BÀI TIỂU LUẬN SỐ 3: các phương pháp phân loại đá và khối đá

BÀI TIỂU LUẬN SỐ 3
1.MỞ ĐẦU

Phân loại khối đá là một điều cần thiết cho những người làm việc trong lĩnh vực khai
thác mỏ và xây dựng công trình ngầm cũng như các ngành ký thuật khác. Quá trình
phân loại khối đá có tác dụng lớn đến quá trình thiết kế các đường hầm, đặc biệt là để
xác định kết cấu chống giữ cũng như quá trình lựa chọn phương án khai đào cho phù
hợp. Hiện nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật nên càng ngày càng có nhiều
phương pháp phân loại khối đá khác nhau. Dưới đây giới thiệu một số phương pháp
phân loại khối đá thường được dùng trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm và mỏ.


2.TỔNG QUAN
Trong cơ học đá, hai yếu tố được sử dụng nhiều liên quan đến “sự miêu tả” các đặc tính của
khối đá là sự phân loại và mô tả đặc điểm của khối đá. Trong thực tế hai yếu tố này không
có sự khác nhau nhiều. Mô tả khối đá là nhấn mạnh tới các yếu tố chỉ màu sắc, hình dạng,
trọng lượng, các đặc điểm của khối đá, phân loại khối đá là sự kết hợp các đặc trưng khác
của khối đá trong các nhóm khác nhau, phân loại khối đá là tiến hành phân các khối đá thành
các nhóm theo những biểu hiện nhất định, theo những chỉ tiêu hay tiêu chuẩn xác định. Phân
loại khối đá được phát triển với mục đích phục vụ công tác thiết kế xây dựng công trình
ngầm, cụ thể được sử dụng để đánh giá, nhận định về trạng thái khối đá tại hiện trường, để
lựa chọn và bố trí các giải pháp bảo vệ, chống giữ và thi công. Phân loại khối đá cũng còn
được sử dụng để phục vụ công tác lập dự toán và quyết toán công trình. Các phương pháp
phân loại khối đá hầu hết dựa theo kinh nghiệm, hoặc kết hợp các kinh nghiệm định lượng
thực tế với các kết quả phân tích theo lý thuyết. Từ đó ta rút ra được mục đích lớn nhất của
việc phân loại khối đá đó là:
-

Lựa chọn sơ bộ phương pháp khai đào cho công trình ngầm
Lựa chọn sơ bộ biện pháp và kết cấu chống giữ cho công trình ngầm sau khai đào

3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI KHỐI ĐÁ
Phân loại khối đá là một điều cần thiết cho những người làm việc trong lĩnh vực khai thác
mỏ và xây dựng công trình ngầm cũng như các ngành ký thuật khác. Quá trình phân loại
khối đá có tác dụng lớn đến quá trình thiết kế các đường hầm, đặc biệt là để xác định kết cấu
chống giữ cũng như quá trình lựa chọn phương án khai đào cho phù hợp. Sơ đồ phân loại
tổng quan các phương pháp phân loại khối đá trong lĩnh vực địa kỹ thuật mô tả như trong
bảng dưới đây.

3.1 PHÂN LOẠI KHỐI ĐÁ THEO DEER (RQD)
Chu trình cho việc xác định giá trị trực tiếp RQD được thể hiện trong hình 1.1. Chu trình này
đề cập tới giá trị chiều dài lỗ khoan. Các lõi khoan bị gẫy vỡ là do chu trình khoan được
thích hợp cùng nhau và được đếm như một mẫu. Khi có sự không chắc chắn về lý do gẫy vỡ
được thực hiện bằng công tác khoan hay điều kiện tự nhiên, nó sẽ được xem như là nguyên
nhân tự nhiên cốt để xem xét cẩn trọng quá trình xác định giá trị RQD (Deere, 1968), điều
kiện cần thiết để tính toán RQD là chiều dài các lõi khoan thu hồi phải lớn hơn 100mm.


Hình 1.1. Mô tả chu trình và tính toán thiết kế chất lượng khối đá RQD (Deere 1998)
Từ cách phân loại khối đá của Deere ta có bảng 1.1. Đánh giá chất lượng khối đá như sau.

