Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu sự ổn định khoang hầm trong môi trường đá nứt nẻ bằng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục

Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu sự ổn định khoang hầm trong môi trường đá nứt nẻ bằng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục mục đích xây dựng mô hình, thuật toán và chương trình để xác định các trường chuyển dịch, ứng suất và biến dạng của khối đá theo thời gian xung quanh khoang hầm trong môi trường biến dạng không liên tục. Thông qua các nghiên cứu lý thuyết và các thử nghiệm số trên máy tính, phân tích ảnh hưởng của trạng thái nứt nẻ khối đá đến tính ổn định của kết cấu công trình ngầm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu sự ổn định khoang hầm trong môi trường đá nứt nẻ bằng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Một trong những vấn đề đặt ra cho việc xây dựng công trình ngầm trong đá là nghiên cứu, đánh giá, phân tích ổn định các khoảng trống ngầm, không gian ngầm nhằm có được thiết kế hợp lý về kết cấu chống đỡ, kết cấu công trình và biện pháp thi công. Trong những năm gần đây, để khắc phục những khó khăn của các lời giải giải tích cũng như phương pháp thực nghiệm và thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp số khác nhau. Phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục DDA (Discontinuous Defor mation Analysis) là phương pháp số được sử dụng để phân tích lực tương tác và chuyển dịch khi các khối tiếp xúc với nhau. Đối với mỗi khối, DDA cho phép xác định các chuyển dịch, biến dạng ở mỗi bước thời gian; đối với toàn bộ hệ các khối thì cho phép mô phỏng quá trình tiếp xúc, tương tác giữa các khối. Với các lí do trên, đề tài nghiên cứu của luận án được chọn là “Nghiên cứu sự ổn định khoang hầm trong môi trường đá nứt nẻ bằng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục”. 2. Mục đích, nội dung, phƣơng pháp, phạm vi nghiên cứu của luận án  Mục đích của luận án Xây dựng mô hình, thuật toán và chương trình để xác định các trường chuyển dịch, ứng suất và biến dạng của khối đá theo thời gian xung quanh khoang hầm trong môi trường biến dạng không liên tục. Thông qua các nghiên cứu lý thuyết và các thử nghiệm số trên máy tính, phân tích ảnh hưởng của trạng thái nứt nẻ khối đá đến tính ổn định của kết cấu công trình ngầm.  Nội dung nghiên cứu của luận án 2 1. Tìm hiểu và sử dụng phương pháp Phân tích biến dạng không liên tục DDA. 2. Xây dựng mô hình tính và thuật toán cùng việc thiết lập chương trình tính toán chuyển dịch, biến dạng và ứng suất theo DDA. 3. Tiến hành một số tính toán, thử nghiệm số phân tích chuyển dịch của khối đá nứt nẻ xung quanh khoang hầm và sự tiếp xúc, tương tác giữa công trình ngầm với môi trường đá nứt nẻ.  Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm số trên máy tính.  Phạm vi nghiên cứu của luận án Xét mô hình tính là các bài toán phẳng trong môi trường không liên tục. 3. