Đang tải... (xem toàn văn)
1.Áp lực mỏ a, Khái niệm chung về áp lực Từ các kết quả phân tích và đo đạc thực tế về các quá trình biến đổi cơ học trong khối đá xung quanh công trình ngầm cho thấy sau khi khai đào có thể xảy ra hai trường hợp sau: • Mặc dù có những biến đổi cơ học, khối đá vẫn ổn định (không có biến đổi đáng kể về hình dạng, kích thước) hoặc ổn định trong thời gian cần sử dụng khoảng trống. Như vậy trong trường hợp này, khối đá được coi là ổn định và không đòi hỏi phải sử dụng các giải pháp chống giữ; • Khối đá mất ổn định, trong khối đá có thể hình thành các vùng phá huỷ, vùng dẻo cục bộ hoặc khép kín xung quanh khoảng trống, có thể xuất hiện dịch chuyển, biến dạng lớn theo thời gian cũng như có thể đồng thời xảy ra hai hiện tượng đó. Trong trường hợp này, để đảm bảo sử dụng khoảng trống bình thường trong khoảng thời gian cần thiết cũng như để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, cần thết phải áp dụng các giải pháp chống giữ hoặc gia cố khối đá; Để lựa chọn được biện pháp chống giữ hợp lý, tối ưu được kích thước của khung vỏ chống phải xác định được tải trọng cũng như ngoại lực tác dụng lên khung vỏ chống. Có nhiều loại ngoại lực tác dụng lên khung vỏ chống, tuy nhiên vỏ chống nào cũng chịu tải trọng do khối đá xung quanh khoảng trống gây ra. Loại tải trọng này gọi là áp lực đất đá hay áp lực địa tầng. Hiện nay chưa có định nghĩa nào cho thuật ngữ áp lực địa tầng hay áp lực mỏ (áp lực đất đá) được thừa nhận một cách rộng rãi. Có tác giả cho rằng “áp lực mỏ là những lực xuất hiện xung quanh các đường lò và khi có những lực này muốn cho đường lò không bị biến dạng phải xây dựng vỏ chống”. Song cũng có tác giả lại cho rằng: “áp lực đất đá là những lực xuất hiện trong vỏ trái đất do sự phá huỷ nhân tạo trạng thái cân bằng ứng suất ban đầu và trạng thái phân bố ứng suất”. Song tất cả mọi quan niệm đều hàm chung một ý: áp lực đất đá là một loại lực tác dụng lên công trình xuất phát từ sự biến dạng của đất đá khi đào các khoảng trống dưới ngầm để xây dựng công trình. ở đây áp lực được hiểu theo nghĩa là tải trọng tác dụng lên khung vỏ chống do những điều kiện biến đổi cơ học khối đá xung quanh khoảng trống gây ra. Các phương pháp nghiên cứu, dự báo áp lực gồm: phương pháp lý thuyết, phương pháp kinh nghiệm và phương pháp đo đạc. • Phương pháp lý thuyết được xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm hoặc nhận thức của các nhà khoa học trên cơ sở thí nghiệm và quan sát ngoài hiện trường, các mô hình phân tích, tính toán lý thuyết các quá trình biến đổi cơ học trong khối đá để rồi từ đó cho phép tính được áp lực đá. Dựa vào bản chất vật lý của mô hình khối đá được xét đến có thể chia các giả thuyết thành hai nhóm là nhóm các giả thuyết áp lực đá với mô hình khối đá là môi trường rời và các giả thuyết áp lực đá với mô hình khối đá là môi trường liên tục. • Phương pháp kinh nghiệm: dựa vào kinh nghiệm thi công, quan sát thực tế kết hợp với kết quả đo đạc, các khối đá được phân loại thành nhiều nhóm theo các chỉ tiêu khác nhau. Tương ứng với mỗi nhóm khối đá, các tác giả đề xuất các biện pháp thi công phù hợp cũng như cho các thông tin về áp lực đá có thể xuất hiện hoặc các biểu thức tính áp lực đá. • Phương pháp đo đạc: xác định áp lực đá bằng đo đạc nhằm điều chỉnh các số liệu dự báo theo lý thuyết và kinh nghiệm được thực hiện trong quá trình thi công xây dựng công trình ngầm. Đó là việc làm cần thiết và các kết quả đo thu được phần nào phản ánh thực tế đúng đắn hơn so với các phương pháp khác.
