Giáo trình Tin học chuyên ngành: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT TRONG
THIẾT KẾ KẾT CẦU CHỐNG CƠNG TRÌNH NGẦM
4.1. KHÁI QT CHUNG VỀ CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT
RocSupport là một chương trình dễ sử dụng để xác định biến dạng của đường
hầm tiết diện tròn trong khối đá yếu và đặc tính của khối đá với các kết cấu chống.
Phương pháp phân tích sử dụng trong RocSupport là: “tương tác khối đá - kết cấu
chống” hoặc “Hội tụ - Giới hạn”. Phương pháp phân tích này dựa trên nội dung của:
“đường đặc tính khối đá” hoặc “đường đặc tính” nhận được từ kết quả phân tích cho
cơng trình ngầm (CTN) có tiết diện hình trịn trong khối đá đàn hồi - dẻo dưới tác
dụng của trường ứng suất thuỷ tĩnh.
Các giả thiết chính của phương pháp:
- CTN có tiết diện ngang hình trịn.
- Trường ứng suất ngun sinh là thuỷ tĩnh (ứng suất bằng nhau theo mọi phương).
- Khối đá là đồng nhất, đẳng hướng. Phá huỷ khơng xảy ra theo các hệ khe nứt
chính.
- Kết cấu chống có tính chất đàn hồi dẻo.
- Kết cấu chống được mơ hình hố tương đương với áp lực tác dụng bên trong
xung quanh chu vi đường hầm tròn.
Giả thiết sau cùng trong thực tế cần phải chú ý cẩn thận khi sử dụng, khi so sánh giữa
đường hầm thực tế và kết quả tính tốn sử dụng chương trình RocSupport.
Giả thiết áp lực kết cấu chống như sau:
- Bê tông phun và vỏ bê tông liền khối là khép kín.
- Khung chống thép là hình trịn.
- Neo cơ học được lắp đặt theo mạng đều xung quanh CTN.
Trong thực tế, khả năng làm việc của kết cấu kết cấu chống thường nhỏ hơn và
biến dạng thường lớn hơn những giả thiết trong RocSupport.
Mơ hình lí tưởng sử dụng để phân tích trong RocSupport khơng thể thay thế
cho thiết kế chi tiết và yêu cầu kết cấu chống cho CTN. Thơng thường cơng việc này
được phân tích bằng các phương pháp số (ví dụ: phương pháp phần tử hữu hạn), đặc
biệt là cho những CTN có biến dạng lớn.

Tuy nhiên, có nhiều cách để hiểu về sự tương tác của CTN trong khối đá yếu
với các hệ thống kết cấu chống bằng cách nghiên cứu các thông số khi sử dụng
RocSupport trong trường hợp trạng thái ứng suất nguyên sinh khác nhau, từ đó độ bền
của khối đá và các đặc tính kết cấu chống được tính tốn.
4.2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT
Chương trình có thể áp dụng để tính tốn sơ bộ miền phá hủy dẻo xung quanh
CTN tiết diện tròn và kiến nghị kết cấu chống cho đường hầm. Phương pháp phân tích
tương tác khối đá - kết cấu chống có rất nhiều ưu điểm, nhất là khi sử dụng kết hợp với
các phương pháp tính số để đưa ra cách nhìn rõ ràng hơn về quá trình cơ học của kết
cấu chống và khối đá, có thể làm hướng dẫn cho việc thiết kế kết cấu chống.
4.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT
Mặc dù hiện nay khơng có một quy tắc rõ ràng cho việc thiết kế kết cấu chống
cho đường hầm, nhưng có 3 phương pháp thường được sử dụng hiện nay là:
1. Phương pháp lời giải nghiệm kín trên cơ sở tính tốn miền phá huỷ dẻo trong khối
đá xung quanh CTN và áp lực kết cấu chống cần thiết để giảm vùng biến dạng dẻo.


2. Các phương pháp số: nghiên cứu quá trình phá huỷ khối đá bao quanh CTN và sự
tương tác giữa kết cấu chống tạm thời và cố định với quá trình phá huỷ khối đá
bằng các phần mềm phương pháp số như Phase2, Plaxis, UDEC, PLAC...
3. Các phương pháp thực nghiệm: trên cơ sở quan sát biến dạng của CTN và điều
khiển biến dạng này bằng cách lắp đặt các kết cấu chống.
RocSupport thuộc nhóm thứ nhất đó là phương pháp “tương tác khối đá - kết
cấu chống” hoặc “hội tụ - giới hạn”.
Mỗi phương pháp trên đều có ưu, nhược điểm và giải pháp tốt nhất cho việc
thiết kế CTN có thể là sự kết hợp các phương pháp khác nhau ở các giai đoạn khác
nhau của quá trình thiết kế. Ví dụ phân tích sơ bộ yêu cầu kết cấu chống tạm thời bao
gồm phá huỷ dẻo của khối đá và kết cấu chống linh hoạt có thể giải quyết bằng
chương trình RocSupport và Phase2.
4.3.1. Tương tác khối đá - kết cấu chống

Phương pháp “tương tác khối đá - kết cấu chống” mô tả biến dạng xuất hiện ở
vùng lân cận của gương CTN trong những CTN không chống như trên hình 4.1.

Hình 4.1. Biến dạng hướng tâm xung quanh gương CTN (Hoek, 1998)
Một điều quan trọng cần chú ý là ngay cả khi gương đào của CTN không chống
cũng sinh ra “áp lực kết cấu chống biểu kiến”. Đó chính là áp lực kết cấu chống biểu
kiến giữ ổn định cho CTN trong thời gian không chống cho đến khi vỏ chống được lắp
đặt.
Quan sát áp lực kết cấu chống biểu kiến:
- Khi có giá trị bằng ứng suất nguyên sinh (pi = po) tại vị trí khoảng 2,5 lần
đường kính CTN tính từ gương CTN vào khối đá.
- Bằng 1/4 ứng suất nguyên sinh tại vị trí mặt gương.
- Giảm xuống 0 tại vị trí ổn định phía sau gương đào.
Phá huỷ dẻo của khối đá xung quanh CTN khơng có nghĩa là CTN bị sập đổ. Khi vật
liệu bị phá huỷ, chúng vẫn có độ bền và hình thành vùng phá huỷ dẻo xung quanh
CTN. Nói cách khác, khi vùng dẻo được hình thành lớn và khi biến dạng xuất hiện ở
biên CTN lớn, khối đá bị phá huỷ thậm chí bị sập đổ khi CTN không chống.


Hình 4.2. Mối quan hệ giữa áp lực kết cấu chống pi ở những điểm khác nhau và tiến độ
của CTN (Hoek, 1999a).
Chức năng đầu tiên của kết cấu chống là điều khiển biến dạng của khối đá xung
quanh CTN để CTN không bị sập đổ. Các kết cấu chống được lắp đặt (như neo, vỏ bê
tông phun hoặc khung chống thép...) không thể ngăn cản được phá huỷ của khối đá
xung quanh CTN dưới trường ứng suất, nhưng các kết cấu chống có thể điều khiển
được quy luật biến dạng của CTN (Hoek và nnk, 1995).
4.3.2. Đường đặc tính khối đá
Chương trình RocSupport sử dụng phương pháp
phân tích “tương tác khối đá - kết cấu chống”, đó là sử
dụng “đường đặc tính của khối đá” liên hệ với áp lực kết

cấu chống ban đầu cho cơng trình ngầm. Nội dung cơ bản
của đường đặc tính khối đá như sau:
Giả sử đường hầm có tiết diện ngang hình trịn bán
kính r0, chịu áp lực thuỷ tĩnh p0 và áp lực kết cấu chống
đều bên trong pi, như trên hình vẽ dưới đây:
Khối đá xung quanh đường hầm bị phá huỷ khi áp lực bên trong của vỏ chống
đường hầm nhỏ hơn áp lực tới hạn pcr (áp lực kết cấu chống tiêu chuẩn).
Nếu áp lực kết cấu chống bên trong pi lớn hơn áp lực tới hạn pcr, khi đó khối đá
khơng bị phá huỷ, và đặc tính của khối đá xung quanh đường hầm là đàn hồi. Bán kính
biến dạng đàn hồi vào bên trong đường hầm là:
ro 1   
uie 

