Mô phỏng đá rơi đá lăn bằng phương pháp phần tử rời rạc

Đá rơi, đá lăn (rockfall) là hiện tượng một khối đá tách rời khỏi vách dốc đứng hoặc gần dốc đứng do trượt, lật hoặc đổ, dịch chuyển xuống sườn dốc bằng hình thức rơi tự do, bật nảy theo quỹ đạo hoặc lăn trên sườn dốc. Bài viết Mô phỏng đá rơi đá lăn bằng phương pháp phần tử rời rạc trình bày việc sử dụng DEM để mô phỏng một trường hợp đá rơi cụ thể.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng đá rơi đá lăn bằng phương pháp phần tử rời rạc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 MÔ PHỎNG ĐÁ RƠI ĐÁ LĂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC Nguyễn Quang Tuấn Trường Đại học Thủy lợi, email: nqtuan@tlu.edu.vn1. GIỚI THIỆU CHUNG 2. MÔ PHỎNG ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC Đá rơi, đá lăn (rockfall) là hiện tượng mộtkhối đá tách rời khỏi vách dốc đứng hoặc gần Theo sự phát triển của phương pháp phầndốc đứng do trượt, lật hoặc đổ, dịch chuyển tử rời rạc (DEM), một số nghiên cứu đã ápxuống sườn dốc bằng hình thức rơi tự do, bật dụng DEM trong mô phỏng đá rơi với mụcnảy theo quỹ đạo hoặc lăn trên sườn dốc[1]. đích chính là xác định vùng ảnh hưởng và tácCùng các dạng trượt lở đất khác, đá rơi là động của hiện tượng đá rơi, đá lăn [5-7].hiện tượng thường xuyên xảy ra ở các vùng Trong nghiên cứu này, mô hình bài toán đámiền núi, đặc biệt vào mùa mưa. Hiện tượng rơi, đá lăn được mô phỏng bằng phần mềmnày cũng có thể xảy khi thực hiện các công PFC2D. Các phần tử hình tròn được liên kếttrình đào như đường giao thông, bờ mỏ khai với nhau tại các điểm tiếp xúc để biểu diễnthác lộ liên. Vận tốc dịch chuyển lớn và năng vật liệu liên tục là đá và bê tông. Gắn kếtlượng mà các khối đá mang tới thường gây ra song song (parrallel bond) được sử dụng đểthiệt hại cho kết cấu công trình, phương tiệnvà đặc biệt gây thương vong với con người. mô phỏng liên kết giữa các hạt phần tử. Sự Khi nghiên cứu hiện tượng này cần xác định phá hủy đá có thể được mô phỏng khi liên kếtphạm vi dịch chuyển của đá rơi, đồng thời cần bond bị phá vỡ. Các phần tử wall được dùngxác định tác động của đá rơi lăn tới kết cấu để mô tả bề mặt địa hình.công trình, đặc biệt tác động lên kết cấu chắn Cũng trong nghiên cứu này, khối đá bịđỡ trên đường đá dịch chuyển. Để dự báo trượt được mô tả là một khối đá nứt nẻ. Cácđược các đặc điểm trên, chúng ta có nhiều khe nứt được mô phỏng dựa trên đặc điểm nứtphương pháp mô phỏng tính toán khác nhau. nẻ mô tả tại hiện trường sử dụng mô đun DFN Có nhiều phương pháp mô phỏng, tính toán (Discrete Fracture Network) để tạo ra các kheđá rơi đá lăn, đã được tổng hợp đánh giá bởi nứt phẳng (flat joints). Mô hình Smooth JointVolkwein và cộng sự (2011) [2] và sau đó khái được gán cho các khe nứt. Sự có mặt các khequát lại khá đầy đủ bởi Leine và cộng sự (2014) nứt phân bố rời rạc sẽ làm khối đá trượt bị[3]. Có thể chia thành 2 nhóm như sau: phân chia thành từng mảnh tách rời. - Mô phỏng bằng các mô hình toán học,trong đó có 2 mô hình phổ biến là mô hình 3. ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ NGHIÊN CỨUkhối gộp (lumped mass model) và mô hình Vị trí nghiên cứu là đoạn đường cao tốcvật thể cứng (rigid body model). Hạ Long - Vân Đồn từ km18+980 đến - Mô phỏng bằng mô hình số, sử dụng km19+120, thuộc địa phận huyện Hoành Bồ,phương pháp phần tử rời rạc (Discrete tỉnh Quảng Ninh. Điểm xảy ra trượt lở làElement Method, viết tắt là DEM) [4]. sườn núi đá vôi có độ dốc lớn, một phần phía Bài báo này trình bày việc sử dụng DEM dưới chân sườn dốc bị đào cắt do quá trìnhđể mô phỏng một trường hợp đá rơi cụ thể. làm đường cao tốc (Hình 1). 169Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 Về điều kiện địa chất công trình: theo bản các phần tử wall. Khối đá trượt lở được môđồ địa chất, tại điểm nghiên cứu là đá vôi phỏng bằng tập hợp các hạt tròn có liên kếtthuộc Hệ tầng Cát Bà (C1cb). Đá vôi có màu song song (parrallel bond). Đặc điểm nứt nẻxám bị phong hóa vừa, đôi chỗ bị phong hóa của đá được mô phỏng bằng DFN như trongmạnh màu nâu vàng, có chỗ lẫn đất. Đặc biệt, Hình 3 với số khe nứt trên 1m chiều dàivị trí này nằm trong đới phá hủy kiến tạo của P10 = 1, góc dốc các khe nứt phân bố ngẫumột đứt gãy theo phương Đông - Tây, làm nhiên từ 0o đến 90o, độ dài khe nứt từ 5 đếncho đá bị nứt nẻ mạnh, bị chia cắt bởi nhiều 20m và phân bố theo quy luật hàm mũ, môkhe nứt có kích thước khác nhau, đá bị phân hình smooth joint được gán cho các khe nứt.khối mạnh đến rất mạnh, nhiều tảng đá ở vị ...