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất BÀI TIỂU LUẬN Đề tài : Những hiểu biết anh chị hình thành áp lực đất đá xung quanh đường lò Môn : Cơ Học Đá Giáo viên giảng dạy : Ts Trần Tuấn Minh Sinh viên : Phạm Văn Quyết MSSV : 1421040228 Lớp: Khai thác C , K59 1.Áp lực mỏ a, Khái niệm chung áp lực Từ kết phân tích đo đạc thực tế trình biến đổi học khối đá xung quanh công trình ngầm cho thấy sau khai đào xảy hai trường hợp sau: • Mặc dù có biến đổi học, khối đá ổn định (không có biến đổi đáng kể hình dạng, kích thước) ổn định thời gian cần sử dụng khoảng trống Như trường hợp này, khối đá coi ổn định không đòi hỏi phải sử dụng giải pháp chống giữ; • Khối đá ổn định, khối đá hình thành vùng phá huỷ, vùng dẻo cục khép kín xung quanh khoảng trống, xuất dịch chuyển, biến dạng lớn theo thời gian đồng thời xảy hai tượng Trong trường hợp này, để đảm bảo sử dụng khoảng trống bình thường khoảng thời gian cần thiết để đảm bảo an toàn cho người thiết bị, cần thết phải áp dụng giải pháp chống giữ gia cố khối đá; Để lựa chọn biện pháp chống giữ hợp lý, tối ưu kích thước khung vỏ chống phải xác định tải trọng ngoại lực tác dụng lên khung vỏ chống Có nhiều loại ngoại lực tác dụng lên khung vỏ chống, nhiên vỏ chống chịu tải trọng khối đá xung quanh khoảng trống gây Loại tải trọng gọi áp lực đất đá hay áp lực địa tầng Hiện chưa có định nghĩa cho thuật ngữ áp lực địa tầng hay áp lực mỏ (áp lực đất đá) thừa nhận cách rộng rãi Có tác giả cho “áp lực mỏ lực xuất xung quanh đường lò có lực muốn cho đường lò không bị biến dạng phải xây dựng vỏ chống” Song có tác giả lại cho rằng: “áp lực đất đá lực xuất vỏ trái đất phá huỷ nhân tạo trạng thái cân ứng suất ban đầu trạng thái phân bố ứng suất” Song tất quan niệm hàm chung ý: áp lực đất đá loại lực tác dụng lên công trình xuất phát từ biến dạng đất đá đào khoảng trống ngầm để xây dựng công trình áp lực hiểu theo nghĩa tải trọng tác dụng lên khung vỏ chống điều kiện biến đổi học khối đá xung quanh khoảng trống gây Các phương pháp nghiên cứu, dự báo áp lực gồm: phương pháp lý thuyết, phương pháp kinh nghiệm phương pháp đo đạc • Phương pháp lý thuyết xây dựng sở kinh nghiệm nhận thức nhà khoa học sở thí nghiệm quan sát trường, mô hình phân tích, tính toán lý thuyết trình biến đổi học khối đá để từ cho phép tính áp lực đá Dựa vào chất vật lý mô hình khối đá xét đến chia giả thuyết thành hai nhóm nhóm giả thuyết áp lực đá với mô hình khối đá môi trường rời giả thuyết áp lực đá với mô hình khối đá môi trường liên tục • Phương pháp kinh nghiệm: dựa vào kinh nghiệm thi công, quan sát thực tế kết hợp với kết đo đạc, khối đá phân loại thành nhiều nhóm theo tiêu khác Tương ứng với nhóm khối đá, tác