E

 po  pi 

Khi pi < pcr phá huỷ xảy ra và xuất hiện vùng biến dạng dẻo có bán kính rp xung
quanh đường hầm. Biến dạng dẻo hướng tâm uip được định nghĩa bằng đường đặc tính
khối đá giữa pi = pcr và pi = 0.
Đường đặc tính khối đá như trên hình 3.3.
Từ hình vẽ cho thấy:
+ Biến dạng bằng 0 khi áp lực kết cấu chống bằng ứng suất thuỷ tĩnh: pi = po
+ Biến dạng đàn hồi uie xảy ra khi:
po > pi > pcr
+ Biến dạng dẻo uip xảy ra khi:
pi < pcr
+ Biến dạng lớn nhất khi áp lực kết cấu chống bằng 0.

Khi biết bán kính đường hầm và ứng suất nguyên sinh, hình dạng đường đặc tính
khối đá phụ thuộc vào giả thuyết tiêu chuẩn phá huỷ khối đá và tính chất của khối đá.
Đường đặc tính khối đá phụ thuộc vào tiêu chuẩn phá huỷ khối đá và các yếu tố
sau:
+ Áp lực kết cấu chống tới hạn pcr
+ Bán kính vùng dẻo rp
+ Hình dạng đường đặc tính khối đá trong vùng dẻo (pi < pcr).
Hai tiêu chuẩn phá hủy được sử dụng trong RocSupport là các tiêu chuẩn phá
huỷ Mohr - Coulomb hoặc Hoek - Brown để phân tích tương tác khối đá - kết cấu
chống.
4.3.3. Đặc tính kết cấu chống
Để có thể phân tích tương tác khối đá - kết cấu chống một cách tốt nhất, phải
xác định được đường đặc tính kết cấu chống. Đường cong này là hàm số của 3 thành
phần sau:
1. Biến dạng của cơng trình ngầm trước khi kết cấu chống được lắp đặt
2. Độ cứng của kết cấu chống
3. Khả năng làm việc của hệ kết cấu chống.

Hình 4.4. Quan hệ giữa đường đặc tính kết cấu chống và biến dạng của CTN tại
điểm cân bằng


Quay trở lại hình 3.1 và chú ý đến biến dạng của gương hầm. Tại mặt gương,
biến dạng đạt xấp xỉ 1/3 tổng biến dạng. Trong chu kỳ đào đó là khe hở giữa biên cơng
trình ngầm và kết cấu kết cấu chống được lắp đặt. Do đó biến dạng vẫn tiếp tục xảy ra
trước khi kết cấu chống làm việc. Tổng biến dạng ban đầu này được gọi là uso như trên
hình 3.4.
Trước tiên, kết cấu chống được lắp đặt trên toàn bộ chu vi của CTN và tiếp xúc
với khối đá, kết cấu chống bắt đầu biến dạng đàn hồi như trên hình 3.4. Biến dạng đàn
hồi lớn nhất có thể được điều chỉnh bởi kết cấu chống là usm và áp lực kết cấu chống

lớn nhất psm của kết cấu chống. Phụ thuộc vào đặc tính của kết cấu chống, đặc tính của
khối đá xung quanh CTN và trường ứng suất nguyên sinh, kết cấu chống sẽ bị biến
dạng đàn hồi để chống lại sự biến dạng của CTN.
4.3.4. Điểm cân bằng kết cấu chống - khối đá
Điểm cân bằng đạt được khi đường đặc tính kết cấu chống cắt đường đặc tính
khối đá trước khi 2 đường này tiến xa. Nếu vỏ chống được lắp đặt q muộn (uso rất
lớn trên hình 3.4), khối đá có thể đã biến dạng quá lớn, làm phá huỷ vật liệu. Hay nói
cách khác, nếu khả năng làm việc của vỏ chống không đảm bảo (p sm rất nhỏ trên hình
4.4), giới hạn đường đặc tính kết cấu chống xuất hiện trước khi cắt đường đặc tính
khối đá. Trong cả 2 trường hợp trên, kết cấu chống sẽ khơng có tác dụng chống lại
biến dạng của khối đá và không đạt được điểm cân bằng như trên hình 4.4.
4.3.5. Đặc tính kết cấu chống
Trong RocSupport, độ cứng và khả năng làm việc của vỏ chống được coi là
biến dạng lớn nhất và áp lực kết cấu chống lớn nhất. Các thơng số này được sử dụng
để phân tích tương tác kết cấu chống - khối đá.
Chú ý rằng: khả năng làm việc của vỏ chống có thể được mơ tả đơn giản tương
đương với áp lực bên trong của CTN. Kết cấu chống bằng neo dính kết hoặc neo cáp
khơng mô tả được ở dạng này. Tuy nhiên, kết quả tính tốn bán kính vùng dẻo có thể
sử dụng như là hướng dẫn cho việc thiết kế chiều dài neo.
Độ cứng và khả năng làm việc của kết cấu chống như neo, khung thép, bê tông
phun hoặc vỏ chống hỗn hợp có thể được xác định từ những mối quan hệ đơn giản đã
được Hoek và Brown công bố (1980) và Hoek tóm tắt lại (1999b). Những thơng số
này được xác định trước khi định nghĩa loại vỏ chống có trong RocSupport.
4.3.6. Lắp đặt vỏ chống
Trong RocSupport, đặc tính biến dạng được sử dụng như trên hình 4.5. Phương
trình đường cong này cho phép người sử dụng đưa các giá trị đầu vào của khoảng cách
từ gương và tính được giá trị biến dạng biên. Trong RocSupport, đường đặc tính biến
dạng cũng có thể do người sử dụng định nghĩa.
Việc xác định biến dạng của CTN trước khi lắp đặt vỏ chống là vấn đề hết sức
phức tạp khi chú ý đến sự phân bố ứng suất 3 chiều, và sự phát triển của phá huỷ xung

quanh gương đào. Chern và nnk (1998) đã đưa ra kết quả thu được từ những phân tích
bằng phương pháp số 3 chiều và từ những kết quả đo đạc được ở các CTN song song.
Hoek (1999a) đã đưa ra đường cong trên hình 4.5 bằng cách lấy kết quả trung bình của
tác giả trên.


