Giáo trình Tin học chuyên ngành: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình "Tin học chuyên ngành" tiếp tục cung cấp cho học viên những kiến thức về: ứng dụng chương trình Rocsupport trong thiết kế kết cầu chống công trình ngầm; ứng dụng chương trình Phase2 để phân tích ứng suất, biến dạng trong khối đá bao quanh công trình ngầm;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Tin học chuyên ngành: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT TRONG THIẾT KẾ KẾT CẦU CHỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM 4.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT RocSupport là một chương trình dễ sử dụng để xác định biến dạng của đường hầm tiết diện tròn trong khối đá yếu và đặc tính của khối đá với các kết cấu chống. Phương pháp phân tích sử dụng trong RocSupport là: “tương tác khối đá - kết cấu chống” hoặc “Hội tụ - Giới hạn”. Phương pháp phân tích này dựa trên nội dung của: “đường đặc tính khối đá” hoặc “đường đặc tính” nhận được từ kết quả phân tích cho công trình ngầm (CTN) có tiết diện hình tròn trong khối đá đàn hồi - dẻo dưới tác dụng của trường ứng suất thuỷ tĩnh. Các giả thiết chính của phương pháp: - CTN có tiết diện ngang hình tròn. - Trường ứng suất nguyên sinh là thuỷ tĩnh (ứng suất bằng nhau theo mọi phương). - Khối đá là đồng nhất, đẳng hướng. Phá huỷ không xảy ra theo các hệ khe nứt chính. - Kết cấu chống có tính chất đàn hồi dẻo. - Kết cấu chống được mô hình hoá tương đương với áp lực tác dụng bên trong xung quanh chu vi đường hầm tròn. Giả thiết sau cùng trong thực tế cần phải chú ý cẩn thận khi sử dụng, khi so sánh giữa đường hầm thực tế và kết quả tính toán sử dụng chương trình RocSupport. Giả thiết áp lực kết cấu chống như sau: - Bê tông phun và vỏ bê tông liền khối là khép kín. - Khung chống thép là hình tròn. - Neo cơ học được lắp đặt theo mạng đều xung quanh CTN. Trong thực tế, khả năng làm việc của kết cấu kết cấu chống thường nhỏ hơn và biến dạng thường lớn hơn những giả thiết trong RocSupport. Mô hình lí tưởng sử dụng để phân tích trong RocSupport không thể thay thế cho thiết kế chi tiết và yêu cầu kết cấu chống cho CTN. Thông thường công việc này được phân tích bằng các phương pháp số (ví dụ: phương pháp phần tử hữu hạn), đặc biệt là cho những CTN có biến dạng lớn. Tuy nhiên, có nhiều cách để hiểu về sự tương tác của CTN trong khối đá yếu với các hệ thống kết cấu chống bằng cách nghiên cứu các thông số khi sử dụng RocSupport trong trường hợp trạng thái ứng suất nguyên sinh khác nhau, từ đó độ bền của khối đá và các đặc tính kết cấu chống được tính toán. 4.2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT Chương trình có thể áp dụng để tính toán sơ bộ miền phá hủy dẻo xung quanh CTN tiết diện tròn và kiến nghị kết cấu chống cho đường hầm. Phương pháp phân tích tương tác khối đá - kết cấu chống có rất nhiều ưu điểm, nhất là khi sử dụng kết hợp với các phương pháp tính số để đưa ra cách nhìn rõ ràng hơn về quá trình cơ học của kết cấu chống và khối đá, có thể làm hướng dẫn cho việc thiết kế kết cấu chống. 4.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT Mặc dù hiện nay không có một quy tắc rõ ràng cho việc thiết kế kết cấu chống cho đường hầm, nhưng có 3 phương pháp thường được sử dụng hiện nay là: 1. Phương pháp lời giải nghiệm kín trên cơ sở tính toán miền phá huỷ dẻo trong khối đá xung quanh CTN và áp lực kết cấu chống cần thiết để giảm vùng biến dạng dẻo. 2. Các phương pháp số: nghiên cứu quá trình phá huỷ khối đá bao quanh CTN và sự tương tác giữa kết cấu chống tạm thời và cố định với quá trình phá huỷ khối đá bằng các phần mềm phương pháp số như Phase2, Plaxis, UDEC, PLAC... 3. Các phương pháp thực nghiệm: trên cơ sở quan sát biến dạng của CTN và điều khiển biến dạng này bằng cách lắp đặt các kết cấu chống. RocSupport thuộc nhóm thứ nhất đó là phương pháp “tương tác khối đá - kết cấu chống” hoặc “hội tụ - giới hạn”. Mỗi phương pháp trên đều có ưu, nhược điểm và giải pháp tốt nhất cho việc thiết kế CTN có thể là sự kết hợp các phương pháp khác nhau ở các giai đoạn khác nhau của quá trình thiết kế. Ví dụ phân tích sơ bộ yêu cầu kết cấu chống tạm thời bao gồm phá huỷ dẻo của khối đá và kết cấu chống linh hoạt có thể giải quyết bằng chương trình RocSupport và Phase2. 4.3.1. Tương tác khối đá - kết cấu chống Phương pháp “tương tác khối đá - kết cấu chống” mô tả biến dạng xuất hiện ở vùng lân cận của gương CTN trong những CTN không chống như trên hình 4.1. Hình 4.1. Biến dạng hướng tâm xung quanh gương CTN (Hoek, 1998) Một điều quan trọng cần chú ý là ngay cả khi gương đào của CTN không chống cũng sinh ra “áp lực kết cấu chống biểu kiến”. Đó chính là áp lực kết cấu chống biểu kiến giữ ổn định cho CTN trong thời gian không chống cho đến khi vỏ chống được lắp đặt. Quan sát áp lực kết cấu chống biểu kiến: - Khi có giá trị bằng ứng suất nguyên sinh (pi = po) tại vị trí khoảng 2,5 lần đường kính CTN tính từ gương CTN vào khối đá. - Bằng 1/4 ứng suất nguyên sinh tại vị trí mặt gương. - Giảm xuống 0 tại vị trí ổn định phía sau gương đào. Phá huỷ dẻo của khối đá xung quanh CTN không có nghĩa là CTN bị sập đổ. Khi vật liệu bị phá huỷ, chúng vẫn có độ bền và hình thành vùng phá huỷ dẻo xung quanh CTN. Nói cách khác, khi vùng dẻo được hình thành lớn và khi biến dạng xuất hiện ở biên CTN lớn, khối đá bị phá huỷ thậm chí bị sập đổ khi CTN không chống. Hình 4.2. Mối quan hệ giữa áp lực kết cấu chống pi ở những điểm khác nhau và tiến độ của CTN (Hoek, 1999a). Chức năng đầu tiên của kết cấu chống là điều khiển biến dạng của khối đá xung quanh CTN để CTN không bị sập đổ. Các kết cấu chống được lắp đặt (như neo, vỏ bê tông phun hoặc khung chống thép...) không thể ngăn cản được phá huỷ của khối đá xung quanh CTN dưới trường ứng suất, nhưng các kết cấu chống có thể điều khiển được quy luật biến dạng của CTN (Hoek và nnk, 1995). 4.3.2. Đường đặc tính khối đá Chương trình RocSupport sử dụng phương pháp phân tích “tương tác khối đá - kết cấu chống”, đó là sử dụng “đường đặc tính của khối đá” liên hệ với áp lực kết cấu chống ban đầu cho công trình ngầm. Nội dung cơ bản của đường đặc tính khối đá như sau: Giả sử đường hầm có tiết diện ngang hình tròn bán kính r0, chịu áp lực thuỷ ...