giả đề xuất biện pháp thi công phù hợp cho thông tin áp lực đá xuất biểu thức tính áp lực đá • Phương pháp đo đạc: xác định áp lực đá đo đạc nhằm điều chỉnh số liệu dự báo theo lý thuyết kinh nghiệm thực trình thi công xây dựng công trình ngầm Đó việc làm cần thiết kết đo thu phần phản ánh thực tế đắn so với phương pháp khác Đặc tính suất áp lực đất đá: Khi đào khoảng trống ngầm, trạng thái cân ban đầu (trạng thái cân tự nhiên) bị phá hoại, hình thành phân bố lại ứng suất đất đá xung quanh khoảng trống Trên mặt lộ chưa chống lực bề mặt (không có phản lực) đất đá tự biến dạng vào lòng khoảng trống Như ứng suất theo phương vuông góc với mặt lộ giảm nhiều so với độ lớn tự nhiên ban đầu Nói chung ứng suất nén vùng giảm dần tới không chuyển sang ứng suất kéo Đất đá chịu kéo yếu nên dễ bị phá hoại gây áp lực lên công trình Độ lớn ứng suất đứng vùng giảm gọi vùng thoát căng ứng lực Trong việc xác định đặc tính độ lớn áp lực đất đá có nhiều quan niệm khác nhau, chẳng hạn vấn đề ảnh hưởng độ sâu tới trị số áp lực Có quan nniệm cho độ sâu không ảnh hưởng (Protodiaconov, Tximbarevic, Engesser, Ritter ), có quan niệm cho có ảnh hưởng (Xavin, Morgaiepxki, Liberman, Labax, Rupenheit ); có quan điểm cho độ sâu định (tùy thuộc vào tính chất đất đá) áp lực lớn dần theo độ sâu; độ sâu lớn hơn, áp lực không ảnh hưởng (Bierbaumier, Terzaghi); ngược lại có quan niệm cho độ sâu định (hàng trăm mét) áp lực bị ảnh hưởng, nông, áp lực không bị ảnh hưởng độ sâu Đất đá môi trường phức tạp khó có quan niệm thống trình học xảy Đặc tính xuất độ lớn áp lực mỏ phụ thuộc vào hình dạng kích thước công trình, tính chất lý đất đá, đặc điểm kiến tạo, góc nghiêng lớp, phương pháp đào chống giữ công trình áp lực đối xứng không đối xứng so với tiết diện ngang công trình P T¶i träng ®éng a Pmax Pod O t1 t2 c b t Hình Quá trình phát triển áp lực mỏ Phân tích áp lực đất đá a Áp lực Giả thuyết giáo sư Prôtôđiakônôv Bằng quan sát nghiên cứu phòng thí nghiệm thực địa, tác giả thấy đào đường lò vào đất đá, đặc biệt đất đá mềm yếu bở rời (loại đá có lực ma sát mà lực dính kết có yếu), mà đường lò không chống giữ thấy đất đá lò bị rạn nứt sụt lở theo dạng hình vòm Chỉ vòm đạt tới trạng thái cân sụp lở ngừng Vòm lò mà ứng với đất đá không sụp lở gọi vòm cân tự nhiên Nghĩa phần tử đất đá nằm đường cong đường cong trạng thái cân ổn định, phần đất đá nằm vòm bị sụp lở gọi vòm phá huỷ P= γ.H x P.x T x b R M(x,y) B A 2a y Hình Sơ đồ tính áp lực Prôtôđiakônôp Theo kết phân tích Prôtôđiacônôv ,vòm áp lực có dạng parabol , biểu diễn theo phương trình sau : x2 y= a f (1.1) Trong : a – nửa chiều rộng khoảng trống ; f – hệ số ma sát đất đá phía đất đá rời, f góc ma sát đất cát tụt lở phía ) Tuy nhiên, thực tế đất đá môi trường rời cát mô hình Prôtôđiakônốp nên f sử dụng tính toán lấy hệ số độ kiên cố đất đá Do tính toán sau thường lấy f hệ số độ kiên cố đất đá khu vực công trình ngầm đào qua Như vậy, phương trình đường cong vòm phương trình đường cong Parabol Đồng thời tác giả chứng minh chiều cao vòm cân b = a f (1.2) vòm có dự trữ bền lớn Từ biểu thức (2) ta thấy vòm áp lực phụ thuộc