Bảng 1.1. mối liên hệ giữa giá trị RQD và chất lượng khối đá (Deere 1968)
3.1.1.Phương pháp gián tiếp (không thu hồi lõi khoan có giá trị)
Trong trường hợp không thể xác định trực tiếp RQD, thì giá trị RQD có thể được xác định
thông qua các công thức gián tiếp. Việc xác định giá trị của RQD đã được đề xuất vào năm
1973 với việc sử dụng công thức (Afrouz, 1973 cit. Afrouz, 1992) theo biểu thức sau:
(1.1)
Ở đây: – tổng số mặt phân cách nứt nẻ trong một khối đá. Các bề mặt phân cách nứt nẻ
không vuông góc với phương của ứng suất chính lớn nhất. Các hằng số A,B,x,y có quan hệ
với các hệ số. Gía trị của và .

Vào năm 1976, Priest và Hudson đã tìm ra việc xác định giá trị RQD từ khoảng cách giữa
các khe nứt (λ các khe nứt/mét) bằng việc sử dụng công thức:
(1.2)
Công thức trên có thể là cách thức đơn giản nhất để xác định giá trị RQD, khi không có các
lõi khoan thu hồi.
RQD cũng có thể được xác định từ số lượng các khe nứt/một đơn vị thể tích của bề mặt
khối đá. Palmstrom(1982) đã giới thiệu mối quan hệ RQD cho một khối đá không chứa sét
dọc theo một đường hầm như biểu thức sau:
(1.3)
Trong đó: – mật độ khe nứt tính theo 1 khối đá.
Trong trường hợp không xác định được RQD từ các lỗ khoan thăm dò hoặc lấy mẫu thì có
thể tính RQD gián tiếp bằng công thức thực nghiệm (1.3).
Hoặc théo công thức Priest (1976), RQD có thể được tính toán theo công thức sau:
(0,1

(1.4)

Trong đó: – mật độ khe nứt và bằng số khe nứt/một mét dài khảo sát.
Palmstrom (1996) đã đề xuất một phương pháp để thu được thông tin tốt hơn từ bề mặt để
thay thế cho các lõi khoan, thông qua giá trị RQD phụ thuộc vào hướng của lỗ khoan khảo
sát. Nguyên tắc của nó là dựa trên giá trị của góc nghiêng giữa mỗi khe nứt và bề mặt hay lỗ
khoan. Mật độ của khe nứt (Wjd) có thể được xác định theo biểu thức sau:
Wjd
Và với các giá trị dọc theo lõi khoan hay có thể theo đường thẳng:
Wjd
Ở đây: – góc giao cắt, góc giữa bề mặt quan sát được hay lỗ khoan và khe nứt riêng rẽ;
A - kích thước vùng diện tích được quan sát tính bằng ;
L – chiều dài của mặt cắt dọc theo lõi khoan hay đường thẳng, xem hình 1.2.

Hình 1.2. a) Mặt giao cắt giữa các khe nứt và lỗ khoan;
b) Mặt giao cắt giữa các khe nứt và bề mặt (palmstrom, 1995).
3.1.2. Hạn chế của RQD và ưu điểm
Theo thống kê của Merritt (1972) hệ thống phân loại RQD có những hạn chế trong một số
khu vực mà các khe nứt chứa chất lấp nhét dạng sét. Các chất lấp nhét dạng sét làm giảm ma
sát của khe nứt cho nên mặc dù RQD cao nhưng thực tế khối đá không ổn định.
Gía trị RQD không phụ thuộc vào kích thước đường hầm. Có một sự khác biệt lớn giữa kích
thước đường hầm nhỏ, hẹp được so sánh với các gian hầm chứa nước lớn. với các công trình
ngầm có khẩu độ rộng thì giá trị RQD có tính phù hợp hơn so với các đường hầm có kích
thước nhỏ.
RQD cũng là một tham số không tốt trong khối đá có khoảng cách các khe nứt nhỏ gần
100mm. Nếu khoảng cách giữa các khe nứt liên tục là 105mm (chiều dài lõi khoan), giá trị
RQD sẽ là 100%. Nếu khoảng cách giữa các khe nứt liên tục là 95mm, giá trị RQD sẽ là 0%.
Nếu tham số (theo palmstrom 1982) được sử dụng, giá trị của nó sẽ chỉ đúng khi 10 khe
nứt/mét (Helgestsdt 1997). RQD liên quan tới tính không linh động trong kích thước khối
nguyên (Milne 1991). Như được đề cập đến bởi (Milne 1991) một khối đá với giá trị RQD
xác định là 100% có thể có 3 hệ khe nứt với khoảng cách trung bình là 0,4m hay một hệ khe
nứt với khoảng cách tới vài mét.
Gía trị của RQD có thể bị thay đổi nhiều phụ thuộc vào phương của lỗ khoan khảo sát quan
hệ với cấu trúc địa chất Hoek(1993).
• Ưu điểm: Phương pháp này thực hiện đơn giản, và nhanh chóng cho ra kết quả
3.1.3. Phạm vi sử dụng.


