Tính toán dự báo áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống giữ công trình ngầm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ

CƠ HỌC VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU
CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM
PHẦN 1: TÍNH TOÁN DỰ BÁO ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ TÁC DỤNG LÊN
KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM

TS. TRẦN TUẤN MINH

HÀ NỘI, NĂM 2014

1


MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

Việc tính toán và thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm là điều cần
thiết đối với các kỹ sư xây dựng các công trình ngầm và những người làm
việc trong những lĩnh vực liên quan đến công trình ngầm. Công trình ngầm
nằm trong đất đá chịu sự tác động trực tiếp của môi trường đất đá xung
quanh, điều kiện vi khí hậu và các yếu tố trong lòng đất thậm chí cả các
công trình xây dựng hoặc các tổ hợp tải trọng trên bề mặt đất. Bài giảng
này nhằm giúp các sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình ngầm ở
trường đại học Mỏ-Địa chất nói riêng và các trường đại học khác nói
chung hiểu biết được các phương pháp tính toán và thiết kế các dạng kết
cấu chống giữ trong các công trình ngầm.

2

TÀI LIỆU HỌC TẬP - TÀI LIỆU CHÍNH
PHÒNG MƯỢN VÀ PHÒNG ĐỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT

3


TÀI LIỆU PHỤ TRỢ CHO MÔN HỌC

- Cơ học lý thuyết;
- Sức bền vật liệu;
- Lý thuyết đàn hồi;
- Cơ học kết cấu;
- Phương pháp số;
……………
PHÒNG MƯỢN VÀ PHÒNG ĐỌC THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐH MỎ-ĐỊA CHẤT

4


PHÂN BỐ ỨNG SUẤT XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM

SƠ ĐỒ PHÂN BỐ ÁP LỰC (VÍ DỤ)

VÍ DỤ MỘT SƠ ĐỒ TÍNH

¸p lùc th¼ng ®øng

¸p lùc
chñ ®éng

Ph©n bè ¸p lùc nÒn

5


6


ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM NẰM NÔNG GẦN BỀ MẶT ĐẤT

Trường hợp bề mặt đất bằng phẳng

Dưới móng nhà và 2 đường hầm song song

Trường hợp gần sườn núi, bờ dốc

Dưới móng nhà và tải trọng xe chạy

7


Vùng phá hủy trong đất đá liền
khối (Terzaghi)

Sự mở rộng của vùng phá huỷ nếu không được
chống giữ với (a) đất đá phân lớp nằm ngang; b)
8
đất đá phân lớp thẳng đứng (Terzaghi).

Áp lực đất đá theo Terzaghi

Áp lực đất đá theo Bierbaumer

 2H 
− Ktgϕ 
 
Bγ 
 B  
pv =
1− e

2 Ktgϕ 



ϕ 

tgϕ ⋅ tg 2  45 0 −  H 

P
2 

p=
= γH 1 −
ϕ
ϕ 




b + 2m ⋅ tg  45 0 − 
b + 2m ⋅ tg  45 0 −  

2



92  


Lý thuyết áp lực đất đá của Suquet

10


11


Áp lực đất đá ở những độ sâu lớn (Terzaghi)

12


Áp lực đất đá theo lý thuyết của Kaster

13


Áp lực đất đá theo lý thuyết của Theo Caquot và Kérisel

Sự phân bố áp lực khác nhau xung quanh
đường hầm tròn như là một hàm chức năng của
góc nằm đất đá α và khoảng cách r.

14


Áp lực đất đá theo lý thuyết của Theo Kommerell

Những chú giải và hình dạng đồ thị áp lực của Kommerell

15


Áp lực đất đá theo lý thuyết của V. Rittero 1879

16


Áp lực đất đá theo lý thuyết của Protodiakonop M.M

17


18


Tính toán áp lực nền đối với khoảng trống khai thác (Terzaghi)

b

mb
1

Qa =  b +  H 1γ −
γ − bfy − H 1 c =
2
2
3

bγ 
2 
=
 3H 1 − m − f  − H 1 c.
2 
3 

19


Lý thuyết của Prôtôđiakônốp cho 2 đường hầm gần nhau

20


Lý thuyết của Simbarevich cho 2 đường hầm gần nhau

21


Sơ đồ phân bố các vùng cơ bản

xung quanh các đường lò nằm
ngang theo A.Labass.

Sơ đồ tính toán theo lý thuyết của
K.V.Rupenneyt

a- sơ đồ tính toán đối với việc xác định áp
lực đất đá lên kết cấu chống giữ các đường lò
nằm ngang; b - đường biên của vùng biến
dạng không đàn hồi
Vùng III- hay là vùng đất đá giảm yếu
Vùng II- vùng ứng suất đá tăng lên
Vùng I- vùng ứng suất không thay đổi
22


Lý thuyết dầm sập đổ V.D. Slesarev

23


Lý thuyết áp lực Glusco V.T cho đất đá phân lớp nghiêng

Bằng nghiên cứu tính toán và đo đạc thực
nghiệm Gluscô đưa ra các hệ số k1, k2, k3, k4 phụ
thuộc góc dốc các lớp đất đá.
Vùng đất đá bị phá huỷ

Biểu đồ kα

24


Vùng đất đá bị phá huỷ

25