Đánh giá ảnh hưởng của mức độ bất đẳng hướng của môi trường đá đến trạng thái ứng suất - Biến dạng xung quanh đường hầm đặt sâu

Bài báo "Đánh giá ảnh hưởng của mức độ bất đẳng hướng của môi trường đá đến trạng thái ứng suất - Biến dạng xung quanh đường hầm đặt sâu" trình bày các phân tích trường ứng suất - biến dạng xung quanh một hầm tròn đặt sâu trong môi trường đá đẳng hướng ngang và bão hòa nước. Ảnh hưởng qua lại của các hiện tượng cơ học và thủy học trong địa vật liệu được tính đến thông qua một mô hình ứng xử kết hợp thủy - cơ đàn hồi. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá ảnh hưởng của mức độ bất đẳng hướng của môi trường đá đến trạng thái ứng suất - Biến dạng xung quanh đường hầm đặt sâu 44 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA MỨC ĐỘ BẤT ĐẲNG HƢỚNG CỦA MÔI TRƢỜNG ĐÁ ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG XUNG QUANH ĐƢỜNG HẦM ĐẶT SÂU Trần Nam Hƣng*, Nguyễn Thị Thu Nga, Phạm Đức Tiệp Học viện Kỹ thuật Quân sự Tóm tắt o n y tr n y p ân tí trường ứng suất - bi n dạng xung quanh m t hầm tròn ặt sâu tron m trườn ẳn ư n n n v ão ò nư c. Ản ưởng qua lại của các hiện tư n ọc và thủy họ tron ịa v t liệu ư tín n thông qua m t mô hình ứng xử k t h p thủy - n ồ ể tín n qu tr n o ầm, m t bài toán hai chi u bi n dạng phẳn n giản ư c thực hiện tron tín n hiệu ứng củ ư n o ối v i trạng thái ứng suất - bi n dạng xung quanh hầm. Các tính toán dựa tr n p ư n p p p ần tử hữu hạn v i các mức bất ẳn ư ng khác nhau cả v ọc và thủy học của v t liệu. Các k t quả phân tích chỉ ra rằng, các tham số n ư m un Young, m un c t, hệ số Poisson và hệ số thấm của v t liệu bất ẳn ư ng ản ưởng l n n sự phân bố ứng suất và bi n dạng xung quanh hầm, v o ảnh ưởn n sự ổn ịnh của vách hầm. Từ khóa: Hầm tròn, bất ẳn ớng, hội tụ - khống chế hội tụ, ng xử kết h p thủy - cơ, p ơn pháp phần tử hữu hạn. 1. Đặt vấn đề C ường hầm, lỗ o oặc lỗ k o n ặt sâu ư i mặt ất t ườn ư c sử dụng trong nhi u ứng dụn ịa kỹ thu t n ư l tron xây ựng công trình ngầm, xây dựn ường ống cấp thoát nư c và tuynen kỹ thu t, trong khai thác mỏ, khai thác dầu k í, k t ịa nhiệt hoặc xây dựng côn tr n lưu trữ ở tần ịa chất sâu v.v... Việc phân tích trạng thái ứng suất - bi n dạn xun qu n ường hầm không chống hoặc xung quanh m t lỗ o ịa kỹ thu t phục vụ cho việ n sự ổn ịnh của vách trong quá tr n o ũn n ư o ịn ư ng tính toán k t cấu chống. Các tần ịa chất sâu n un u thể hiện mứ k n ồng nhất và bất ẳn ư ng ở m t mứ n o (L m v Vutukur , 1978, Am , 1983) C loạ trầm tí v n chất là các ví dụ ển n H n nữa, trong các lỗ rỗng củ n ũn t ườn ư n ầy hoặc m t phần bở nư K , tín to n ứng suất và bi n dạn xun qu n ường hầm/lỗ o dựa trên giả thi t m trườn k , ồng nhất v ẳn ư ng có thể sẽ dẫn n những k t quả k n ín x trầm tích có cấu tạo dạng phân phi n ư c b t gặp khá nhi u trong thực t xây dựn n tr n ịa kỹ thu t. Các phi n ư c