Ưu điểm của phương pháp này là dễ xác định nên được áp dụng cho các đường lò trong mỏ.
3.2. PHÂN LOẠI KHỐI ĐÁ THEO BIENAWSKI (RMR)
Chỉ số của hệ thống được dựa trên các kinh nghiệm của Biennawski đối với các đường hầm
nằm nông gần mặt đất trong các lớp đất đá trầm tích. Về nguồn gốc, hệ thống RMR được
phát triển từ 49 trường hợp khai đào và lịch sử không được công bố. Sau đó sự phân loại đã

trải qua một vi sự thay đổi từ 8 tham số xuống 6 vào năm 1975.
Theo thông kê của biennawski (1989) giá trị RMR đã được áp dụng ở hơn 28 dự án trong
lịch sử như trong khi khai đào các đường hầm, các gian hầm, các mỏ, các bờ dốc, các nền
móng và các gian hầm lớn.
Phân loại khối đá theo RMR của biennawski có chú ý đến 6 điểm khác nhau trong khối đá
và được xác định bằng công thức thực hiện sau:
(1.5)
Trong đó:
-

tham số xét độ bền nén đơn trục của khối đá
tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD
tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt
tham số thể hiện trạng thái xủa các khe nứt
tham số thể hiện điều kiện ngậm nước của đá
tham số thể hiện mối tương quan giữa thế nằm và hướng của đá

Các tham số và RMR cũng như phân loại đá theo biennawski được thể hiện trong bảng
1.2.


Bảng 1.2. Đặc trưng của 6 tham số điểm theo biennawski

Bảng 1.3. Hướng dẫn cho việc đào hầm và kết cấu chống giữ trong đá chiều rộng
10m với hệ thống phân loại RMR (biennawski 1989)


3.2.1. Ưu điểm và nhược điểm
• Ưu điểm: Phương pháp phân loại khối đá của biennawski có xét đến ảnh hưởng của
nhiều yếu tố bằng cách cho điểm các yếu tố đó, nhờ đánh giá với nhiều yếu tố để phân

loại khối đá nên phương pháp này cho kết quả chính xác và gần thực tến hơn phương
pháp của Deere
• Nhược điểm: chi phí cho phương pháp đánh giá, phân loại này lớn, tốn kém về cả mặt
thời gian. Khó xác định được các chỉ số.
3.2.2. Phạp vi áp dụng
Phương pháp phân loại khối đá của RMR thường được áp dụng cho các công trình có
vốn đầu tư ban đầu lớn, tuổi thọ cao như các công trình ngầm giao thông, thủy lợi, thủy
điện, các công trình ngầm thi công theo phương pháp NATM..Phương pháp này ít được
sử dụng trong ngành mỏ vì tốn kém thời gian và chi phí.
3.3.HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CHẤT LƯỢNG KHỐI ĐÁ Q
Barton và các cộng sự đã giới thiệu chỉ số chất lượng khối đá khi thi công các đường
hầm vào năm 1974. Phương pháp phân loại này được kết hợp với sự đề xuất kết cấu
chống giữ trên cơ sở sự phân tích của 212 bản ghi chép các trường hợp thi công các
đường hầm cụ thể. Hệ thống này được gọi là chất lượng khối đá hay chỉ số chất lượng thi
công đường hầm đầu tiên được phát triển ở NA UY, được gọi là sự phân loại NGI.
Hệ thống Q ban đầu (Barton 1974) sử dụng 6 tham số sau:
-

RQD
Số lượng các khe nứt
Độ nhám của khe nứt
Sự phân bố của khe nứt
Các điều kiện nước trong khe nứt
Hệ số ứng suất.