vào chiều rộng khoảng trống (a) tính chất học đá ( f ) Tính áp lực tập chung cho đơn vị chiều dài khoảng trống ta có : a gγ Qn = f (1.3) Trong đó: Qn - áp lực tập trung phía γ- dung trọng đất đá phía T/m3; a- chiều rộng đường lò đào, m; f- Hệ số kiên cố đất đá lò Giả thuyết sử dụng rộng rãi ngành mỏ số nước giới tính chất đơn giản sử dụng hợp lý lò đào vào vùng đất đá mà đất đá lò không ổn định, đất đá hông lò tương đối bền vững, không tượng sụt lở Nhược điểm giả thuyết chưa tính đến độ sâu bố trí công trình kết cấu chống Giả thuyết Tsimbarêvich Giả thuyết dùng để tính áp lực lò đào vào đất đá mà đất đá hông lò ổn định (bở rời, mềm yếu) Trong trường hợp vòm phá huỷ mở rộng cao thêm tải trọng lớn Theo giáo sư Tsimbarêvich, tính gần tải trọng mét chiều dài đường lò xác định theo công thức Hình Giả thuyết Tximbarevich Qn = 2a.b1.γ, T/m Trong đó: (2.1) 2a- Chiều rộng đường lò đào, m; b- Chiều cao vòm cân mở rộng; b1 = a1 , f (2.2) f- Hệ số kiên cố đất đá lò • a1- Nửa chiều rộng vòm cân mở rộng, a tính theo công thức : 90 + ϕ , a1 = a + h cot g h : chiều cao khoảng trống (2.3) ; ϕ : góc ma sát ảo đất đá , giá trị lớn giá trị gốc ma sát trong mô hình Prôtôđiakônôp môi trường lúc đất đá có góc ma sát ϕ lực dính kết c • Áp lực phân bố nóc: q n = γ b1 ,T/m2 (2.4) Từ ta xác định đất đá theo công thức sau : 900 − φ 2 3( a + htg ) − a 2a Qn = γ 900 − φ 3f (a + htg ) (2.5) Giả thuyết phù hợp để tính áp lực tác dụng lên lò đào lò vào đất đá tơi vụn, không liên kết mềm yếu hông Nhược điểm giả thuyết giống nhược điểm giả thuyết Protodiakonop chưa kể đến chiều sâu bố trí công trình 3 Giả thuyết Bierbaumier Giả thuyết dùng để tính toán áp lực với đường lò nằm gần mặt đất Trong thực tế phải thi công xây dựng công trình ngầm nằm gần mặt đất đường hầm xuyên qua núi thấp, đoạn cửa lò mở vỉa cho mỏ Trong trường hợp áp lực đất đá trọng lượng khối đất đá bị phá huỷ nằm vòm Prabol mà toàn trọng lượng khối đất đá lò IKCD trừ hai lực ma sát sinh hai bên thành IC KD Như áp lực lò tính theo công thức: Hình Giả thuyết Bierbaumier Qn= G - 2.Fms (3.1) Qn= G - 2D.tgϕ (3.2) Trong đó: tgϕ - Hệ số ma sát đất đá ; ϕ - Góc ma sát đất đá ; G - Trọng lượng khối đất đá CIKD ; Xét 1m dọc theo chiều dài đường lò, G tính theo công thức: G = 2a.γ.H, T/m (3.3) Ta tính áp lực tập trung cho đơn vị chiều dài khoảng trống theo biểu thức sau : H 900 − ϕ tgϕ , Qn = 2aγH 1 − tg 2a T/m (3.4) Từ công thức (3.4) nhận thấy đến độ sâu Q n nhận giá trị nhỏ không Điều không hợp lý Vì vậy, cần tìm chiều sâu bố trí công trình để áp lực đất đá Qn ≥ 0, hay nói cách khác tìm chiều sâu giới hạn để sử dụng công thức (3.4) hợp lý Chiều sâu giới hạn Hgh tìm cách cho Qn=0, từ Hgh xác định theo công thức: H gh = 2a 90 − ϕ .tgϕ tg ,(m ) (3.5) Vậy với đường lò bố trí độ sâu H< H gh sử dụng công thức (12) để tính áp lực nóc, đường lò độ sâu H ≥ H gh sử dụng công thức tác giả khác để tính toán Giả thuyết Terzaghi Quan niệm Terzaghi giống Bierbaumer, nhiên ông xét cho trường hợp tổng quát với hệ số áp lực ngang λ Xét lớp có chiều dày dz (phân tố dz) độ sâu z Với giả thiết P0 lực mặt tác dụng lên bề mặt khối đá Các thành phần lực tác dụng lên phân tố dz gồm có: 2.a.