Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm xây dựng được các mô hình số 2D, 3D cho phép nghiên cứu phân tích dự báo ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn; đánh giá được mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận dựa trên các số liệu đo đạc thực tế tại một số dự án và kết quả nghiên cứu trên mô hình số 2D, 3D và tìm ra một số quy luật thực nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm.
Trang 1ĐẶNG VĂN KIÊN
ĐẶNG VĂN KIÊN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN
KHI THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐẾN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN
Chuyên Ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình ngầm
Mã số : 9580204
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT rọng Hùng
Hà Nội - 2018
Trang 2Khoa Xây dựng Trường Đại học Mỏ-Địa chất
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS.NGND Võ Trọng Hùng
Phản biện 1 : GS.TS Đỗ Như Tráng
Phản biện 2 : GS.TS Nhữ Văn Bách
Phản biện 3 : TS Cao Chu Quang
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường
tại Trường Đại học Mỏ-Địa chất
(Theo Quyết định số 1001/QĐ-MĐC ngày 14 tháng 08 năm 2018 của
Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ-Địa chất)
Vào hồi … giờ….ngày…….tháng … năm 2018
Có thể tìm hiểu Luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Trường Đại học Mỏ-Địa chất
Trang 3MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của luận án
Trong thời gian qua rất nhiều các dự án hầm dân dụng lớn được đào mới hoặc đào mở rộng trong đó hầm mới đào gần đường hầm cũ với kết cấu vỏ hầm cần được bảo vệ tránh phá hủy như hầm Cổ Mã, hầm Hải Vân… Phương pháp thi công được lựa chọn là khoan nổ mìn do đào trong đá cứng như granite, trong khi khoảng cách giữa hầm đào mới và hầm cũ tồn tại lân cận nhỏ: với hầm Cổ Mã cách hầm đường sắt số 24 khoảng 47m; hầm Hải Vân, hầm mới cách hầm lánh nạn 30m Do vậy, vấn đề đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi đào hầm đến kết cấu đường hầm cũ lân cận là hết sức cần thiết và cấp bách Mặc dù thực tế sản xuất đặt ra những yêu cầu cấp bách cần tiến phải tiến hành các nghiên cứu đánh giá, áp dụng các giải pháp nhằm giảm thiếu tối đa những ảnh hưởng tiêu cực của chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình ngầm lân cận, xong hiện nay vấn đề đó vẫn chưa được quan tâm đúng mức, chưa có một công trình khoa học chuyên sâu về chấn động nổ mìn đối với các công trình ngầm dân dụng Các tiêu chuẩn thiết kế, thi công các Quy phạm hiện hành của nước ta chưa chú nhiều nhiều đến vấn đề này, đặc biệt là những quy định cụ thể cho kết cấu công trình ngầm lân cận với vụ nổ Trên thế giới, hướng nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của công trình ngầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu và đã có một số kết quả nhất định Một số tiêu chuẩn của một số nước cũng đã đề cập chi tiết
và đưa ra những ngưỡng cụ thể để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình ngầm lân cận như CH Liên bang Đức, Trung Quốc Qua đó cho thấy, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình ngầm lân cận là hết sức cần thiết và cấp bách Do vậy để đáp ứng được yêu cầu cấp bách ở trên tác giả đã lựa chọn luận án với tiêu
đề “Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu công trình
ngầm lân cận”
2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm:
- Xây dựng được các mô hình số 2D, 3D cho phép nghiên cứu phân tích dự báo ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn;
- Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận dựa trên các số liệu đo đạc thực tế tại một số dự án và kết quả nghiên cứu trên mô hình
số 2D, 3D;
- Tìm ra một số quy luật thực nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm;