Các hệ số địa kỹ thuật cơ bản được giới thiệu bởi các tỉ số sau (Barton 2002):
-

Quan hệ kích thước khối: RQD/
Quan hệ độ bền ma sát:

Tác động ứng suất: SRF

Chất lượng khối đá được định nghĩa là (Barton 1974)
Q
Ở đây:


RQD – chỉ số RQD của Deere 10 (Deere 1968);
– số lượng khe nứt
– giá trị thể hiện độ nhám của khe nứt
– giá trị thể hiện sự biến đổi của khe nứt
– hệ số có xét đến sự giảm áp lực do nước trong khe nứt
SRF – hệ số giảm ứng suất với phay phá, độ bền/tỉ số ứng suất trong các khối đá
cứng liền khối, và khối đá bị nén ép và dãn nở.
Sử dụng hệ thống phân loại Q được giới thiệu đơn giản cho các đường hầm và gian hầm với
vòm nóc . khối đá được phân ra làm 9 hạng dựa trên cơ sở của giá trị Q (quan sát trong bảng
1.4.).

Bảng 1.4. Sự phân loại khối đá trên cơ sở của giá trị Q (Barton 1974)
Mối quan hệ giữa chỉ số chất lượng đường hầm (Q) với biểu hiện và các yêu cầu chống giữ
khai đào công trình ngầm một thành phần được gọi là kích thước tương đương (). Bằng việc
chia khoảng cách , đường kính hay chiều cao tường của công trình ngầm bằng tỉ số của kết
cấu chống giữa (ESR) tương đương được xác định là:

ESR được định nghĩa từ các điều tra của mối quan hệ giữa khoảng cách giá trị lớn nhất
không chống giữ (khẩu lộ) và Q xung quanh công trình khai đào tiêu chuẩn với hơn 10 năm.
Mối quan hệ đó được đinh nghĩa:
Khẩu độ

Barton 1976 đã đưa ra giá trị đề nghị ESR theo thống kê trong bảng 1.5.

Bảng 1.5. Các giá trị ESR với các công trình khai đào khác nhau
Hệ thống Q đã được hiệu chỉnh cốt để thay đổi hệ số giảm ứng suất ( Grimstad và Barton
1993) và cũng để đưa ra các phương pháp chống giữ mới bằng bê tông phun sợi thép [S(fr)]
và hệ thống neo (B). Grimstad và Barton đã giới thiệu bảng đồ thị kết cấu chống Q mới cho
các phương pháp chống giữ mới, xem hình 1.3.

Hình 1.3. Xác định kết cấu chống dựa trên chỉ số chất lượng đường hầm Q (Grimstad và
Barton 1993)
Trong hình 1.3., giá trị của và giá trị của Q là 4,5 thay thế trong hạng gia cường (4) với yêu
cầu một mạng neo (khoảng cách neo là 2,3m) và bêtông phun dầy 50mm.


Theo Loset 1992 đã đề xuất, với khối đá có giá trị 4, sự nguy hiểm do khoan nổ mìn sẽ làm
xuất hiện các vết nứt mới cùng với đó là sự giá trị của Q cho khối đá xung quanh công trình
ngầm khai đào.
Gía trị RQD đối với các hầm trạm sẽ giảm đi 50% cho khối đá xung quanh hầm trạm, kết
quả Q . Từ hình 1.3. thì , tương ứng với sự hiệu chỉnh giá trị hạng gia cường (5) với yêu cầu
cần thiết là neo, với khoảng cách thích hợp là 2m, và một lớp bêtông phun sợi thép gia
cường dầy 50mm.
Barton 1980 cung cấp thêm chiều dài neo.
Chiều dài L của các neo có thể được xác định từ kích thước chiều rộng công trình ngầm B và
các tỉ số kết cấu chống giữ công trình ESR.
(1.6)
Khoảng cách không chống lớn nhất có thể được xác định theo công thức:
Khoảng cách khung chống max

(1.7)