σz - Lực thẳng đứng mặt cắt z; (σz + dσz).2a - Lực thẳng đứng mặt cắt (z + dz); 2a.γ.dz - Trọng lượng phân tố dz tính cho đơn vị độ dài công trình; σx.dz - áp lực theo phương nằm ngang, với σx = λ.σz; τ.dz - Lực chống trượt; với C lực dính kết ta có: τ = σ x tgϕ + C = λ.σ z tgϕ + C (4.1) Phân tố trạng thái cân tĩnh, có phương trình sau: σ z 2a − ( σ z + dσ z ).2a + 2a.γ.dz − 2( λ.σ z tgϕ + C ) dz = (4.2) Từ có: dσ z dz = a a.γ − λ.σ z tgϕ − C (4.3) Tích phân hai vế (15) với điều kiện biên σz = P0 z = 0, được: − λ z tgϕ − λ z tgϕ a.γ − C σz = − e a + p e a λ.tgϕ z P0 2a.γ dz (σ z+dσ z).2a dz σ x.dz σ z.2a H τ dz h C D B A 2a Hình5 Giả thuyết Terzaghi (4.4) Như áp lực theo phương thẳng đứng lên phân tố dz tính cho đơn vị chiều dài đường lò là: − λ H tgϕ − λ H tgϕ 2a ( a.γ − C ) Qn = − e a + p e a λ.tgϕ (4.5) Nếu mặt đất p0=0 khối đá môi trường rời (C=0) ta có: − λ H tgϕ 2a γ a Qn = − e λ.tgϕ (4.6) Với 90 − ϕ + sin ϕ λ = tg = − sin ϕ (4.7) độ sâu lớn (H >> a) ta có: 2a γ Qn = λ.tgϕ (4.8) Áp lực đất đá lò nghiêng Khi tính áp lực lò nghiêng, ta sử dụng công thức tính tính áp lực lò bằng, song cần ý toàn tải trọng phân thành hai thành phần Thành phần nén vuông góc với trục đường lò nghiêng tải trọng tác dụng vào vỏ chống (ký hiệu N) tính theo công thức: N = Qn.cosα, T/m (5.1) Thành phần lực T có khuynh hướng kéo đổ chống theo độ dốc đường lò tính theo công thức: T = Qn.sinα, T/m (5.2) Tα Qn N α Hình áp lực lò nghiêng Trong đó: α - Góc nghiêng đường lò, độ; Qn - áp lực tính theo công thức lò bằng, T/m Như vậy, tính toán chống lò nghiêng ta tính với thành phần N Để khắc phục lực T, chống lò nghiêng phải đánh văng, kích thước văng phụ thuộc vào giá trị T Khi đường lò có góc nghiêng α ≥ 750, ta tính áp lực tính áp lực giếng đứng Áp lực sườn Giả thuyết Tximbarêvic Như biết, đào đường lò vào đất đá mềm yếu xuất áp lực lò có áp lực hai bên hông lò để tính áp lực hông lò ta coi hông lò tường chắn đất áp lực hông lò tính toán tương tự tính áp lực chủ động tác dụng lên tường chắn bên có tải trọng phân bố Khi có áp lực hông, vòm phá huỷ A’O’B’ Lăng trụ trượt tam giác (m) bên có tải trọng phân bố phần vòm phá huỷ (n) Tuy nhiên để đơn giản tính toán, ta xem tải trọng phân bố lấy toàn khối đất đá AA’EF có chiều cao b chiều rộng AA’ Nửa chiều rộng vòm cân tính theo công thức (2.3), chiều cao vòm cân tính theo công thức sau: E F , I K B B b1 O n , A , h m A 2a 2a Hình Áp lực sườn theo giả thuyết Tximbarevic b1 = a1 = f a + h cot g 90 + ϕ f ,m (6.1.1) Biểu đồ áp lực phân bố hai bên hông lò có dạng hình thang Cường độ áp lực ngang mức lò q1h lò q h2 Giả thiết đất đá lò hông lò đồng có trọng lượng thể tích γ q 1h q h2 tính theo công thức: 90 − ϕ , q 1h = γ b1tg q h2 = γ ( b1 + h ) tg T/m2 90 − ϕ (6.1.2) , T/m2 (6.1.3) Vậy áp lực hông tác dụng lên m chiều dài đường lò: Qh = q 1h + q h2 γ h.( 2b1 + h ) 90 − ϕ h = tg 2 , T/m (6.1.4) Nếu đất đá lò hông lò không đồng nhất, trọng lượng thể tích đất đá lò γ1, hông lò γ ta phải thay b1 công thức chiều cao quy đổi h0 để tính toán: h0 = γ b1 ,m γ (6.1.5) 2.