Trang 43 Đối tượng nghiên cứu của luận án
- Ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến vỏ hầm của hầm cũ lân cận;
- Kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận với đường hầm mới được thi công bằng phương pháp khoan
nổ mìn;
4 Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu như sau:
- Phương pháp nghiên cứu phân tích tổng hợp: tiến hành thu thập các số liệu đo đạc thực tế tại các dự án hầm thuộc phạm vi nghiên cứu của luận án;
- Phương pháp đo đạc thực nghiệm: thí nghiệm trên các mẫu đá thu được tại hiện trường;
- Phương pháp số: xây dựng các mô hình số đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn trên mặt phẳng
đi qua gương hầm (2D) và dọc trục đường hầm (3D)
5 Phạm vi nghiên cứu của luận án:
- Môi trường đất đá là đồng nhất, đẳng hướng, chưa xem xét đến sự ảnh hưởng của khe nứt và mặt phân cách trong khối đá đến kết quả nghiên cứu;
- Liên kết giữa vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm cũ lân cận với khối đá là liên kết cứng liên tục Lớp vỏ chống bê tông liền khối được giả thiết như lớp lát hàn bám chặt vào đất đá và cùng dao động với đất đá
6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
- Ý nghĩa khoa học của luận án: các kết quả nghiên cứu mới của luận án sẽ góp phần làm cơ sở
lý luận cho việc đánh giá chấn động nổ mìn khi thi công các đường hầm dân dụng;
- Ý nghĩa thực tiễn của luận án: các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ phục vụ cho các công tác thiết kế, công tác thi công đường hầm nhằm giảm thiểu sự ảnh hưởng bất lợi của sóng nổ mìn đến kết cấu của các đường hầm lân cận
7 Những điểm mới của luận án: Kết quả luận án đạt được các điểm mới sau đây:
(1) Thực hiện thí nghiệm động SHPB và mô phỏng số để xác định các thông số động của khối đá,
và vỏ chống; tìm ra các mối quan hệ giữa ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng theo thời gian của kết cấu chống giữ dưới tác dụng của tải trọng động giống như áp lực nổ mìn trên thực tế;
(2) Xây dựng các công thức kinh nghiệm xác định giá trị PPV và lượng thuốc nổ nạp lớn nhất khi nổ mìn thi công đường hầm; chỉ ra mối quan hệ giữa RMR của khối đá, mức độ chấn động đến vỏ chống bê tông đường hầm lân cận tại hầm Croix-Rousse; xây dựng các công thức thực nghiệm xác định giá trị PPV phụ thuộc vào RMR;
(3) Xây dựng, kiểm chứng mô hình số hai chiều 2D, ba chiều 3D; khảo sát các thông số của các mô hình và tìm ra giá trị hệ số giảm chấn phù hợp bằng 5,0 %; xác định giá trị PPV tỉ lệ nghịch với hệ
Trang 5số giảm chấn của khối đá; xác định chiều dài mô hình hợp lý; chỉ ra các vùng phá hủy của vỏ chống đường hầm cũ; tìm ra các công thức thực nghiệm dự báo giá trị PPV cho các vị trí trong vỏ chống đường hầm cũ; đề xuất phương pháp xem xét mức độ chấn động của nổ mìn thi công đường hầm mới đến trạng thái của khối đá và kết cấu chống giữ bê tông của đường hầm cũ lân cận
8 Cấu trúc luận án: Luận án có kết cấu gồm 5 chương với nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan về ảnh hưởng của chấn động nổ mìn thi công đường hầm đến kết cấu chống công
trình ngầm lân cận;
Chương 2: Lý thuyết về truyền sóng trong môi trường đất đá và phương pháp xác định sự ảnh
hưởng của sóng nổ mìn lên kết cấu đường hầm lân cận;
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm bằng phương
pháp khoan nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận bằng phương pháp đo đạc hiện trường;
Chương 4: Nghiên cứu các thông số động của khối đá và vỏ chống;
Chương 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm bằng phương
pháp khoan nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận bằng phương pháp số;
9 Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu của luận án, luận án trình bầy trong 5 chương và 03