Hình 4.5. Biến dạng của CTN là hàm số của khoảng cách từ gương đào
4.4. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ROCSUPPORT
Trong phần này sẽ hướng dẫn người học cách sử dụng chương trình
RocSupport thơng qua việc thực hành các ví dụ tính tốn cụ thể.
4.4.1. Tính tốn kết cấu chống loại 1
Trong ví dụ này sẽ minh hoạ các chức năng cơ bản của RocSupport và sử dụng
phương pháp Duncan Fama để xác định đường đặc tính khối đá. Trước tiên CTN được
phân tích khơng có kết cấu chống, sau đó lắp đặt vỏ chống cho CTN và xác định hệ số
an tồn cho vỏ chống, phân tích theo phương pháp xác định.
- Chức năng mơ hình:
Giả sử CTN có đường kính 12m được xây dựng ở độ sâu 60m trong khối đá có
các thơng số độ bền theo tiêu chuẩn Hoek - Brown: độ bền nén nguyên khối ci = 7
MPa, hằng số mi = 10 và chỉ số độ bền địa chất GSI = 15.
Bắt đầu một dự án mới:
Hãy bắt đầu chương trình RocSupport bằng cách nhấp đúp chuột lên biểu tượng
RocSupport trong thư mục cài
đặt hoặc từ thực đơn Start chọn:
Start

Program

Rocscience  RocSupport 
RocSupport
- Tạo file mới: Bắt đầu tạo ra 1

mơ hình mới:
Chọn: File  New
Khi một file mới được tạo ra,
đường đặc tính khối đá ban đầu
sẽ hiện ra. Đường cong này
được xây dựng trên cơ sở các
thông số đầu vào mặc định trong
chương trình.
Hình 4.9. Đường đặc tính khối đá xác định bằng các thông số mặc định
- Mặt cắt ngang CTN


Để xác định mặt cắt ngang của mơ hình, chọn “Tunnel Section“ từ Toolbar hoặc trình
đơn “Analysis“.
Chọn: Analysis  Tunnel Section
Mặt cắt ngang CTN sẽ hiện ra trên màn hình như sau:
+ Đường kính mặt cắt ngang, vùng dẻo (vùng bóng đen). Kích thước vùng dẻo được
vẽ tỷ lệ với đường kính CTN.
+ Tóm tắt các thơng số đầu vào và ra bằng Textbox, có thể bật hoặc tắt Textbox bằng
cách nhấn chuột phải.
+ Nếu vỏ chống đã được lắp đặt cũng sẽ được hiện ra trên mặt cắt ngang CTN và bán
kính vùng dẻo (cùng vỏ chống) cũng hiện ra trên màn hình.

Hình 4.10. Mặt cắt ngang CTN với các dữ liệu đầu vào (khơng có vỏ chống)
- Thiết lập các điều kiện cho dự án:
Mặc dù chúng ta không cần thiết phải thay đổi các điều kiện cho dự án của ví dụ này,
nhưng hãy xem hộp thoại Project Settings:
Chọn: Analysis  Project Settings

Hình 4.11. Hộp thoại Project Settings

Trong hộp thoại Project Settings bạn có thể nhập vào:
+ Tiêu đề của dự án
+ Lựa chọn phương pháp và kiểu phân tích
+ Vẽ đường cong đặc tính khối đá.


- Các thơng số khối đá và CTN
Đường kính CTN, ứng suất nguyên sinh và các thông số khối đá được định
nghĩa trong lựa chọn Tunnel Parameters, có thể chọn từ Toolbar hoặc thực đơn
Analysis.
Chọn: Analysis  Tunnel Parameters
Trong phân tích xác định, các thơng số của khối đá và CTN sẽ xuất hiện như
hình vẽ 4.12. Vì chúng ta sử dụng phương pháp Duncan Fama trên cơ sở tiêu chuẩn
phá huỷ Mohr - Coulomb nên cần các thông số của khối đá là độ bền nén và góc ma
sát trong.

Hình 4.12. Hộp thoại nhập thơng số khối đá và CTN
+ Bán kính CTN:
Chú ý: phải nhập bán kính CTN chứ khơng phải đường kính CTN trong hộp
thoại Tunnel and Rock Parameters.
Ở ví dụ này đường kính của CTN là 12m, do vậy phải nhập bán kính CTN là 6m.
+ Ứng suất nguyên sinh:
Trong hộp thoại Tunnel and
Rock Parameters cũng có thể nhập vào
ứng suất thuỷ tĩnh nếu như đã biết. Tuy
nhiên, như bạn đã biết trong các cách
nhập dữ liệu vào khác nhau trong
RocSupport, khi nào bạn thấy biểu
tượng “Calculator” trong hộp thoại
nhập dữ liệu, có nghĩa là dữ liệu nhập

vào có thể được xác định từ các thơng
số khác. Chẳng hạn, ứng suất nguyên
sinh có thể được xác định từ chiều
sâu CTN và trọng lượng thể tích của Hình 4.13. Hộp thoại xác định ứng suất nguyên
đá.
sinh
Trong hộp thoại Tunnel and Rock Parameters, chọn biểu tượng Calculator ở bên
phải thông số In-Situ Stress, bạn sẽ thấy hộp thoại xác định ứng suất nguyên sinh như
hình 4.13.


Nhập chiều sâu CTN là 60m, trọng lượng riêng của đá 0,027 MN/m3. Giá trị
ứng suất nguyên sinh 1,62 MPa sẽ hiện ra ở hộp thoại. Chọn <OK> và giá trị này sẽ
được hiện lên ở hộp thoại Tunnel and Rock Parameters.
Ứng suất nguyên sinh được xác định đơn giản bằng tích của chiều sâu đặt CTN và
trọng lượng đơn vị của đá:
po = *H
Trong đó:
po: ứng suất nguyên sinh
: trọng lượng đơn vị của đá
H: chiều sâu đặt CTN.
+ Các thông số khối đá:
Bây giờ hãy nhập các thông số đàn hồi và độ bền của khối đá. Cần nhớ rằng, ở
ví dụ này các đặc tính của khối đá được cho theo các thông số Hoek - Brown. Tuy
nhiên, phương pháp Duncan Fama lại sử dụng tiêu chuẩn phá huỷ Mohr - Coulomb.
Do đó cần tính góc ma sát trong và lực dính kết. Để thực hiện điều này, chọn nút
“Calculate from GSI...” trong hộp thoại Tunnel and Rock Parameters. Nếu bạn chọn
nút này, bạn sẽ thấy hộp thoại như sau:

Hình 4.14. Hộp thoại tính tốn thơng số GSI

Hộp thoại này cho phép bạn xác định các thông số sau của khối đá:
+ Mô đun đàn hồi
+ Độ bền nén
+ Góc ma sát trong.
Bằng cách nhập vào các thông số của Hoek - Brown: GSI, mi, UCS và D. Việc tính
tốn được các thơng số này rất tiện lợi bởi vì mơ đun đàn hồi, độ bền nén và góc ma
sát trong thường là những đại lượng rất khó biết, trong khi đó các thơng số GSI, mi và
UCS thường là biết được. Kết quả tính tốn dựa trên cơ sở các hàm số và phương pháp
được trình bày trong Hoek, Carranza-Torres và Corkum (2002). Bài báo này trình bày
tiêu chuẩn phá huỷ Hoek - Brown, bao gồm cả phương pháp xác định các thông số
Mohr - Coulomb tương ứng từ đường bao phá huỷ Hoek - Brown đã được trình bày
trong chương 1.
Trong hộp thoại tính tốn các thông số, nhập các giá trị sau:
Độ bền nén 1 trục nguyên khối UCS = 7, GSI = 15, mi = 10.
Bạn sẽ thấy các giá trị đầu ra của khối đá là:
+ Mô đun đàn hồi E = 352,817 MPa
+ Độ bền nén đơn trục n = 0,46927 MPa


+ Góc ma sát trong của khối đá  = 25,63940.
Trước khi bạn chọn <OK> chú ý bên cạnh hộp thay đổi dữ liệu là nút “Pick”
. Bất cứ khi nào bạn thấy biểu tượng này hiện ra trong chương trình RocSupport,
có nghĩa là dữ liệu có thể được chọn hoặc tính tốn từ bảng biểu hoặc đồ thị. Hãy xem
ví dụ sau:
Trong hộp thoại tính tốn các thơng số, chọn nút “Pick” bên cạnh hộp giá trị
GSI. Bạn sẽ thấy bảng GSI cho phép xác định giá trị của GSI trên cơ sở cấu trúc đá và
các điều kiện bề mặt khe nứt.