Áp lực sườn lò nghiêng Để tính áp lực sườn lò nghiêng, sử dụng công thức lò Tuy nhiên chiều cao cột đất đá phá huỷ bên hông lò lớn chiều cao đường lò (h’>h) nên ta phải thay h=h’ vào công thức để tính toán: h’=h/cosα, (6.2.1) α- góc nghiêng đường lo α h' h α Hình áp lực sườn lò nghiêng Áp lực Khi đào đường lò vào đất đá mà đất đá lò mềm yếu, sau thời gian, lò bị nâng cao so với mức lò đào Hiện tượng gọi tượng bùng Hiện tượng bùng xảy nguyên nhân sau: • Đất đá lò đất đá sét gặp nước bị trương nở thể tích; • Do phản ứng số khoáng vật tạo đá với nước ngầm; • Ứng suất xung quanh đường lò sau đào lớn giới hạn đàn hồi đất đá lò làm cho đất đá biến dạng dẻo h b1 Theo tác giả Tximbarevic nguyên nhân gây bùng đất đá bên hông lò bị phá huỷ tạo thành cột đất đá nén xuống mặt phẳng AC tạo khối lăng trụ trượt tam giác ABC tác dụng vào tường chắn AB (tường chắn giả định) gây áp lực chủ động Q n Qn tác dụng vào tường chắn làm cho lăng trụ tam giác ABE bị đẩy vào đường lò hay nói cách khác, khối đất đá nằm lăng trụ tam giác ABE tác dụng lên tường chắn AB phản lực R n (áp lực bị động) Như vậy, trồi lên lăng trụ ABE gây lên tượng bùng Nếu lò trạng thái cân bằng, nghĩa tượng bùng Rn= Qn Nhưng có áp lực lò nên Qn>Rn Hiệu số Qn Rn gây áp lực A E x C B 2a 2a G Hình Sơ đồ phân tích áp lực theo Tximbarevic Tác giả rút công thức tính áp lực lò: N = D0 tg 90 − ϕ , T/m áp lực tác dụng lên chống: Trong đó: (7.1) D0 = Qn - Rn Qn = (7.2) γx0 ( x0 + H ) tg 90 − ϕ (7.3) H = b1 + h (7.4) x 02 90 + ϕ Rn = tg 2 (7.5) D0 = 0 γx ( x0 + H ) tg 90 − ϕ − γH tg 90 − ϕ 2 2 (7.6) Để xác định Do phải biết đựơc x0 Xét trạng thái cân nghĩa Rn= Qn, từ tính chiều sâu đất đá x theo công thức: 90 − ϕ x0 = 90 − ϕ , − tg H 1tg m (7.7) ϕ - Góc ma sát đất đá lò Trường hợp đất đá có trọng lượng thể tích γ1, đất đá hông có trọng lượng thể tích γ2, đất đá có trọng lượng thể tích γ ta phải thay H1 chiều cao quy đổi H0 để tính: H0 = γ b1 + γ h γ ,m (7.8) Để thấy rõ công thức tính áp lực ta chứng minh sau: Ta phân tích lực T0 thành thành phần Thành phần lực 90 − ϕ T0 = D0 cos làm cho tam giác trồi ABE trồi theo mặt BE thành phần lực pháp tuyến N = D0 sin 90 − ϕ gây lên lực ma sát mặt trượt BE Lực ma sát tính công thức: Fms = N tgϕ = D0 sin 90 − ϕ tgϕ (7.9) Như vậy, thực lực T = T o- Fms (*) làm cho khối lăng trụ trồi tam giác ABE trồi theo mặt BE áp lực theo phương thẳng đứng lăng trụ trồi nên lực T chiếu lên phương thẳng đứng N/2 Vậy áp lực nền: 90 − ϕ N = 2T sin Thay giá trị To Fms vào biểu thức biến đổi, ta nhận công thức tính áp lực Áp lực đất đá chỗ công trình giao gần • Tại ngã ba với α ≤ 60° ngã tư công trình ngầm giao nhau, chiều rộng để tính áp lực cho hình a, b là: L=(1,2 ÷ 1,5)l = (1,2÷1,5).2a/sin( α ) • Tại chỗ ngã ba có α>60° hình c : 2a1 L=(1,2÷1,5)(l1 + l2) =(1,2÷1,5)( sin β + 2a2 sin β ) Từ chiều cao vòm phá hủy chẳng hạn tính theo L là: b1 = L f 9.