Trên cơ sở phân tích của các bản ghi chép, Grimstad và Barton 1993 đề nghị rằng mối quan
hệ giữa Q và áp lực chống giữ nóc tạm thời có thể được xác định theo công thức sau:
(1.8)
Gía trị của Q mới được hiệu chỉnh đưa ra vào 2002 bới Barton có chú ý đến việc áp dụng hệ
thống Q vào các đặc tính nghiên cứu và giả thiết kế đường hầm. Barton đã miêu tả giá trị Q
hiệu chỉnh với tốc độ sóng P() là:

Ở đây:
là một giá trị thông thường của Q, sử dụng 100MPa và một loại đá cứng tiêu chuẩn.
Hệ thống Q cũng có thể được sử dụng để xác định độ bền nén của khối đá:

Ở đây: – trọng lượng thể tích của đá tính bằng t/. Với trường hợp đá bị nứt nẻ và không
liên túc:

Ở đây: được xác định từ giá trị RQ thay thế của giá trị RQD trong tính toán Q ban đầu.
RQ là giá trị RQD có quan hệ với hướng trong khi thi công đường hầm.


3.3.1. Mối quan hệ giữa hệ thống RMR VÀ hệ thống Q
Dựa trên các trường hợp nghiên cứu, biennawski (1976) là tác giả đầu tiên đề xuất sự hiệu
chỉnh giữa hệ thống RMR và hệ thống Q:
RMR
Vào năm 1978, Rutledge và Preston cũng công bố một mối quan hệ khác
, MORENO(1980)
RMR
RMR
3.3.2. Phạm vi sử dụng
HỆ thống phân loại chất lượng khối đá Q được dùng để đánh giá khối đá, lựa chọn sơ bộ kết
cấu cũng như biện pháp khai đào cho các công trình giao thông, thủy điện…
3.4. CHỈ SỐ KHỐI ĐÁ MỎ

Hệ thống MRMR đưa ra tính toán các tham số tương tự như giá trị RMR cơ bản. MRMR
được xác định bằng chỉ số độ bền khối đá nguyên khối, RQD, khoảng cách các khe nứt và
điều kiện khe nứt, các giá trị MRMR, bao gồm các khối đá bị nứt nẻ từ rất yếu đến rất tố,chỉ
số của hệ thống được chia ra làm 5 loại và 10 lớp khác nhau.
Laubscher (1984) đã giới thiệu mối quan hệ giữa MRMR và độ bền khối đá nguyên khối
nghiên cứu là:

Phân loại MRMR cũng để ý đến phương của khe nứt, ảnh hưởng của nổ mìn và phong hóa,
tới việc xác định độ bền thiết kế khối đá (DRMS), giống như RMR, kết cấu chống giữ cần
thiết cũng được đề nghị với giá trị MRMR tương ứng.
3.4.1. Phạm vi áp dụng
Chỉ số khối đá mỏ MRMR được phát triển cho việc áp dụng khai thác mỏ.
3.5. SỰ PHÂN LOẠI CỦA RAMAMURTHY VÀ ARORA
RAMAMURTHY và ARORA đã đề xuất một hệ thống phân loại với khối đá nguyên khối và
nứt nẻ trên cơ sở các độ bền nén của chúng và các giá trị mô đun đàn hồi trong trạng thái
không được xác định. Hệ thống phân loại này được dựa trên cơ sở chỉ số tỉ lệ mô đun đàn
hồi () của điều kiện biến dạng đàn hồi, nó được xác định theo công thức:


Ở đây: f – thể hiện với khối đá bị nứt nẻ
– các mô đun tiếp tuyến tại 50% của ứng suất phá hủy.
Hệ số khe nứt chính là hệ số giảm yếu trong khối đá do ảnh hưởng của các hệ thống khe nứt.
Điều này dẫn đến kết quả trong công thức sau:
;
;
Trong đó: – độ bền khối đá bị nứt nẻ, được xác định trong bảng 1.6. Từ các giá trị
và được biết, các tỉ số mô đun có thể được xác định và được phân loại theo
bảng thống kê 1.7.

Bảng 1.6. Phân loại độ bền của các khối đá nguyên khối và khối đá bị nứt nẻ

(Ramamurthy và Arora, 1993)

Bảng 1.7. Phân loại tỉ số mô đun đàn hồi của khối đá nguyên khối và khối đá bị nứt nẻ
(Ramamurthy và Arora, 1993)
3.5.1. Phạm vi sử dụng.