Hình 4.15. Bảng xác định giá trị GSI trong RocSupport. (Hoek, 1998)
Chú ý:

+ Nếu di chuyển chuột trên bảng, giá trị GSI sẽ hiện ra bên cạnh con trỏ tại điểm đó.
+ Nếu nhấp chuột tại bất kỳ điểm nào trên bảng, giá trị GSI sẽ được hiện lên ở hộp giá
trị GSI ở trên bảng GSI.
+ Bạn cũng có thể thay đổi giá trị này nếu cần thiết.
Ý nghĩa và nguồn gốc của chỉ số độ bền địa chất GSI sẽ không được mô tả chi
tiết trong tài liệu này. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng, thơng số GSI khơng cần thiết
phải tuyệt đối chính xác, có thể sử dụng khoảng giá trị của thơng số này trong phân
tích. Để biết thêm thơng tin hãy xem ở tài liệu Hoek và nnk (1995) hoặc Hoek (2004).
Bây giờ chọn nút “Pick” bên cạnh hộp giá trị “Intact Rock Constant mi”, bạn sẽ
thấy hộp thoại hiện ra cho phép bạn chọn giá trị cho mi trên cơ sở loại đá.

Hình 4.16. Hộp thoại lựa chọn giá trị mi
Sử dụng hộp thoại này như sau:
+ Chọn loại đá từ danh sách ở bên trái hộp thoại và giá trị mi tương ứng sẽ tự động
được hiện lên ở ô giá trị của hộp thoại.


+ Nếu muốn, bạn có thể lọc bớt danh sách bằng cách chọn loại đá trong hộp thoại
Checkboxes, sau đó chọn loại đá. Khi đó trên hộp thoại chỉ hiện lên những loại đá theo
yêu cầu của bạn ở trong danh sách.
Sau khi quyết định chọn giá trị mi, chọn nút <OK> trong hộp thoại Pick Mi
Value để đóng lại. Chọn OK trong hộp thoại Parameter Calculator để quay trở về hộp
thoại Tunnel and Rock Parameters.
Chương trình sẽ tự động tính tốn
các giá trị mơ đun đàn hồi, độ bền nén và
góc ma sát trong và hiện ra kết quả trong
hộp thoại Tunnel and Rock Parameters.
Chú ý các phần số thập phân của mỗi thơng
số sẽ được làm trịn.
Tính tốn

Bây giờ chúng ta đã nhập tất cả
những dữ liệu cần thiết trong hộp thoại
Tunnel and Rock Parameters. Để ghi lại
những thơng số vừa nhập và chạy chương
trình tính tốn bạn phải chọn nút Apply.
Tất cả kết quả phân tích cho đường đặc tính khối đá và đường hầm sẽ được thay
đổi bằng những kết quả mới. Đóng hộp thoại bằng cách chọn nút Close hoặc X ở góc
trên bên phải của hộp thoại.
Chú ý rằng bạn phải chọn nút Apply để ghi lại dữ liệu và chạy chương trình phân
tích. Nếu bạn chọn nút Close trước mà không chọn nút Apply, điều này sẽ làm mất tất cả
những dữ liệu mà bạn vừa mới nhập và những dữ liệu ban đầu sẽ khơng thay đổi trên màn
hình.
Phân tích kết quả (chưa có vỏ chống)
Nếu bạn chưa xem được kết quả, hãy đóng của sổ Tunnel Section lại.
Phóng to mơ hình bằng cách chọn chức năng Zoom All hoặc phím F2.
Chọn: View  Tunnel Section  Zoom All
Có thể thấy tóm tắt các thông số được đưa ra trong Project Info Textbox như sau:
+ Bán kính vùng dẻo (khơng có vỏ chống) = 13,8 m
+ Độ hội tụ cuối cùng của CTN = 2%.

Hình 4.17. Kết quả phân tích khơng có vỏ chống
Độ hội tụ của CTN không chống là 2%, do đó CTN này thuộc nhóm B trong
bảng phân loại để xác định sơ bộ kết cấu chống (ở phần phụ lục). Theo bảng phân loại


này, kết cấu chống cho khối đá đang phân tích bao gồm neo và bê tông phun. Xem phụ
lục để biết thêm thơng tin chi tiết.
Đường đặc tính khối đá
Để xem đường cong đặc tính khối đá, chọn Ground Reaction từ thanh công cụ
hoặc từ thực đơn Analysis.

Chọn: Analysis  Ground Reaction

Hình 3.18. Đường cong đặc tính khối đá của ví dụ 1
Theo mặc định, trục X của đường cong đặc tính khối đá biểu diễn độ hội tụ của
CTN (%). Trục X cũng có thể biểu diễn biến dạng của CTN bằng cách nhấn chuột phải
và chọn Display Option hộp thoại mới sẽ xuất hiện như sau:
Chọn Wall Displacement, khi đó trục X sẽ biểu diễn biến dạng của CTN thay vì
biểu diễn độ hội tụ của CTN. Chọn <Apply> <Close>.
Thêm vỏ chống
Bây giờ hãy thêm kết cấu neo để gia cố khối đá và tìm hiểu ảnh hưởng của
chúng lên CTN. Để thêm kết cấu kết cấu chống, chọn Support Parameters từ thanh
công cụ hoặc thực đơn Analysis.
Chọn: Analysis  Support Parameters

Hình 3.19. Hộp thoại các thơng số kết cấu chống
Dựa trên kết quả phân tích cho CTN khơng có vỏ chống, loại vỏ chống nào là
phù hợp cho CTN này?


Như mô tả trong phần phụ lục, độ hội tụ của CTN khơng chống trong ví dụ này
là 2%, thuộc nhóm B. Để giữ ổn định cho CTN có thể sử dụng neo và bê tông phun để
kết cấu chống. Trong ví dụ này, chúng ta sử dụng neo gia cố có đường kính 34mm với
mạng neo 1x1m. Kết cấu chống được lắp đặt
ở khoảng cách 3m tính từ gương đào.
Thêm neo vào mơ hình như sau:
1. Chọn hộp đánh dấu Add Support bên
dưới Rockbolts tab.
2. Sử dụng neo 34mm như mặc định
trong danh sách loại neo
3. Sử dụng mạng neo mặc định =

1x1m.
4. Nhập khoảng cách tới mặt gương =
3m.
5. Chọn nút Apply để ghi lại các thông
số kết cấu chống bạn vừa nhập và
chạy chương trình phân tích.
Hộp thoại sẽ hiện ra như trên hình 3.20. Sau
khi nhập các thông số như trên, nhấn chuột vào <Apply> và <Close>.
Hình 4.20. Các thơng số kết cấu chống neo cho ví dụ 1
Biến dạng và áp lực kết cấu chống lớn nhất
Trước khi đóng hộp thoại Support Parameters, chúng ta xem xét các thơng số
được hiện ra trên màn hình:
+ Những giá trị này không thể thay đổi, chúng được định nghĩa và tính tốn (Hoek,
1999b) trên cơ sở các thông số kết cấu chống vừa chọn.
+ Khi cho trước đường kính CTN, áp lực kết cấu chống lớn nhất phụ thuộc vào loại
kết cấu chống được chọn và khoảng cách giữa các khung chống (đối với khung chống
thép) hoặc khoảng cách trong mạng (đối với mạng neo).
+ Biến dạng lớn nhất chỉ phụ thuộc vào loại kết cấu chống được chọn mà không chịu
ảnh hưởng của khoảng cách giữa các khung chống hay khoảng cách mạng.
+ Nếu không sử dụng những loại kết cấu kết cấu chống có sẵn trong chương trình (neo,
khung thép hoặc bê tơng phun) người sử dụng có thể tự định nghĩa các loại kết cấu
chống trong hộp thoại Support Parameters. Hãy xem trong phần trợ giúp của chương
trình RocSupport để biết thêm thơng tin về cách định nghĩa các loại kết cấu kết cấu
chống khác.
+ Có thể kết hợp các loại kết cấu kết cấu chống khác nhau (ví dụ kết hợp neo và bê
tơng phun) trong cùng một bài tốn.
Trong ví dụ này, với các thông số kết cấu chống đã được nhập sẽ tính được áp
lực kết cấu chống lớn nhất = 0,354 MPa và biến dạng lớn nhất 59,25mm. Bây giờ
đóng hộp thoại Support Parameters (chắc chắn rằng bạn đã chọn nút Apply trước khi
chọn nút Close), chúng ta sẽ phân tích kết quả sử dụng kết cấu chống cho CTN.

