Tác giả: Thạc sĩ ĐCCT Ngô Lệ Thủy Page 1
TỔNG QUAN VỀ CHỈ TIÊU CƠ LÝ, ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ĐÁ, KHỐI ĐÁ & CÁC HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐÁ, PHẠM VI ÁP DỤNG.
- TỔNG QUAN VỀ CHỈ TIÊU CƠ LÝ, ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ĐÁ, KHỐI ĐÁ I.1. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đá
Các chỉ tiêu cơ lý
của vật liệu đá bao gồm: Cường độ, cấu trúc, màu sắc, cấu tạo, thành phần hạt, tên đá và các thông số biến dạng của đá.
Cường độ của vật liệu đá
Cấu trúc của vật liệu đá
Mầu sắc của vật liệu đá
Tên đá
Các thông số biến dạng của đá
I.2. Đặc tính của khối đá
Mức độ phong hóa của khối đá
Tính không liên tục của khối đá
Trạng thái nứt nẻ của khối đá
I.3. Nhìn chung về đặc tính của đá theo địa chất công trình
Đặc tính của đá thay đổi theo độ sâu
Đặc tính ĐCCT của đá theo quan điểm của tác giả Hunt
Đặc tính ĐCCT của đá theo quan điểm của tác giả Robert Day
Độ cứng của đá,…
Một số tương quan khác,…
II. CÁC HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐÁ & PHẠM VI ÁP DỤNG II.1. Hệ thống phân loại đá của Liên xô [cũ] II.2. Hệ thống phân loại đá của các nước tiên tiến
Biểu đồ phân loại thống nhất theo Deere et al., 1969[The Unified Classification Chart]
Phân loại khối đá theo Deere – Phương pháp RQD [ Rock Quality Designation]
Hệ thống phân loại khối đá theo Palmstrom, 1995 – Phương pháp RMi[Rock Mass Index]
Hệ thống phân loại khối đá theo Bieniawski – Phương pháp RMR [Rock Mass Rating]
Hệ thống phân loại hệ số cấu trúc của đá theo Wickham et al [1972] – Phương pháp RSR [Rock Structure Rating].
Phân loại khối đá có thể dựa vào một chỉ tiêu độc lập nào đó của khối đá hoặc xét kết hợp nhiều yếu tố có ảnh hưởng tới tính chất của khối đá.
Mục đích của việc phân loại khối đá gồm có:
- Xác định các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khối đá.
- Chia khối đá thành các đơn nguyên, các phần có tính chất giống hoặc tương tự nhau.
- Cung cấp thông tin cơ bản về đặc điểm của mỗi loại khối đá.
- Liên hệ điều kiện khối đá với kinh nghiệm thu được từ các khối đá ở công trình khác.
- Định lượng về chất lượng khối đá, đưa ra được các chỉ dẫn cho thiết kế.
- Tạo cơ sở thống nhất cho các nhà địa chất và kỹ sư khi sử dụng.
Do tính tính chất phức tạp của khối đá và tùy vào mục đích của việc phân loại mà có các cách phân loại khác nhau. Các phân loại có thể ở dạng mô tả, cho điểm, hoặc có thể ở dạng đánh giá dựa trên mục đích của việc áp dụng… Có thể kể đến một số hệ thống phân loại điển hình sau: Phân loại khối đá của Terzaghi [1946] cho xây dựng công trình ngầm dựa trên một số mô tả đặc điểm nổi bật của khối đá và các yếu tố bất lợi có thể xảy ra khi xây dựng. Phân loại của Lauffer [1958] và Pacher et al [1974] dựa trên thời gian ổn định không chống đỡ của hầm để đánh giá chất lượng khối đá. Phân loại của Deere et al [1967] dựa trên chỉ số chất lượng đá RQD từ số liệu mô tả trụ khoan. Phân loại của Wickham et al [1972] dựa trên đặc điểm cấu trúc khối đá, ảnh hưởng của nước khe nứt và cả hướng của công trình hầm đặt trong khối đá đó. Phân loại theo chỉ số độ bền địa chất GSI của Hoek [1995] dựa trên đặc điểm khe nứt, cấu trúc khối đá và đực điểm khe nứt…
Trong số rất nhiều hệ thống phân loại theo các cách tiếp cận và mục đích khác nhau, có 2 phương pháp phân loại được sử dụng phổ biến nhất, đó là phương pháp của Bieniawski đánh giá theo chỉ số chất lượng khối đá RMR [Rock mass rating] và phương pháp của Barton đánh giá theo chỉ số chất lượng Q. Trong bài viết này, nội dung chủ yếu xoay quanh 2 hệ thống phân loại này. Tuy nhiên, bài viết không trình bày chi tiết các bước và cách đánh giá củ từng phương pháp mà chỉ tập trung phân tích đặc điểm của từng phương pháp và so sánh 2 phương pháp với nhau. Cả hai phương pháp này đều xét kết hợp các thông số về đặc điểm địa chất, kích thước và cả đặc điểm công trình vào việc phân loại. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm nhất định. Vì vậy việc hiểu ưu điểm của mỗi phương pháp là rất quan trọng trong việc lựa chọn hệ thống phân loại.
Phương pháp phân loại theo RMR
Đây là phương pháp do Bieniawski [1976] đề xuất, phương pháp này còn được gọi là phân loại địa cơ học [Geomechanics Classification]. Phân loại theo RMR được xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm và được cập nhật thay đổi liên tục. Mục đích cuối cùng của phương pháp là đánh giá chất lượng và cường độ của khối đá. Trong phương pháp có xét đến 6 yếu tố để phân loại:
- Độ bền nén một trục của đá
- Chỉ số chất lượng đá RQD
- Khoảng cách giữa các khe nứt
- Đặc điểm bề mặt khe nứt
- Điều kiện nước trong khe nứt
- Điều kiện về hướng của khác khe nứt
Giá trị RMR được tính theo công thức:
RMR = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + B
Trong đó, A1, A 2, A3, A4, A5 và B lần lượt là điểm số chấm cho các yếu tố kể trên.
Dùng RMR có thể đánh giá thời gian ổn định không cần chống của công trình ngầm. Ngoài ra có thể xác định các thông số về cường độ và biến dạng của khối đá như lực dính, góc ma sát, mô đun biến dạng, cường độ khối đá, tải trọng của khối đá tác dụng lên hệ thống chống đỡ … Singh and R. K. Goel [1999].
Hạn chế của RMR: việc đánh giá phụ thuộc nhiều vào khả năng quan sát và kinh nghiệm của chuyên gia. Điều này cũng có thể dẫn đến sự sai lệch đáng kể trong việc xếp loại đá. Việc đánh giá sẽ trở nên phức tạp khi khối đá có cường độ kháng nén không đồng nhất, đó là khi khối đá gồm nhiều loại đá hay có mức độ phong hóa khác nhau hay khi đá có tính phân phiến, phân tập.
Theo cách đánh giá RMR, yếu tố ứng suất không được kể đến, các kinh nghiệm thu được ở điều kiện ứng suất nhỏ [