Hệ thống phân loại này phát triển tại phòng thí nghiệm và được thực hiện đối với đá cát kết
và granite nhằm xác định độ bền.
3.6. PHÂN LOẠI KHỐI ĐÁ THEO THỜI GIAN ỔN ĐỊNH KHÔNG CHỐNG
Sự chấp nhận thời gian không chống cho đường hầm là việc chấp nhận quá trình giảm thời
gian lắp đặt kết cấu chống giữ để giải phóng ứng suất nguyên sinh trong lòng khối đá, do đó
với đường hầm khẩu độ lớn có thể thay đổi khẩu độ khai đào để giữ ổn định đường hầm và
tạo điều kiện giải phóng ứng suất nguyên sinh.
NATM là một chiến lược cho xây dựng đường hầm, dựa trên cơ sở các kỹ thuật an toàn
trong đá yếu mềm, trong đó thời gian không chống giữ bị hạn chế. Để gia cường đường
hầm, cần lắp đặt ngay kết cấu chống tạm thời gian bằng vỏ chống bê tông phun, hoặc kết
hợp hệ thống các neo đá với vỏ chống bê tông phun cố định lâu dài, sẽ tạo thành một vòm
kết cấu mang tải. Dựa trên những nguyên tắc cơ bản của NATM được tóm tắt (Singh , 1999).
-

Huy động được độ bền của khối đá
Bê tông phun bảo vệ duy trì khả năng mang tải của khối đá
Sự điều chỉnh biến dạng của việc khai đào khối đa
Cung cấp tính linh hoạt nhưng nhanh chóng của các kêt cấu chống và dạng khối đá.
Tạo vòm ngược khép kín với dạng thức vòm chống mang tải trọng để điều khiển biến
dạng của khối đá

Phương pháp này dự đoán kỹ càng biểu hiện tự nhiên của đất đá và cho phép áp dụng các
biện pháp sau:

Cho phép đá biến dạng nhỏ
Đặt bê tông phun và hệ thống chống đỡ neo đá. Cách này khá mềm dẻo nhưng đất đá
không được biến dạng thêm.
• Quan sát và đo chuyển động của đất đá và tải trọng mà đá gây ra trên kết cấu chống
đỡ trong không một thời gian.
• Khi đá và hệ thống chống đỡ đã tạm ổn định thì đó mới tiến hành chống cố định lớp
vỏ hầm thực thụ. Nếu khi đó đo được biến dạng đủ lớn thì cẩn phải thay đổi hệ thống
chống đỡ, lúc này có thể tăng hoặc giảm chiều dầy kết cấu chống hoặc thay đổi hẳn
loại kết cấu chống đỡ cố định khác.
•
•

3.7. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO HỆ SỐ ĐỘ KIÊN CỐ F(G.S
PROTÔĐIAKONÔV)
Phương pháp phân loại đá theo hệ số độ kiên cố của đá với chỉ số f được xác định dựa trên
cơ sở thí nghiệm nén với các loại khác nhau và rút ra kết luận về tính chất cơ học cho các
loại đá khác nhau:
Gía trị của độ kiên cố f được xác định theo công thức sau:


(1.9)
Trong đó:

– độ bền nén của loại đá đem thí nghiệm, kG/

Dựa vào chỉ số f cũng chia ra các nhóm đá có tính chất cơ học khác nhau. Dưới đây là sự sắp
xếp về đặc điểm của các nhóm đá.

Bảng 1.8. Phân loại đá theo f (hệ số kiên cố của đá)
Trong thực tế có những loại đá có độ bền nén 200 kG/ (nghĩa là hệ số bền chắc f ) và như

vậy công thức trên trở nên không chính xác.
Sau này L.I.Barton (1955) đã sử dụng công thức hợp lý hơn để xác định hệ số bền chắc:
(1.10)
Theo công thức này , khi đạt tới 3000kG/ thì f cũng chỉ bằng 20, thỏa mãn với giới hạn trên
của hệ số độ kiên cố đất đá của G.S.Protodiakonov. Gần đây, trong sổ tay công nghệ mỏ của
V.A.Grebenjuk (1983), người ta nêu ra công thức:
f
Ở đây:

(1.11)

– là độ bền nén đơn trục của mẫu đá, được xác định bằng thí nghiệm.