Kết quả phân tích (có kết cấu kết cấu chống)
Nếu cửa sổ Tunnel Section chưa được kích hoạt, hãy chọn Tunnel Section từ
thanh công cụ hoặc thực đơn Analysis để xem mặt cắt ngang CTN và tóm tắt kết quả
phân tích.


Hình 4.21. Kết quả phân tích khi chống bằng neo
Chú ý rằng bây giờ sẽ có 2 bán kính biên vùng dẻo hiện ra trên màn hình
(đường nét đứt). Đường biên phía trong biểu diễn vùng dẻo (vùng bóng) xung quanh
CTN khi kết cấu chống được lắp đặt. Đường biên phía ngồi vẽ vùng dẻo khi CTN
khơng có kết cấu kết cấu chống.
Khi di chuyển chuột đến vùng bóng, sẽ xuất hiện dịng thơng tin “bán kính vùng
dẻo: 10,01 m”. khi di chuyển chuột ra ngoài đường biên sẽ xuất hiện dịng thơng tin
“bán kính vùng dẻo khơng kết cấu chống: 13,77 m”.
Tóm tắt kết quả phân tích được thể hiện trong Project Info textbox với các thông số
sau:
+ Hệ số an toàn
+ Áp lực kết cấu chống được huy động
+ Bán kính vùng dẻo (giảm từ 13,8m xuống 10,0m khi có kết cấu kết cấu
chống).
+ Độ hội tụ của CTN (giảm từ 2,0% xuống 0,99% khi có kết cấu chống).
Hệ số an toàn
Hệ số an toàn khi sử dụng kết cấu kết cấu chống neo là 1,84.
Áp lực kết cấu chống huy động
Áp lực kết cấu chống huy động chính là áp lực kết cấu chống được xác định từ
giao điểm của đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống như trên hình 3.4.
Khi hệ số an tồn lớn hơn 1, giá trị này ln luôn nhỏ hơn áp lực kết cấu chống lớn nhất.
Bán kính vùng dẻo
Khi sử dụng neo làm kết cấu chống, bán kính vùng dẻo sẽ giảm từ 13,8m xuống
10,0m.

Chú ý về chiều dài neo:
Mặc dù chiều dài neo không được nhập vào trong phân tích của RocSupport
(kết cấu chống được mơ hình tương đương với áp lực phân bố đều bên trong), bán kính
vùng dẻo là cơ sở để tính toán chiều dài neo cần thiết. Để neo làm việc có hiệu quả,
neo phải được cắm sâu vào trong vùng đá khơng bị phá hủy, có nghĩa là chiều dài neo
được chọn trên cơ sở vùng biến dạng dẻo. Theo mặc định, chiều dài neo trong
RocSupport được tự động kéo dài thêm 2,0m trên cơ sở bán kính vùng dẻo khi vẽ neo


trên màn hình. Ở ví dụ hiện tại chiều dài neo xấp xỉ 6m. Giá trị mặc định 2m có thể
thay đổi trong Section View trong hộp thoại Display Options.
Đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống
Bây giờ chọn Ground Reaction để xem thể hiện của đường đặc tính khối đá và
đường cong đặc tính kết cấu chống trên cùng một đồ thị.
Chọn: Analysis  Ground Reaction

Hình 4.22. Đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống
Như đã đề cập ở phần giới thiệu, cần chú ý những vấn đề sau về đường cong
đặc tính kết cấu chống:
+ Ban đầu trên trục ngang (độ hội tụ của CTN) của đường cong đặc tính kết cấu chống
biểu diễn khoảng cách từ gương CTN đến kết cấu chống được nhập vào trong hộp
thoại các thông số kết cấu chống. Xem phần giới thiệu để biết cách xác định giá trị
này.
+ Độ dốc của phần đàn hồi trên đường cong đặc tính kết cấu chống bằng áp lực kết cấu
chống lớn nhất chia cho biến dạng lớn nhất.
+ Giao điểm của đường cong đặc tính kết cấu chống và đường đặc tính khối đá xác
định áp lực kết cấu chống huy động, độ hội tụ cuối cùng của CTN (có kết cấu chống)
và bán kính vùng biến dạng dẻo được ghi lại trong Tunnel Section View.
Nếu đường đặc tính khối đá giao với đường đặc tính khối đá ở phần đàn hồi như
trong ví dụ, áp lực kết cấu chống huy động và độ hội tụ CTN có giá trị tại vị trí cân bằng.

Phối hợp các loại kết cấu kết cấu chống
Như đã đề cập ở phần trước, hộp thoại Support Parameters cho phép lựa chọn
kết hợp nhiều loại kết cấu chống cho mơ hình. Ví dụ, có thể kết hợp sử dụng neo và bê
tơng phun cho cùng một mơ hình bằng cách chọn Add Support Checkbox cho cả neo
và bê tông phun và nhập các thông số theo yêu cầu.
Khi sử dụng kết hợp nhiều loại kết cấu chống trong 1 mơ hình, áp dụng quy luật
sau để tính áp lực kết cấu chống lớn nhất và biến dạng lớn nhất:
+ Áp lực kết cấu chống lớn nhất bằng tổng áp lực của các loại kết cấu được sử dụng.
+ Biến dạng lớn nhất là giá trị biến dạng trung bình của các loại kết cấu được sử dụng.
Bây giờ hãy thêm bê tông phun vào kết cấu chống neo cho CTN và quan sát
ảnh hưởng của chúng đến kết quả phân tích.
Chọn: Analysis  Support Parameters
Trong hộp thoại Support Parameters:


1. Chọn Shotcrete tab
2. Chọn Add Support checkbox
3. Chú ý: có đánh dấu màu xanh xuất hiện ở cả trong Rockbolts tab và Shotcrete
tab, có nghĩa là cả neo và bê tông phun sẽ cùng làm việc
4. Chọn chiều dày lớp bê tông phun 50mm, 28 ngày tuổi từ danh sách trong cửa sổ
Properties
5. Chọn nút Apply để ghi lại các thông số bê tông phun và chạy lại chương trình
phân tích. Kết quả cũ sẽ được thay đổi theo các thông số đầu vào mới.
Hộp thoại xuất hiện như trên hình 3.23.
Trước khi đóng hộp thoại Support Parameters, chú ý giá trị của áp lực kết cấu
chống lớn nhất và biến dạng lớn nhất trong hộp thoại. Đó là giá trị kết hợp của cả neo
và bê tông phun.
+ Áp lực kết cấu chống lớn nhất là tổng của áp lực kết cấu chống neo 34mm và 50mm
bê tông phun (0,354 + 0,325 = 0,679).
+ Biến dạng lớn nhất là giá trị trung bình của giá trị biến dạng khi sử dụng neo và bê

tông phun (0,2% + 0,1%)/2 = 0,15%.
Bây giờ đóng hộp thoại và quan sát kết quả phân tích mới.
Chú ý: chiều dày của lớp bê tông phun (hoặc khung thép) không vẽ tỉ lệ với mặt cắt
ngang CTN. Nếu cần thiết, có thể vẽ với chiều dày khác nhau (mm) hoặc bằng % của
bán kính CTN như lựa chọn trong hộp thoại Display Options (sử dụng lựa chọn
Thickness of Support Layer trong Section View tab).

