chấn được thực hiện bằng cách thay đổi giá trị hệ số giảm
chấn tương ứng với bốn trường hợp: =3,0 %; =4,0 %; =5,0 %; =6,0 % cho đá, đối với vỏ chống
bê tông =4,0 %. Theo kết quả Hình 5.4, Hình 5.5, Hình 5.6 sau khi so sánh các giá trị PPV đạt
được bằng mô hình số và kết quả đạt được bằng phương pháp đo đạc thực tế “DLD” cho thấy:
khi giá trị hệ số giảm chấn =5,0% thì sự sai khác giữa hai phương pháp đạt giá trị nhỏ nhất (sự
sai khác trung bình tb=16,09 %). Do vậy, giá trị cho khối đá =5,0 % được xem là phù hợp và
sẽ được chọn để sử dụng cho các bước tính toán tiếp theo trên mô hình khảo sát.
a) b)
Hình 5.4.Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn “” đến giá trị PPV tại điểm B [54]:
a - PPV theo phương thẳng đứng; b - PPV theo phương nằm ngang
Hình 5.5. Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn “”
đến giá trị PPV tại điểm B [14], [54], [56]
Hình 5.6. Sơ đồ lựa chọn hệ số giảm chấn
“” cho mô hình số [14], [57], [54]
b. Khảo sát sự ảnh hưởng của mô đun đàn hồi động “Ed” đến PPV
Chúng tôi tiến hành thay đổi giá trị “Ed” trong khoảng Ed=30,0÷70,0 GPa với biên độ thay đổi
10,0 GPa. Kết quả sự ảnh hưởng của mô đun đàn hồi động “Ed” của khối đá đến giá trị PPV trong
vỏ chống bê tông liền khối được thể hiện trên các Hình 5.7, Hình 5.8.
18
Hình 5.7. Quan hệ giữa “Ed” và PPV1 tại điểm Hình 5. 8. Quan hệ “Ed” và PPV2 tại điểm B [54]
Kết quả nghiên cứu cho thấy: giá trị PPV trong vỏ chống bê tông cố định của đường hầm cũ tỉ
lệ nghịch với mô đun đàn hồi động của khối đá xung quanh đường hầm; giá trị PPV đạt được
bằng phương pháp khảo sát mô hình số khi mô đun đàn hồi động Ed=60,0 GPa có kết quả tương
đối giống với giá trị đạt được bằng phương pháp đo đạc thực tế (sự sai khác trung bình giữa
hai phương pháp tb=16,09 %). Do đó, giá trị mô đun đàn hồi động Ed=60,0 GPa đạt được từ
thí nghiệm SHPB đủ độ tin cậy và được sử dụng cho những nghiên cứu dưới đây.
c. Khảo sát sự ảnh hưởng của mô hình phá hủy vật liệu
Hai mô hình phá hủy vật liệu được lựa chọn cho khối đá để khảo sat gồm: mô hình đàn hồi
tuyến tính và mô hình Mohr-Coulomb. Các giá trị PPV (mm/s) đạt được với hai mô hình phá hủy
vật liệu khác nhau được lựa chọn ở trên và theo phương pháp đo đạc hiện trường thể hiện trên
Hình 5.9, Hình 5.10. Kết quả cho thấy có một sự phù hợp về giá trị của PPV đạt được bằng mô
hình số với mô hình phá hủy của khối đá là Mohr-Coulomb và dữ liệu đo đạc tại hiện trường.
Ngược lại, giá trị PPV đạt được khi sử dụng mô hình đàn hồi tuyến tính cao hơn khoảng 50,0 %
so với dữ liệu đo đạc hiện trường như trên Hình 5.10.
Hình 5.9. Tổng hợp sự ảnh hưởng của mô
đun đàn hồi động “Ed” đến giá trị PPV
Hình 5.10. Ảnh hưởng của mô hình phá hủy
vật liệu đến PPV của vỏ chống bê tông [56]
Đây là cơ sở quan trọng để đưa ra nhận định: mô hình đàn hồi tuyến tính không đủ phức tạp
và không đủ khả năng sử dụng trong bài toán động nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn.
Do đó, mô hình phá hủy Mohr-Coulomb được chọn để sử dụng trong toàn bộ luận án.
19
5.4.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của chiều dài của mô hình số
Nghiên cứu tiến hành khảo sát mô hình 3D với 3 chiều dài khác nhau (L1 3xDN = 28,0 m;
L24xDN = 42,0 m; L38xDN = 84,0 m với DN là chiều rộng đào của hầm mới). Sự ảnh hưởng của
chiều dài mô hình 3D đến giá trị PPV1 (PPV theo phương thẳng đứng), PPV2 (PPV theo phương
nằm ngang), theo ba phương có thể quan sát trên Hình 5.12 và Hình 5.13, Hình 5.14.