Sơ bộ kiến nghị biện pháp khai đào và kết cấu chống giữ.
fthì khai đào thủ công, nổ mìn với lượng thuốc nổ ít, hoặc đào bằng máy. Chống giữ
bằng khung thép, bê tông cốt thép đúc sẵn, hoặc các kết cấu chống nặng.
• f khai đào bằng máy hoặc khoan nổ mìn; chống giữ bằng khung thép, neo + lưới thép
(trong điều kiện cụ thể).
• f nên sử dụng khoan nổ mìn, trong trường hợp cụ thể có thể sử dụng các máy đào;
chống giữ thì sử dụng bê tông phun, lưới thép, khung thép…
•

3.7.1. Ưu và nhược điểm
ƯU ĐIỂM: Cho kết quả nhanh, phương pháp thực hiện đơn giản, không yêu cầu cao về
trang thiết bị và ít tốn kém hơn so với các biện pháp trên.


NHƯỢC ĐIỂM:
Không đánh giá đến yếu tố cấu trúc của khối đá, ảnh hưởng của công tác thi công,
ảnh hưởng của nước ngầm…

• Khi hệ số bền chắc fthì sẽ không sử dụng được phương pháp này.
•

3.7.2. Phạm vi sử dụng
Phương pháp phân loại khối đá này được sử dụng trong ngành mỏ.
3.8. CHỈ SỐ KHỐI ĐÁ (RMI)
Chỉ số khối đá (Rmi) đã được phát triển tới đặc tính độ bền của khối đá cho các mục đích
xây dựng (Palmstrom, 1996). Được lựa chọn các tham số đầu vào dựa trên cơ sở các
nghiên cứu ban đầu và các quan điểm trong khu vực phân loại khối đá/ các hệ thống đặc
tính khối đá và tiến trình kinh nghiệm của Palmstrom trong miền đó. Gía trị RMi được
nối liền với vật liệu và các miêu tả chỉ các đặc tính cố hữu của khối đá. Các thông số đầu
vào trong đặc tính cơ bản của độ bền của khối đá được chọn như (Palmstrom, 1995).
-

Kích thước của các khối được phác họa bởi các khe nứt – được xác định là thể tích
khối.
Độ bền của khối vật liệu – được xác định là độ bền nén đơn trục.
Độ bền kéo của bề mặt các khối – được xác định là góc ma sát.
Kích thước và sự đóng kín của các khe nứt – được xác định là chiều dài và tính liên
tục.

Gía trị RMi có tính nguyên tắc cơ bản là giảm độ bền khối đá lý do bởi tính nứt nẻ và
được viết là:
RMi
Ở đây: JP – là tham số nứt nẻ, nó là một hệ số giảm bền miêu tả kích thước của khối và
điều kiện các bề mặt của nó như là được miêu tẩ bởi các đặc tính ma sát của chúng và
kích thước của các khe nứt. Một số tóm lược trước của các tham số được áp dụng trong
RMi có thể xem ở hình 1.4.

Hình 1.4. Các tham số đã áp dụng trong RMi (Palmstrom, 1995)
Palmstrom (1995) đã miêu tả các loại khác nhau của các tính toán đó có thể được sử
dụng để xác định thể tích khối. Sự quan sát có thể được chia là sự quan sát bề mặt 1- D,
2- D hay 3- D hay lỗ khoan quan sát 1- D.

Hình 1.5. Đồ thị xác định kết cấu chống giữ cho các khối đá nứt nẻ không liên tục
Hệ số nứt nẻ jC để miêu tả các đặc tính ma sát trong của các khối và được viết là:
jC


Ở đây: jL- là hệ số kích thước, miêu tả ảnh hưởng của kích thước và sự chấm dứt của
khe nứt. Hệ số kích thước khe nứt (jL) được chọn là các khe nứt lớn hơn có một đặc tính
tác động lớn hơn đối với biểu hiện của khối đá nhỏ hơn các khối nứt có (Palmstrom,
1995).
Hệ số nhám (jR) miêu tả sự không bằng phẳng của bề mặt khe nứt bó bao gồm:
-

Độ bằng phẳng (jS) của bề mặt khe nứt.
Độ gợn sóng (jW) hay tính phẳng nhẵn của tường bên khe nứt.