Hình 4.23. Thêm bê tông phun trong hộp thoại các thông số kết cấu chống
Phân tích kết quả (kết cấu chống hỗn hợp)
Trong bảng 4.11 tóm tắt kết quả trong trường hợp khơng có kết cấu kết cấu
chống, kết cấu chống bằng neo và kết hợp kết cấu chống bằng neo và bê tơng phun.
BẢNG 4.1. TĨM TẮT KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA VÍ DỤ 1
Khơng chống
Neo
Neo + Bêtơng phun
Hệ số an tồn
1,8
3,2
Áp lực kết cấu chống
0,19
0,21
(MPa)
Bán kính vùng dẻo (m)
13,8
10,0
9,7
Độ hội tụ của CTN (%)
2,0
1,0
0,9

Có thể thấy rằng, khi chúng ta thêm bê tơng phun trong kết cấu chống không
ảnh hưởng nhiều tới bán kính vùng biến dạng dẻo, độ hội tụ của CTN và áp lực kết cấu
chống huy động so với khi chỉ có kết cấu neo kết cấu chống đơn lẻ. Trong trường hợp
này, khả năng làm việc của kết cấu chống khơng làm thay đổi giao điểm của đường
đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống, so sánh hình 3.22 và 3.24.
Tuy nhiên hệ số an tồn của kết cấu chống kết hợp tăng từ 1,8 lên 3,2. Bây giờ
xem xét hệ số an toàn của hệ thống kết cấu chống. Hãy nhớ rằng chúng ta sử dụng độ
bền 28 ngày của bê tông phun. Áp lực kết cấu chống được tạo ra bởi bê tông phun
trong thời gian sớm nhỏ hơn độ bền 28 ngày của nó, cần phải chú ý đến điều này khi
tính tốn hệ số an toàn ở những trạng thái khác nhau của bê tơng phun.

Hình 4.24. Đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết hợp neo và bê tơng
phun
Xem các thông tin
Cuối cùng hãy xem lựa chọn Info Viewer. Lựa chọn này cho chúng ta biết tóm
tắt tất cả các dữ liệu vào và kết quả ra của chương trình phân tích.
Chọn: Analysis  Info Viewer

Hình 4.25. Giao diện xem thơng tin
Có thể copy thơng tin trong Info Viewer bằng cách chọn lệnh Copy từ thực đơn
Edit hoặc thanh công cụ ngang hoặc thực đơn nhấp chuột phải, sau đó có thể dán vào


các ứng dụng khác để viết báo cáo hoặc trình bày. Cũng có thể ghi lại file thơng tin ở
dạng .rtf file hoặc .txt file.
Để thốt ra khỏi chương trình chọn: File  Exit.
4.4.2. Thiết kế kết cấu chống loại 2
Ví dụ 2 sẽ mơ hình đường hầm với độ ổn định kém hơn nhiều so với trong ví dụ

1, yêu cầu kết cấu chống lớn hơn cho CTN. Sử dụng phương pháp Carranza - Torres
để xác định đường đặc tính khối đá. Sử dụng phương pháp phân tích xác định để phân
tích (tất cả các thơng số được giả thiết là biết chính xác).
Các thơng số mơ hình:
Một đường hầm có đường kính 10m được xây dựng ở độ sâu 75m trong khối đá có độ
bền theo tiêu chuẩn Hoek – Brown: ci = 4 MPa, mi = 12 và GSI = 17.
Nếu chương trình chưa được kích hoạt, hãy bắt đầu chạy chương trình RocSupport và
tạo ra một file mới để bắt đầu làm việc.
Chọn: File  New
Lập dự án:
Trong ví dụ này chúng ta sẽ sử dụng phương pháp Carranza - Torres. Chọn
phương pháp này từ hộp thoại Project Settings.
Chọn: Analysis  Project Settings

Hình 4.26. Hộp thoại Project Settings
Trong hộp thoại Project Settings, chọn phương pháp Carranza - Torres. Nhập
tiêu đề của dự án là RocSupport Example 2 và chọn <OK>.
Ngay lập tức, hộp thoại các
thông số khối đá và kết cấu chống sẽ
hiện ra. Bất cứ khi nào bạn thay đổi từ
phương pháp tính tốn này sang
phương pháp tính tốn khác, hộp thoại
này đều tự động hiện ra. Bởi vì các
thơng số khối đá đầu vào của 2 phương
pháp là khác nhau, điều đó là cần thiết
để người sử dụng sử dụng đúng các
thông số cho q trình phân tích.
Chú ý:
+ Phương pháp Carranza - Torres
(2004) sử dụng tiêu chuẩn phá huỷ

Hoek - Brown để xác định đường đặc
tính khối đá và bán kính vùng dẻo.


+ Phương pháp Duncan Fama (1993) sử dụng tiêu chuẩn phá huỷ Mohr - Coulomb để
xác định đường đặc tính khối đá và bán kính vùng dẻo.
Các thơng số khối đá và CTN
Đường hầm có đường kính 10m, do đó bán kính đường hầm là 5m.
Ứng suất nguyên sinh:
Ứng suất nguyên sinh có thể được xác định từ chiều sâu đặt CTN.
1. Chọn nút Estimate bên cạnh hộp giá trị ứng suất nguyên sinh
2. Nhập chiều sâu đặt CTN = 75m. Chọn OK trong hộp thoại Estimate In-Situ
Stress.
3. Xác định được ứng suất nguyên sinh là 2,02 MPa.
Các thông số khối đá:
Nhập các thông số khối đá sau: mi = 12, GSI = 17 và ci = 4.
Hình 4.27. Các thơng số khối đá và CTN trong ví dụ 2.
Mơ đun đàn hồi Young:
Chú ý có nút tính tốn mơ đun đàn hồi ở bên cạnh hộp thông số Young’s Modulus.

Hình 4.28. Xác định mơ đun đàn hồi từ các thông số độ bền
Nếu bạn chọn nút này, mô đun đàn hồi của khối đá sẽ được tự động tính toán từ các giá
trị của GSI, UCS và hệ số ảnh hưởng chấn động D. Phương trình sử dụng để tính tốn
mơ đun đàn hồi có thể tìm trong Hoek, Carranza-Torres và Corkum (2002). Trong ví
dụ này, mơ đun đàn hồi của khối đá tính được là 299 MPa.
Áp dụng:
Bây giờ chọn nút Apply để ghi lại các thông số khối đá và CTN bạn vừa nhập vào và
chạy chương trình phân tích với các thơng số đó. Sau đó chọn <Close>.
Phân tích kết quả (khơng có vỏ chống)
Đường đặc tính khối đá sẽ xuất hiện như sau:

Hình 4.29. Đường đặc tính khối đá khơng có vỏ chống trong ví dụ 2


Độ hội tụ của đường hầm = 13,1%. Đây là giá trị rất cao, như đã đề cập trong phần
phụ lục, CTN với những thông số đầu vào như trong ví dụ 2 rất khơng ổn định. Do đó
cần phải lắp đặt kết cấu chống gần sát với gương đào của CTN.
Chọn: Analysis  Tunnel Section

Hình 4.30. Mặt cắt ngang CTN khơng có vỏ chống trong ví dụ 2
Chú ý rằng bán kính vùng dẻo rất lớn (26,4m) hình thành xung quanh CTN không
chống.
Thêm vỏ chống
Để đưa kết cấu chống vào chống đỡ khối
đá xung quanh CTN, hãy bắt đầu với khung
thép hình chữ I (chiều cao 254mm, chiều rộng
203mm, trọng lượng 82kg/m) với bước chống
1,5m và được lắp đặt cách gương đào 3m.
Chọn: Analysis  Support Parameters
Hình 4.31. Các thông số kết cấu chống bằng
khung thép chữ I
Trong hộp thoại các thông số kết cấu chống:
1. Chọn Steel Sets và chọn Add Support
checkbox
2. Chọn thép hình chữ I trong danh sách.
Chúng ta sẽ thấy chiều rộng cánh mặc định được chọn là 203mm.
3. Nhập bước chống = 1,5m và khoảng cách từ gương CTN đến khung chống là
3m.
4. Chọn nút <Apply> để ghi lại các thông số kết cấu chống mà bạn vừa nhập và
chạy lại chương trinh phân tích. Chọn <Close> để đóng của sổ lại.