Phụ lục, kết luận, hướng nghiên cứu tiếp theo, các công trình đã công bố, danh sách tài liệu tham khảo với nội dung chính trình bầy trong 147 trang đánh máy khổ A4 gồm 135 hình vẽ, 34 bảng Các kết quả chính của luận án đã được công bố trên 24 bài báo trên các tạp chí trong nước, quốc
tế và kỷ yếu hội nghị quốc tế và trong nước, trong đó có 01 bài báo thuộc danh mục ISI và nhiều bài được đăng tải trên trang DOI uy tín
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN ĐẾN
CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN 1.1.Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình ngầm lân cận và các thông số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn
1.2.Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về hướng nghiên cứu của luận án
Từ kết quả nghiên cứu trên đây, có thể rút ra một số nhận xét sau:
➢ Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý tương đương rất khó sử dụng khi nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn Phương pháp mô hình
số và phương pháp đo đạc hiện trường đang được sử dụng rất phổ biến và cho kết quả tin cậy Do
đó, luận án chọn sử dụng kết hợp hai phương pháp trên để nghiên cứu
Trang 6➢ Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận khi đào đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn ở Việt Nam chưa được chú ý nhiều trong khi có rất nhiều các dự án hầm lớn của Việt Nam cần đánh giá ảnh hưởng chấn động nổ mìn
➢ Các nghiên cứu chủ yếu mới chỉ chú ý xem xét sự ảnh hưởng đối với các đường hầm quân
sự (công sự) đặt trên mặt đất hoặc gần mặt đất Tải trọng được đề cập chủ yếu là do áp lực nổ của bom đạn trên mặt đất hoặc bom đạn nổ trong môi trường đất đá gần đường hầm và kích nổ một lần Các nghiên cứu đối với các công trình ngầm dân dụng hầu như chưa được chú ý
➢ Việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của đặc tính không đồng nhất của môi trường đất đá, đặc tính
áp lực nổ mìn, phương pháp mô phỏng áp lực nổ, khoảng cách giữa hai đường hầm, loại liên kết giữa đất đá và kết cấu chống giữ đến kết quả mô hình ít được chú ý Đa số các khảo sát mô hình số hiện nay mới chỉ thực hiện thông qua các mô hình số hai chiều 2D, trong khi với với toán đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn với mô hình 2D không thể hiện hết được phần năng lượng bị hấp thụ Vì vậy, mô hình 3D nên nghiên cứu sử dụng cho phù hợp với điều kiện thực tế;
➢ Trong thời gian qua, một số ít các tác giả đã phát triển mô hình 3 chiều 3D bằng các phương pháp khác nhau (phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên, phương pháp phần tử rời rạc, ) Tuy vậy, các kết quả hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc xem xét sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến phần vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm lân cận trong phạm vi mặt cắt ngang trùng với mặt cắt đi qua gương đường hầm mới;
➢ Các kết quả nghiên cứu đến nay mới dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến phần vỏ chống của đường hầm lận cận nằm trong cùng mặt phẳng với gương đường hầm mới (chủ yếu mô phỏng trên mô hình số 2D) Việc đánh giá mức độ chấn động của miền vỏ chống
bê tông phía trước, phía sau mặt phẳng chứa gương đường hầm mới (dọc trục hầm) hầu như chưa được chú ý do sự phức tạp của mô hình 3D và thời gian chạy mô hình
1.5 Những vấn đề tập trung nghiên cứu của luận án
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu Chương 1, hướng nghiên cứu chính của luận án là nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến vỏ chống bê tông của đường hầm cũ lân cận khi đào đường hầm mới bằng phương pháp khoan nổ mìn theo hướng dọc trục đường hầm Hình 1.1 với
sơ đồ nghiên cứu của luận án thể hiện trên Hình 1.2.`
Trang 7Hình 1.1 Ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đào hầm đến các công trình lân cận