Hình 5.11. Mô hình khảo sát sự ảnh hưởng của chiều dài mô hình 3D [16]
Hình 5.12. So sánh giá trị (PPV1) tại điểm B Hình 5.13. So sánh giá trị (PPV2) tại điểm B
Hình 5.14. So sánh biên độ của PPV tại
điểm B
Hình 5.15. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa
hai đường hầm đến giá trị PPV [17]
Kết quả so sánh giá trị và quy luật biến đổi của PPV trong ba mô hình với 3 chiều dài khác
nhau (Hình 5.12, Hình 5.13, Hình 5.14) cho thấy: dạng biểu đồ và điểm đạt giá trị PPV lớn nhất
(peak) giống nhau. Sự thay đổi giá trị PPV là do với mô hình 3D có sự tiêu hao một phần năng
lượng nổ trong khối đá và vỏ chống do mô hình có dạng khối; do đó, khi mô hình số có chiều dài
càng lớn thì năng lượng bị hấp thụ càng nhiều dẫn đến giá trị PPV càng nhỏ. Ngoài ra, kết quả
cũng chỉ ra khi chiều dài mô hình thay đổi trong khoảng 42,084,0 m thì giá trị PPV trong vỏ
20
chống bê tông không thay đổi. Vì vậy, có thể kết luận: chiều dài 42,0 m (bằng khoảng 4.DN) được
coi đủ độ chính xác cần thiết để có thể loại bỏ sự ảnh hưởng của điều kiện biên (chiều dài mô
hình) đến kết quả khảo sát trên mô hình số.
5.4.3. Khảo sát sự ảnh hưởng khoảng cách giữa hai đường hầm
Cùng với lượng thuốc nổ “Q” được giữ không đổi, việc thay đổi khoảng cách giữa hai đường
hầm cho thấy sự ảnh hưởng của chúng tới giá trị PPV. Mục đích khảo sát giúp tìm ra giá trị
khoảng cách ngắn nhất nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho kết cấu chống đường hầm cũ. Kết quả
khảo sát (Hình 5.15) cho thấy khi khoảng cách giữa hai đường hầm 32,50 m thì vỏ chống của
đường hầm cũ sẽ đảm bảo an toàn.
5.4.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của khoảng cách từ gương đường hầm đến vị trí quan sát
trong vỏ chống cố định của đường hầm cũ lân cận dọc theo trục đường hầm
Việc nghiên cứu được thực hiện theo sơ đồ Hình 5.16.
Hình 5.16. Sơ đồ nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn tại gương hầm mới đến vỏ
chống bê tông của đường hầm cũ lân cận theo phương dọc trục hầm [56]
Từ kết quả so sánh hai phương pháp: phương pháp số (thông qua mô hình số 2D và 3D)
và phương pháp đo đạc thực tế tại hiện trường Hình 5.17 cho phép rút ra một số nhận xét sau:
Hình 5.17. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của
khoảng cách H đến giá trị PPV [56]
➢ Các giá trị PPV đạt được bằng mô hình
số phù hợp với kết quả đo đạc thực nghiệm;
➢ Giá trị PPV tỉ lệ nghịch với khoảng cách
từ gương đường hầm đến điểm quan sát
trong vỏ chống theo phương dọc trục đường
hầm cũ;
➢ Khi điểm quan sát nằm trong mặt phẳng
trùng với mặt phẳng gương thi công đường
hầm mới thì PPV đạt giá trị lớn nhất trong
vỏ chống đường hầm cũ.
21
Hình 5.18. Sự xuất hiện của vùng phá hủy
trong vỏ chống bê tông của hầm cũ lân cận khi
t = 0,00332 s: a - Vị trí hai đường hẩm; b - Ví
trí tường bên đối diện với gương hầm; c - Ví
trí tường bên không đối diện với gương hầm
[56]
5.4.5. Đánh giá độ ổn định của vỏ chống bê tông của đường hầm cũ lân cận
Để đánh giá trạng thái phá hủy của vỏ chống đường hầm dưới sự ảnh hưởng của chấn động nổ
mìn, thông thường hai tiêu chuẩn được chọn sử dụng như sau: (1) giới hạn của PPV hoặc (2) độ
bền kéo của vỏ chống. Trong nghiên cứu này, giá trị PPV lớn nhất đo được bằng cảm biến là
15,53 mm/s, nhỏ hơn giới hạn đã được đề cập. Ngoài ra, giá trị độ bền kéo trong vỏ chống do
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- tom_tat_luan_an_nghien_cuu_anh_huong_cua_chan_dong_no_min_kh.pdf