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của luận án bao gồm phần mở đầu, bốn chương và phần kết luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo và phụ lục. Nội dung luận án gồm 120 trang, 19 bảng biểu, 92 hình vẽ và đồ thị, 27 tài liệu tham khảo, 05 bài báo khoa học phản ánh nội dung của luận án. Phần phụ lục trình bày mã nguồn của các chương trình đã lập trong luận án. CHƢƠNG I TỔNG QUAN Trong chương này đã tiến hành tổng quan các nghiên cứu về sự ổn định khối đá xung quanh khoang hầm và một số phương pháp số áp dụng trong môi trường không liên tục. Ứng dụng nghiên cứu này trong xây dựng công trình ngầm trong môi trường đá nứt nẻ cho phép đánh giá tương tác giữa môi trường và công trình để từ đó có những giải pháp hợp lý giúp cho việc xây dựng an toàn, hiệu quả và chất lượng. Các kết luận rút ra trong chương tổng quan là: 3  Lý thuyết về nghiên cứu ổn định công trình ngầm cũng như áp lực địa tầng tác dụng lên công trình được phát triển rất đa dạng, từ lâu. Bằng các nghiên cứu của mình các nhà khoa học đã có những đóng góp to lớn trong việc xây dựng hệ thống công trình ngầm trong các môi trường khác nhau đặc biệt là môi trường đá nứt nẻ.  Trong việc phân tích ổn định khoang hầm hiện nay có hai phương pháp chủ yếu là: phương pháp giải tích và phương pháp số. Trong đó phương pháp số là phương pháp có thể mô phỏng được điều kiện bài toán gần sát với làm việc thực tế của kết cấu và môi trường. Đối với các bài toán trong môi trường rời, nhóm theo quan điểm mô hình không liên tục có những ưu thế vượt trội so với nhóm theo quan điểm môi trường liên tục. Phương pháp phân tích biến dạng không liên tục DDA là một trong những phương pháp số nghiên cứu các bài toán cơ học biến dạng không liên tục, đặc biệt được áp dụng có hiệu quả trong các bài toán về cơ học đá. CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG KHÔNG LIÊN TỤC (DDA) 2.1 Phƣơng pháp DDA và quá trình phát triển Phương pháp DDA nghiên cứu tính toán chuyển dịch, ứng suất và biến dạng các khối trong môi trường không liên tục; trong đó chú trọng nhất vào việc nghiên cứu tiếp xúc và tương tác giữa các khối với nhau trong cơ hệ. Phân tích biến dạng không liên tục do G.H Shi và R.E. Goodman [20],[21]giới thiệu vào những năm 1984, 1985. Tuy nhiên, DDA chính thức trở thành phương pháp được mọi người biết đến năm 1988 [22]. Mặc dù các tài liệu về DDA khá phổ biến trên các mạng thông 4 tin nhưng các phần mềm ứng dụng lại ít được giới thiệu. Tại Việt Nam, DDA còn ít được nghiên cứu và giới thiệu trong các chương trình giảng dạy cũng như các nghiên cứu, báo cáo khoa học. 2.2 Nội dung cơ bản của phƣơng pháp DDA 2.2.1 Chuyển dịch và biến dạng của khối đơn Xét cơ hệ trong hệ tọa độ Descartes xOy , trong trường hợp tổng quát của bài toán phẳng, trạng thái chuyển động của khối được xác định bởi 3 thành phần: hai thành phần chuyển động tịnh tiến u, v và một thành phần chuyển động quay r ; trạng thái biến dạng gồm 3 thành phần: hai thành phần biến dạng thẳng  x ,  y và một thành phần biến dạng góc  xy . Như vậy, chuyển vị (u, v) tại một điểm bất kỳ có tọa độ (x, y) của khối có thể được biểu diễn qua 6 thành phần chuyển vị và biến dạng (u 0 v0 r0 x y  xy ) tại một điểm xác định (xo,yo) thuộc khối. Trong đó: (u 0 , v0 ) là chuyển vị tại một điểm cụ thể (x 0 , y0 ) của khối; r0 là góc quay của khối với tâm quay tại (x 0 , y0 ) ;  x ,  y ,  xy là biến dạng thẳng và biến dạng góc của khối. Bằng việc biểu diễn chuyển dịch (u,v) tại một điểm bất kỳ (x,y) của khối bởi đa thức bậc nhất. Sau khi biến đổi ta có công thức xác định chuyển dịch (u,v) tại một điểm bất kỳ (x,y) qua 6 thành phần chuyển vị và biến dạng (u 0 v0 r0 x y  xy ) tại một điểm xác định (xo,yo) thuộc khối dưới dạng ma trận như sau: u    ...