Hình 1.2 Sơ đồ thể hiện các bước nghiên cứu của luận án
Các bước nghiên cứu chính gồm:
➢ Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận bằng phương pháp đo đạc hiện trường tại dự án đường hầm Croix-Rousse, Lyon:
➢ Nghiên cứu các thông số động học của khối đá và vỏ chống thông qua thí nghiệm động học SHPB trên các mẫu đá để xác định làm dữ liệu đầu vào cho các mô hình số;
➢ Xây dựng, kiểm chứng và khảo sát thông số mô hình số thông qua mô hình hai chiều (2D ) và
ba chiều (3D) theo trình tự sau đây:
Trang 8 Xây dựng, kiểm tra kích thước lưới, kiểm chứng độ hội tụ của các mô hình số hai chiều 2D và
ba chiều 3D bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm Abaqus
Khảo sát sự ảnh hưởng của tính chất cơ lý của khối đá và vỏ chống (bao gồm các thông số chủ yếu như mô đun đàn hồi động, hệ số giảm chấn, mô hình phá hủy vật liệu ) đến kết quả của mô hình;
Khảo sát sự ảnh hưởng của khoảng cách và vị trí đường hầm (thay đổi khoảng cách đường hầm) để tìm ra giá trị khoảng cách tối thiểu cho phép nhằm đảm bảo an toàn cho vỏ chống cố định của đường hầm cũ; ảnh hưởng của mô hình áp lực nổ;
➢ Sử dụng chỉ số phá hủy nổ mìn “BDI” để dự báo mức độ phá hủy của khối đá và kết cấu đường hầm lân cận thông qua việc sử dụng kết quả của mô hình số đã xây dựng và đã được kiểm chứng
1.6 Kết luận Chương 1
Trong Chương 1 đã tiến hành nghiên cứu tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về sự ảnh hưởng của chấn động gây ra do nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận Trong đó, đặc biệt nhấn mạnh về vai trò quan trọng của các phương pháp đo thực nghiệm tại hiện trường và các phương pháp nghiên cứu số cho quá trình nghiên cứu bài toán Nội dung Chương 1 đã đưa ra những nhận xét về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về hướng nghiên cứu, những điểm còn tồn tại của vấn đề nghiên cứu, trên cơ
sở đó đề xuất những vấn đề nghiên cứu chính của luận án
CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN SÓNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT ĐÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ LÊN KẾT CẤU
ĐƯỜNG HẦM LÂN CẬN 2.1 Các loại sóng chấn động gây ra do nổ mìn đào hầm và đặc tính của chúng
Khi nổ mìn đào hầm, áp suất rất lớn tại vị trí nổ tạo ra sóng xung kích trên bề mặt phân cách môi trường và lượng nổ Sự lan truyền của sóng xung kích gắn liền với sự tổn thất năng lượng, do đó trên thực tế, đối với lượng nổ thông thường người ta thấy rằng vùng lan truyền của sóng xung kích chỉ xảy ra trong phạm vi (57) lần bán kính vùng nổ [5] Trong phạm vi ngoài sóng xung kính là sóng nén, sóng nén là nhiễu động không đàn hồi của môi trường, các tham số của
nó biến thiên một cách từ từ, tốc độ lan truyền của sóng bằng tốc độ âm của môi trường nghiên cứu
Trang 9hưởng 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
Trang 10Hình 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
Trang 11+ PPV theo phương nằm ngang:
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 PPVvà tỉ lệ lượng nạp 𝑆𝑐 = 𝑛√𝑄𝐷 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 PPVvà 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):
PPV = 8, 214 × Q / D , (3.3)
0186 , 1
Trang 123.2.3 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
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
Trang 13Hình 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):
10 ln RMR + 5.1
+ 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)[0,0367𝑅𝑀𝑅0,9236]; (3.11)
➢ Khi H>0: 𝑃𝑃𝑉 = [0,00005x𝑅𝑀𝑅4,4823](𝐷/√𝑄)[ 0,0173x𝑅𝑀𝑅1,1472] (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
Trang 14CHƯƠNG 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
4.6 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 = (𝜌𝐶𝑆20) =(2351,8 × 13252) = 4,129𝐺𝑃𝑎 Biến dạng của thanh tới được thể hiện trên Hình 4.5