Phân tích kết quả (có vỏ chống)
Đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống sẽ xuất hiện như sau:


Hình 4.32. Đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống bằng thép
Chọn Tunnel Section, sẽ xem được tóm tắt kết quả phân tích trong Project Info
Textbox.
Chọn: Analysis  Tunnel Section
So sánh kết quả khơng có kết cấu chống và kết cấu chống bằng khung thép ta được:
- Bán kính vùng dẻo giảm (từ 26,4m xuống 18,2m)
- Độ hội tụ của CTN giảm (từ 13,1% xuống 6,0%)
- Hệ số an tồn khi có kết cấu chống là 11,0.
Chú ý: Ngay cả khi có kết cấu chống, CTN vẫn mất ổn định bởi bán kính vùng dẻo
vẫn rất lớn và độ hội tụ của CTN vẫn cao. Tuy nhiên, hệ số an tồn khi có kết cấu
chống bằng khung chống thép cho thấy tải trọng rất nhỏ so với khả năng làm việc của
kết cấu chống.
Thêm kết cấu chống
Bây giờ hãy xem ảnh hưởng của lớp bê tông phun khi được sử dụng cùng với khung
thép.
Chọn: Analysis  Support Parameters
Trong hộp thoại Support Parameters, chọn Shotcrete và Add Support checkbox,
chọn lớp bê tơng phun có chiều dày 100mm. Khi đó áp lực chống lớn nhất (1,366
MPa) và biến dạng lớn nhất (0,18%) của kết cấu chống kết hợpbê tơng phun và khung
thép.
Chú ý:
+ Hệ số an tồn của kết cấu chống kết hợp lớn hơn 2 lần so với khi chỉ có kết cấu
chống là khung thép.
+ Tuy nhiên, điều này không làm giảm được độ hội tụ của CTN hoặc bán kính vùng
dẻo.
Hãy xem đồ thị đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống để biết tại sao

vỏ chống bê tông phun không ảnh hưởng đến độ hội tụ của CTN và bán kính vùng
dẻo.
Chọn: Analysis  Ground Reaction
Nếu so sánh đường đặc tính kết cấu chống kết hợp (khung thép + bê tơng phun) với
đường đặc tính kết cấu chống đơn lẻ của khung chống thép (hình 3.32), chúng ta sẽ
thấy:


+ Khi thêm vỏ chống bê tông phun, áp lực kết cấu chống lớn nhất tăng gần 2 lần, do
đó hệ số an toàn tăng từ 11,0 lên 24,9.
+ Tuy nhiên, giao điểm của đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết cấu chống
khơng thay đổi, vì vậy khơng có sự thay đổi độ hội tụ của CTN và bán kính vùng dẻo.
Trong ví dụ này, giao điểm của đường đặc tính khối đá và đường đặc tính kết
cấu chống chịu ảnh hưởng của khoảng cách từ gương đào CTN đến vị trí lắp đặt vỏ
chống (được nhập vào trong hộp thoại Support Parameters). Chúng ta không thay đổi
giá trị này khi thêm vỏ chống bê tơng phun.

Hình 4.33. Đường đặc tính kết cấu chống kết hợp khung thép và bê tông phun
Lắp đặt vỏ chống
Như đã đề cập ở trên, khi thay đổi giá trị khoảng cách từ gương đào đến vị trí
lắp đặt khung vỏ chống trong hộp thoại Support Parameters (ví dụ 2m, 1m...vv) và
chọn nút Apply để tính tốn lại các kết quả. Khi thay đổi khoảng cách từ gương đào
đến vị trí lắp đặt khung vỏ chống trên đường cong đặc tính kết cấu chống, sẽ ảnh
hưởng đến độ hội tụ, bán kính vùng dẻo và hệ số an toàn của CTN. Hệ số an toàn giảm
khi khoảng cách từ gương đào đến vị trí lắp đặt khung vỏ chống giảm, bởi vì khi đó
kết cấu vỏ chống đã chịu tải trọng lớn hơn khi nó được lắp đặt gần sát gương đào hơn.
Chú ý: việc lắp đặt kết cấu chống có thể đưa ra bằng giá trị độ hội tụ hoặc biến
dạng của CTN. Trong trường hợp này, đặc tính biến dạng dọc trục khơng được sử
dụng.

Hình 4.34. Kết cấu chống được lắp đặt khi độ hội tụ của CTN là 0,3%
Người sử dụng sẽ có kinh nghiệm khi làm việc với hộp thoại Support
Parameters. Phân tích các thơng số có thể tiến hành rất nhanh bằng cách thêm hoặc bớt
kết cấu kết cấu chống, thay đổi các thông số kết cấu chống và chọn nút Apply để tính
tốn lại kết quả. Quan sát ảnh hưởng trên đường đặc tính kết cấu chống.
Nhận xét ví dụ 2


+ Với các thông số đầu vào của CTN được sử dụng trong ví dụ này có thể tính tốn được
kết cấu chống cần sử dụng bằng phương pháp phân tích số như phương pháp phần tử hữu
hạn.
+ Phân tích tương tác khối đá - kết cấu chống cho CTN sử dụng trong RocSupport
khơng phải là mục đích cuối cùng của thiết kế. Xem hướng dẫn trong phần phụ lục
(nhóm E) để kiến nghị kết cấu chống có thể sử dụng cho CTN trong ví dụ này.
+ Có thể tính tốn được các thơng số của CTN trong chương trình RocSupport như
trong trường hợp này. Phân tích nhanh các thơng số rất dễ dàng khi sử dụng chương
trình, cho phép người sử dụng thay đổi các thông số đầu vào và quan sát ảnh hưởng
của chúng trong kết quả phân tích.
4.4.3. Phân tích xác suất
Trong phần này sẽ đề cập vấn đề phân tích xác suất như thế nào trong chương trình
RocSupport. Đối với CTN, có rất nhiều thơng số đầu vào khơng thể biết một cách
chính xác trong thực tế, chẳng hạn như việc mơ tả các đặc tính của khối đá. Do đó, sẽ
rất tiện lợi khi các thông số đầu vào được cho ở dạng xác suất phân bố, và kết quả
phân tích đạt được cũng ở dạng xác suất phân bố.
Mơ hình
Ví dụ này dựa trên ví dụ 1 với xác suất phân bố được nhập vào bằng một số giá trị. Mở
file ví dụ 1.
Chọn: File  Open  Examples1.rsp
Lập dự án
Đầu tiên chúng ta phải thay đổi kiểu phân tích trong hộp thoại Project Settings từ xác

định sang xác suất.
Chọn: Analysis  Project Settings

Hình 4.35. Hộp thoại Project Settings trong ví dụ 3
Trong hộp thoại Project Settings, thay đổi kiểu phân tích sang xác suất và thay đổi tiêu
đề của dự án là ROCSUPPORT Example 3. Chọn Pseudo-Random Sampling và click
OK.