Áp lực công trình thẳng đứng Công trình có góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang α > 15° coi công trình thẳng đứng : Việc tính toán áp lực lên vỏ chống dựa theo sở lý thuyết tường chắn đất Áp lực tác dụng lên khung, vỏ chống áp lực chủ động xác định gần cho toàn chiều dài giếng : ϕ qs = γ ×z.tg (45° − ) Trong : γ – dung trọng trung bình khối đá xung quanh giếng; φ – góc ma sát ‘’ ảo’’ trung bình; z- độ sâu kể từ mặt đất Tsimbarevich xác định áp lực dựa vào lý thuyết tường chắn đất Tuy nhiên khác với giả thuyết Prôtôđiakônốp ,ở áp lực đất đá tính cho lớp đất ,đá riêng biệt Đồng thời tính tác giả xem lớp đất đá phía gây áp lực phân bố lên lớp đất đá phía Ta có công thức tính áp lực cho đất đá thứ n : q Z SN n −1 n −1 φ = 0, 75.∑ γ i hi + ∑ γ i hi +( z − ∑ hi )γ n tg (450 − n ) i =1 i=4 i =1 Với γ i , hi , ϕi -dung trọng , chiều dày góc ma sát lớp đất đá thứ i, cách tính này, biểu đồ phân bố áp lực lên khung vỏ chống phụ thuộc vào tính chất học loại đất đá trường hợp cụ thể 10 Phương pháp đường đặc tính khối đá sơ đồ tính toán áp lực cho đường hầm gần mặt đất Năm 1952 Matveev (Liên Xô cũ) Morh (Đức) đồng thời đưa phân tích biểu đồ tác động tương hỗ khối đá khung ,vỏ chống dựa vào “đường đặc tính khối đá” Hiện phương pháp áp dụng tương đối phổ biến Đường đặc tính khối đá biểu diễn mối quan hệ phản lực q, tác dụng biên công trình ngầm sau khai đào ( hay áp lực đất đá) chuyển dịch biên Rõ ràng trạng thái nguyên khối , chưa có công trình , phản lực tác dụng lên ‘’ biên giả định’’ công trình ngầm thiết kế ứng suất nguyên sinh Chẳng hạn λ = , ta lấy gần p=q , cho trường hợp giếng đứng q = λγ H = λ p Sau khai đào trình dịch chuyển , biến dạng xảy tuân theo quy luật : phản lực q nhỏ dịch chuyển biên lớn, Phương trình đặc trưng cho mối quan hệ biến dạng : UR(q)= U0 + U1(q) 11 Phân bố áp lực với dịch chuyển đất đá địa tầng Chiều dài đoạn sập đổ tự nhiên theo A.A Borisov Trong :ξ - hệ số khả sập đổ lò chợ (lò chợ sập đổ liên tiếp) với đất đá thông thường ξ = 0,7 – 0,9; α - góc nghiêng lớp địa tầng, độ σp - độ bền giới hạn kéo đất đá lò, thực tế: σp = 0,1λσn Tài liệu tham khảo: • Giáo trình Cơ học đá khối đá( TS Trần Tuấn Minh) • Cơ học đá( GS.TS Nguyễn Quang Phích) • Cơ học đá ( Võ Trọng Phùng ) XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! [...]... văng, kích thước của văng phụ thuộc vào giá trị của T Khi đường lò có góc nghiêng α ≥ 750, ta tính áp lực như tính áp lực ở giếng đứng 6 Áp lực sườn 1 Giả thuyết của Tximbarêvic Như chúng ta đã biết, khi đào một đường lò vào đất đá mềm yếu thì ngoài sự xuất hiện áp lực nóc lò còn có áp lực ở hai bên hông lò ở đây để tính áp lực ở hông lò ta coi hông lò như một tường chắn đất áp lực ở hông lò được tính... nguyên nhân sau: • Đất đá ở nền lò là đất đá sét khi gặp nước bị trương nở thể tích; • Do phản ứng của một số khoáng vật tạo đá với nước ngầm; • Ứng suất ở xung quanh đường lò sau khi đào lớn hơn giới hạn đàn hồi của đất đá ở nền lò làm cho đất đá biến dạng dẻo h b1 Theo tác giả Tximbarevic thì nguyên nhân gây bùng nền là do đất đá ở bên hông và nóc lò bị phá huỷ tạo thành một cột đất đá nén xuống mặt... công thức như ở lò bằng Tuy nhiên chiều cao cột đất đá phá huỷ bên hông lò lớn hơn chiều cao đường lò (h’>h) nên ta phải thay h=h’ vào các công thức trên để tính toán: h’=h/cosα, (6.2.1) α- góc nghiêng của đường lo α h' h α Hình 8 áp lực sườn ở lò nghiêng 7 Áp lực nền Khi đào đường lò vào trong đất đá mà đất đá nền lò mềm yếu, sau một thời gian, nền lò bị nâng cao hơn so với mức nền lò khi mới đào Hiện... Thành phần lực T có khuynh hướng kéo đổ vì chống theo độ dốc của đường lò được tính theo công thức: T = Qn.sinα, T/m (5.2) Tα Qn N α Hình 6 áp lực nóc ở lò nghiêng Trong đ : α - Góc nghiêng của đường lò, độ; Qn - áp lực nóc tính theo công thức của lò bằng, T/m Như vậy, khi tính toán vì chống ở lò nghiêng ta chỉ tính với thành phần N Để khắc phục lực T, giữa các vì chống ở lò nghiêng phải đánh văng,... (6.1.3) Vậy áp lực hông tác dụng lên 1 m chiều dài đường l : Qh = q 1h + q h2 γ h.( 2b1 + h ) 2 90 0 − ϕ h = tg 2 2 2 , T/m (6.1.4) Nếu đất đá ở nóc lò và hông lò không đồng nhất, trọng lượng thể tích của đất đá nóc lò là γ1, hông lò là γ thì ta phải thay b1 trong các công thức trên bằng chiều cao quy đổi h0 để tính toán: h0 = γ b1 ,m γ (6.1.5) 2 .Áp lực sườn lò nghiêng Để tính áp lực ở sườn lò nghiêng,... ta c : 2a 2 γ Qn = λ.tgϕ (4.8) 5 Áp lực đất đá ở nóc lò nghiêng Khi tính áp lực trên nóc lò nghiêng, ta cũng sử dụng các công thức tính như khi tính áp lực nóc lò bằng, song cần chú ý là toàn bộ tải trọng đó được phân thành hai thành phần Thành phần nén vuông góc với trục đường lò nghiêng chính là tải trọng nóc tác dụng vào vỏ chống (ký hiệu N) và được tính theo công thức: N = Qn.cosα, T/m (5.1) Thành. .. thẳng đứng : Việc tính toán áp lực lên vỏ chống dựa theo cơ sở lý thuyết tường chắn đất Áp lực tác dụng lên khung, vỏ chống là áp lực chủ động được xác định gần đúng cho toàn bộ chiều dài giếng là : ϕ qs = γ ×z.tg 2 (45° − ) 2 Trong đó : γ – dung trọng trung bình của khối đá xung quanh giếng; φ – góc ma sát trong ‘’ ảo’’ trung bình; z- độ sâu kể từ mặt đất Tsimbarevich cũng xác định áp lực dựa vào... Tsimbarevich cũng xác định áp lực dựa vào lý thuyết tường chắn đất Tuy nhiên khác với giả thuyết của Prôtôđiakônốp ,ở đây áp lực đất đá được tính cho từng lớp đất ,đá riêng biệt Đồng thời khi tính tác giả xem rằng các lớp đất đá ở phía trên gây ra áp lực phân bố đều lên các lớp đất đá phía dưới Ta có công thức tính áp lực cho đất đá thứ n là : q Z SN 3 n −1 n −1 φ = 0, 75.∑ γ i hi + ∑ γ i hi +( z... trong của lớp đất đá thứ i, bằng cách tính như này, biểu đồ phân bố áp lực lên khung vỏ chống phụ thuộc vào tính chất cơ học của từng loại đất đá trong từng trường hợp cụ thể 10 Phương pháp đường đặc tính khối đá và sơ đồ tính toán áp lực cho đường hầm gần mặt đất Năm 1952 Matveev (Liên Xô cũ) và Morh (Đức) đồng thời đưa ra phân tích biểu đồ tác động tương hỗ giữa khối đá và khung ,vỏ chống dựa vào đường. .. thức sau: E F , I K B B b1 O n , A , h m A 2a 2a 1 Hình 7 Áp lực sườn theo giả thuyết của Tximbarevic b1 = a1 = f a + h cot g 90 0 + ϕ 2 f ,m (6.1.1) Biểu đồ áp lực phân bố ở hai bên hông lò có dạng hình thang Cường độ áp lực ở ngang mức nóc lò là q1h và nền lò là q h2 Giả thiết rằng đất đá ở nóc lò và hông lò đồng nhất và có cùng trọng lượng thể tích là γ thì q 1h và q h2 tính theo công thức: 90