liên k t v i nhau bởi các mặt không liên tục (còn gọi là mặt phẳng y u) và sự hiện diện của các mặt không liên tục này làm cho ứng xử học và thủy lực củ ất ẳn ư ng (Amadei, 1983). Cụ thể l , cứn v thấm của môi trường trên mặt phẳng y u t ườn l ẳn ư ng và l n n so v p ư n vu n v i nó. Loạ n y ư c x p vào l p v t liệu ẳn ư n n n , n ĩ l v t liệu có m t mặt phẳng * Ngày nhận bài: 20/02/2022; Ngày phản biện: 30/3/2022; Ngày chấp nhận n : / / * Tác giả liên hệ: Email: tranhung@lqdtu.edu.vn . 45 m tr n ứng xử l ẳn ư ng và khác v i ứng xử t o p ư n vu n v i nó. Ứng suất và bi n dạng trong khố xun qu n n tr n , l n y, p ụ thu c mạnh vào th nằm và ư ng của phân l p (Hefny và Lo, 1999; Tonon và Amadei, 2002). Bài báo này t p trung nghiên cứu trạng thái ứng suất - bi n dạng xung quanh m t công trình ển hình là m t ường hầm ti t diện tròn không chốn ặt sâu. Hầm ư c gọ l ặt sâu k sâu ặt hầm l n n 10 lần ường kính của nó. 2. Mô tả bài toán và cơ sở lý thuyết 2.1. Mô tả bài toán Nghiên cứu m t ường hầm không chống ti t diện tròn bán kính r0 ặt sâu ư o tron m trườn ẳn ư ng ngang bão hòa (Hình 1). Trục của hầm song song v i trục z của hệ trục tọ -các vuông góc và mặt c t ngang của hầm nằm trong mặt phẳng x-y ũn l mặt phẳng bất ẳn ư ng củ m trường. Do hầm ư oở sâu l n nên có thể o n ư ầm ư ặt tron m trường vô hạn v trường ứng suất n ầu ồng nhất. T m v o , trụ ối xứn n hồi của v t liệu nghiêng m t góc β so v i m t p ư n ủa các ứng suất chính tác dụng ở vô cùng mà các thành phần ứng suất tổn t o p ư n t ẳn ứng và nằm ngang lần lư t là  vff ,  hff  K0 vff tron K0 là hệ số áp lự n , n ư m n ọa trên hình 1a. Áp lự nư c lỗ rỗng n ầu ở vô cùng là pff tron k tại vách hầm áp lự nư c lỗ rỗng là p0. Bằng việc bi n ổi tọ , quay hệ ứng suất chính m t góc β, bài toán xem xét có thể ư c nghiên cứu trong hệ trục tọ của các trụ ối xứn n ồi v i các thành phần ứng suất p ặt ở vô cùng là σv, σh, τvh (H n 1 ) V ường hầm có chi u dài l n n n u kiện của bài toán bi n dạng phẳn ư c áp dụng dọc theo trục của hầm. (a) (b) Hình 1. Hầm sâu được đào trong môi trường đẳng hướng ngang với trục đối xứng đàn hồi nghiêng góc β với ứng suất chính ban đầu (a). Bài toán tương đương sau khi quay một góc β (b). Qu tr n o ường hầm sẽ gây ra m t sự tái phân bố ứng suất và bi n dạng của khối xun qu n ũn n ư n t n òn t ấm chảy v p í ường hầm. Nghiên cứu qu tr n o ầm thực chất phải dựa trên m t bài toán 3 chi u. M t trong nhữn p ư n p p n n ứu sự o ường hầm dựa trên m t m n n ản hóa 2 chi u bi n dạng phẳng mà vẫn tín n ư c ản ưởng 3 chi u củ ư n o n các mặt c t phía s u v p í trư n l p ư n p p hội tụ - khống chế hội tụ nổi ti ng (Carranza-Torres, 2000; Vũ T ị Thùy Giang, 2012). Trong nghiên cứu n y, ể mô phỏn qu tr n o ường hầm chúng tôi dự tr n p ư n pháp hội tụ - khống chế hội tụ v i tỷ lệ giải phóng ứng suất t o xuất của Hook (Carranza- Torres, 2000): 46 ...