Hình 3.36. Lựa chọn kiểu phân tích từ thanh cơng cụ ngang
Giới thiệu túm tắt về mụ phỏng Monte Carlo


Mụ phỏng Monte Carlo là một cụng cụ để phõn tớch cỏc hiện tượng cú chứa yếu tố rủi
ro nhằm rỳt ra lời giải gần đúng. Nó cũn được gọi là phương pháp thử nghiệm thống
kờ. Mụ phỏng Monte Carlo thường được sử dụng khi việc thực hiện cỏc thớ nghiệm
hoặc các phương pháp tính tốn bằng giải tớch gặp nhiều khó khăn hoặc khụng thể
thực hiện được, đặc biệt là khi sử dụng cỏc mỏy tớnh số và khụng yờu cầu những cụng
cụ toỏn học phức tạp. Thực chất của mụ phỏng này là lựa chọn một cỏch ngẫu nhiờn
của cỏc biến đầu vào (risk variables) ngẫu nhiên để cú một kết quả thực nghiệm của
đại lượng tổng hợp cần phõn tớch. Quỏ trỡnh đó được lặp lại nhiều lần để cú một tập
hợp đủ lớn cỏc kết quả thực nghiệm. Cuối cựng xử lý thống kê để cú cỏc đặc trưng
thống kờ của đại lượng tổng hợp đó. Các bước tớnh toỏn, thực hiện cú thể túm tắt như
sơ đồ dưới đây:
1. Mơ hình tốn học

2.Xác định cỏc biến rủi ro và biến kết quả

3. Giả thiết dạng phõn phối xỏc suất cho cỏc biến rủi ro

4.Xác định cỏc thụng số cho hàm phõn phối xỏc suất

(probability distribution function)

5. Tạo cỏc số ngẫu nhiờn

6. Tiến hành mụ phỏng

7. Phõn tớch kết quả

Bước 1: Mơ hình tốn học
Mụ hỡnh này xỏc định cỏc mối quan hệ đại số giưũa các biến số hàng số. Nú là một
tập hợp cỏc cụng thức cho một vài biến số mà cỏc biến này cú ảnh hưởng đến kết quả.
Bước 2: Xác định biến rủi ro (risk variables)
Phân tích độ nhạy sẽ được sử dụng trước khi ỏp dụng phõn tớch rủi ro để xác định
những\biến số quan trọng nhất trong mụ hỡnh đánh giá dự án và giúp người phõn tớch
lựa chọn cỏc biến số rủi ro quan trọng (những biến số này giải thớch hầu hết cỏc rủi ro
của dự ỏn).
Bước 3: Xác định các dạng phõn phối của cỏc biến số
Khi lựa chọn dạng phõn phối, người ta sử dụng dạng phõn phối xỏc suất đa trị. Cỏc
dạng phõn phối xỏc suất cơ bản như: phân phối đều, phõn phối tam giỏc, phõn phối
chuẩn, phõn phối dạng bậc thang. Phõn phối dạng bậc thang cú ớch cho những trường
hợp cú nhiều ý kiến chuyờn gia. Một loại phõn phối bậc thang đặc biệt là phõn phối


“bậc thang - rời rạc”, nó được dựng khi giỏ trị của một biến số cú thể chỉ giả thiết
những con số phõn biệt trong một phạm vi nào đó.
Bước 4: Xác định giới hạn phạm vi của hàm phõn phối xỏc suất
Cỏc giới hạn phạm vi được xác định bởi cỏc giỏ trị nhỏ nất và lớn nhất. Đó là các giá
trị biến mà cỏc biến số không được vượt qua. Với những phõn phối dạng tam giỏc hay
bậc thang cũng cần xác định cụ thể những phạm vi phụ nằm bờn trong hai giới hạn.
Xác định cỏc giới hạn phạm vi cho cỏc biến số dự ỏn là một quỏ trỡnh đơn giản bằng

cỏch thu thập và phõn tớch những dữ liệu cú sẵn từ quỏ khứ của cỏc biến rủi ro, từ đó
chỳng ta cú thể tỡm được dạng phõn phối xỏc suất phự hợp của nú.
Bước 5: Tạo ra cỏc số ngẫu nhiờn
Tỡm cỏch phỏt ra hay lựa chọn một cỏch ngẫu nhiờn kết cục của cỏc biến ngẫu nhiờn
với yờu cầu việc lựa chọn phải đảm bảo cho cỏc kết cục cú thể cú phõn phối xỏc suất
giống như phân xác suất ban đầu của cỏc biến ngẫu nhiờn. Trong thực tế, người ta
thường sử dụng sẵn bảng số ngẫu nhiờn hay cú thể lập các chương trỡnh phỏt số ngẫu
nhiên để tạo ra cỏc số đó.
Bước 6: Vận hành mụ phỏng
Giai đoạn vận hành mụ phỏng là cụng việc khó khăn nhất, mất nhiều thời gian nhất, vỡ
thế nó được dành cho mỏy tớnh. Quỏ trỡnh trờn được lặp đi lặp lại cho đến khi đủ
những kết quả cần thiết, cần phải thực hiện một số khỏ lớn những phộp thử Monte
Carlo, có khi đến hàng trăm lần. Núi chung, số phộp thử càng lớn, cỏc kết cục trung
bỡnh càng ổn định.Chọn số lần mụ phỏng bao nhiờu là một vấn đề phức tạp. Tuy
nhiên thông thường số lần mụ phỏng thường nằm trong khoảng 5.000-10.000lần.
Bước 7: Phõn tớch cỏc kết quả
Cuối cựng là phõn tớch và giải thớch cỏc kết quả thu được trong giai đoạn vận hành
mụ phỏng. Sử dụng cỏc phộp tớnh thống kê để xác định các đặc trưng thống kê như kỳ
vọng (mean), phương sai (variance)... của đại lượng tổng hợp cần phõn tớch. Từ hàm
phõn phối xỏc suất tớch luỹ của cỏc kết quả, người ta cú thể quan sỏt mức độ mong
đợi của kết quả dự ỏn với từng giỏ trị đó cho bất kỳ. Vỡ vậy rủi ro của dự án thường
được biểu thị qua hàm phõn phối xỏc suất tớch luỹ.
Các thông số khối đá và CTN
Bây giờ chọn Tunnel Parameters từ thanh công cụ ngang hoặc trình đơn
Analysis.
Chọn: Analysis  Tunnel Parameters
Chú ý rằng hộp thoại các thông số khối đá và CTN được trình bày ở dạng lưới
trong phân tích xác suất. Điều này cho phép người sử dụng dẽ dàng nhập xác suất các
thơng số đầu vào và có thể dễ dàng định nghĩa các giá trị ngẫu nhiên, đánh dấu các giá
trị trong xác suất phân bố.

Giá trị ngẫu nhiên:
Để định nghĩa giá trị ngẫu nhiên, đầu tiên chọn xác suất phân bố cho các giá trị
(ví dụ: thơng thường) trong hộp thoại Tunnel and Rock Parameters. Sau đó nhập giá trị
trung bình, tiêu chuẩn lệch, mối tương quan giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất, để
định nghĩa xác suất phân bố cho các thông số.
+ Một điều quan trọng cần chú ý là giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất được coi như là
mối liên hệ khoảng cách từ giá trị trung bình chứ khơng phải giá trị tuyệt đối. Điều này
làm đơn giản giá trị đầu vào của các thơng số. Ví dụ: nếu giá trị trung bình của góc ma
sát trong là 250, giá trị nhỏ nhất là 200 và giá trị lớn nhất là 300, khi đó tương quan giá
trị nhỏ nhất là 50 và giá trị lớn nhất là 50.