Hệ số biến đổi (jA) biểu thị các đặc tính của khe nứt.
-

Độ bền của đá hai bên bờ khe nứt
Chiều dầy và độ bền của chất lấp nhét có thể có.

Các hệ số jR và jA thì tương tự như hệ số và trong hệ thống phân loại Q được viết bởi
công thức sau:
JP
Nơi các thể tích khối ( ) được tình bằng đơn vị , và D là một hằng số.

3.9. MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC HỆ THỐNG PHÂN LOẠI KHỐI ĐÁ RMR, Q VÀ
RMi
3.9.1. Các tham số đầu vào được sử dụng trong các hệ thống phân loại
Các tham số đất đá chính được sử dụng là đầu vào của các hệ thống phân loại RMR, Q
và RMi được chỉ ra ở bảng 1.9. Một vài điều kiện đặc tính khối đá hay khối đất riêng như
là sự trương nở, ném ép và tróc vỡ không được quan tâm trong các hệ thống phân loại.


Bảng 1.9. Tổng quan các tham số đầu vào được sử dụng trong các hệ thống phân
loại RMR, Q và RMi
3.9.2. Các tham số mức độ khe nứt
Mối quan hệ của RQD, thể tích khối nứt, số lượng thể tích khối nứt và khoảng cách khối
nứt thường xuyên được sử dụng để mô tả mức độ khe nứt. Cả ba hệ thống phân loại sử
dụng các giá trị này khác nhau. Khi kết hợp 3 hệ thống phân loại cũng có sự kết hợp các
giá trị khe nứt. Do đó, những mối quan hệ giữa chúng được giới thiệu như trong hình 1.6.


Hình 1.6. Đồ thị liên hệ với các giá trị khác nhau về mức độ khe nứt: RQD, , và Vb (theo
Palmstrom, 2005)
Như đã được giới thiệu bởi Palmstrom (2005) sẽ không có mối quan hệ tốt giữa RQD và
hay Vb. Một giá trị trung bình, mối quan hệ thô đã được Palmstrom đề xuất theo biểu
thức sau giữa RQD và :
RQD
3.9.3. Các tham số đặc trưng của các khe nứt
Các tham số đặc trưng chính của khe nứt bao gồm:
-

Độ nhám của khe nứt
Chất lấp nhét, bao bọc và sự phong hóa của các khe nứt
Chiều dầy hay độ mở của khe nứt

Kích thước của khe nứt

Các hệ thống phân loại Q và RMR sử dụng các giá trị tương tự nhau và sự đặc trưng
tương ứng độ nhám và sự lấp nhét trong khe nứt, trong khi đó thì RMR có một số điểm
khác được thể hiện như trong bảng 2.0.


Bảng 2.0. Các tham số độ ghồ ghề nhám, sự biến đổi, phong hóa và lấp nhét được sử
dụng trong 3 hệ thống phân loại khối đá.
RMR và RMi sử dụng đầu vào bằng kích thước khe nứt (chiều dài), nhưng hệ thống Q lại
không sử dụng tham số này. RMi sử dụng tham số “khe nứt không liên tục” các khe nứt
đóng trong khối đá và kết hợp với kích thước khe nứt. Trong hệ thống phân loại khối đá
kết hợp đặc trưng này được thể hiện trong tham số mức độ lượn sóng của khe nứt trong
hệ thống RMi.


4. TỔNG KẾT

Phân loại khối đá là một điều cần thiết cho những người làm việc trong lĩnh vực
khai thác mỏ và xây dựng công trình ngầm cũng như các ngành ký thuật khác. Quá
trình phân loại khối đá có tác dụng lớn đến quá trình thiết kế các đường hầm, đặc
biệt là để xác định kết cấu chống giữ cũng như quá trình lựa chọn phương án khai
đào cho phù hợp. Mỗi một cách phân loại đều được dùng cho các trường hợp khác
nhau. Nhưng do điều kiện thực tế của đất đá khá phức tạp nên chúng ta thường
phải sử dụng kết hợp các phương pháp lại với nhau để có được kết quả chính xác
nhất.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Giáo trình Cơ học đá và khối đá : TS.Trần Tuấn Minh