Về hạn chế của mô hình Hoek-Brown trong mô phỏng khối đá

Theo thảo luận và phê bình của ngài Nick Barton về mô hình Hoek-Brown cho khối đá trong bài bài báo "Twenty Strange Years in the World of Rock Mechanics and Engineering Geology", tạm dịch là "20 năm lạ lùng trong lĩnh vực Cơ học đá và Địa chất công trình thế giới" 

Nguồn: https://irispublishers.com/ctcse/pdf/CTCSE.MS.ID.000768.pdf

Bài báo "Twenty Strange Years in the World of Rock Mechanics and Engineering Geology" của Nick Ryland Barton thảo luận về những thách thức trong lĩnh vực cơ học đá và địa chất công trình, đặc biệt nhấn mạnh sự phức tạp của việc khảo sát và mô hình hóa khối đá nứt nẻ so với đất hoặc vật liệu đồng nhất. Tác giả chỉ trích việc áp dụng rộng rãi phương pháp GSI (Geological Strength Index) và các phương trình Hoek-Brown liên quan, cho rằng chúng đơn giản hóa quá mức và có thể dẫn đến những mô hình không thực tế, đặc biệt khi GSI được sử dụng lặp lại nhiều lần trong các công thức. 

Trong mô hình Hoek-Brown, chỉ số GSI đơn giản nhưng được sử dụng được lặp đi lặp lại nhiều lần trong các công thức tính các tham số: 16 lần trong phương trình Hoek-Brown (Hoek et al. 2002) cho tham số Mohr-Coulomb ‘c’ (lực dính đơn vị), lặp 12 lần trong phương trình H-B tính góc ma sát ‘ϕ’ và 10 lần cho ước tính độ bền nén 1 trục khối đá ‘σcm’". Ngoài ra, hệ số xáo động D, một hệ số mà bản thân nó khó xác định chính xác cũng xuất hiện 7 lần và 6 lần trong các phương trình H-B khi tính ‘c’ và ‘ϕ’". Việc lặp lại nhiều lần có thể dẫn đến kết quả thiếu chính xác hoặc thậm chí ra kết quả sai lệch lớn.

Hoek-Brown dựa trên Mohr-Coulomb giả định rằng khối đá có độ bền là kết hợp của các thành phần c và ϕ tuy nhiên quá trình phá hủy khối đá không huy động cả 2 thành phần này đồng thời.

Bên cạnh thảo luận về các vấn đề cơ học khối đá, Barton đề xuất các phương pháp phân loại khối đá định lượng khác như hệ thống Q và mô hình rời rạc (discontinuum modeling), như UDEC-BB, là hiệu quả hơn trong việc phản ánh thực tế sự phức tạp của khối đá có khe nứt, đặc biệt trong các dự án hầm mỏ và sườn dốc. Bài viết cũng nêu bật sự khác biệt giữa mô hình liên tục (continuum modeling) và mô hình rời rạc (discontinuum modeling), nhấn mạnh sự vượt trội của mô hình không liên tục trong việc tái tạo ứng xử thực tế của khối đá và sự cần thiết của một sự thay đổi tư duy trong thiết kế công trình đá tốt hơn.

Đo thế nằm cấu trúc địa chất bằng điện thoại sử dụng CLINO

https://youtube.com/shorts/tPiFRmpCXGQ?feature=share 

Về sự không thực tế của mô phỏng liên tục trong cơ học đá

Một bài báo mới của cụ Barton

"REFLECTIONS ON AN UNREALISTIC CONTINUUM BRANCH OF ROCK MECHANICS– DISCONTINUOUS BEHAVIOUR ALTERNATIVES."

Bài báo tập trung vào việc phê bình các mô hình liên tục (continuum modelling) trong cơ học đá, đặc biệt là chỉ số GSI (Geological Strength Index) và phương trình Hoek-Brown, vốn được sử dụng rộng rãi trong hơn 30 năm qua. Tác giả lập luận rằng các mô hình này thường không phản ánh chính xác quá trình phá hủy của khối đá do không tính đến đầy đủ vai trò của các khe nứt hiện có và dựa quá nhiều vào các tham số của đá nguyên khối (intact rock). Barton cho rằng các giải pháp cổ điển như Mohr-Coulomb (M-C) đưa ra kết quả sai lệch lớn, chẳng hạn như dự đoán độ cao tối đa của vách đá vượt quá thực tế, vì chúng đánh giá quá cao độ bền gắn kết của đá nguyên khối thay vì tập trung vào liên kết yếu nhất.

Cụ cũng phê phán việc sử dụng mức ứng suất khởi phát nứt (crack initiation stress) theo tỷ lệ 0.4 lần UCS (độ bền nén đơn trục), cho rằng nó không liên quan trực tiếp đến UCS mà thay vào đó phụ thuộc vào độ bền kéo (tensile strength) và tỷ số Poisson. Ông đề xuất cần xem xét lại cách tiếp cận sự phá hủy của khối đá, kết hợp các yếu tố như khe nứt và hành vi phi tuyến tính, thay vì dựa vào các phương trình "hộp đen" như Hoek-Brown. Ngoài ra, Barton so sánh các mô hình liên tục với mô hình không liên tục (discontinuum modelling), chẳng hạn như tiêu chuẩn Barton-Bandis, vốn mô tả chi tiết hơn ứng xử trượt và giãn nở (dilation) của khe nứt.

Bài báo kết luận rằng các mô hình liên tục như GSI và Hoek-Brown, dù phổ biến, có thể không đủ để mô tả thực tế phức tạp của khối đá có khe nứt, đặc biệt trong các bài toán thực tế như thiết kế sườn dốc mỏ lộ thiên. Tác giả kêu gọi một cách tiếp cận mới, nhấn mạnh tầm quan trọng của dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng dựa trên cơ chế thực tế hơn là các giả định đơn giản hóa quá mức.

Link bài báo: https://www.researchgate.net/publication/387755489_Barton_N_2025_Reflections_on_unrealistic_continuum_modelling_NBA_30p

Điện hạt nhân: tìm kiếm, lựa chọn và đánh giá địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam.

Tổng hợp các bài viết về tìm kiếm, lựa chọn và đánh giá địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam (hàng sưu tầm)

Nguồn: https://nangluongvietnam.vn

Đây là các bài viết tóm tắt của các nhà chuyên môn đăng trên Tạp chí Năng lượng Việt Nam .

Chuyên đề bao gồm: 

[1] Tìm kiếm địa điểm tiềm năng, sàng lọc và xác định các địa điểm đề xuất

[2] So sánh, xếp thứ tự ưu tiên 3 địa điểm thí sinh có trọng số cao nhất - 

[3] Đánh giá các địa điểm đã lựa chọn - 

[4] Hai địa điểm đã chọn và các kiến nghị - 

[5] Quan điểm của tỉnh Ninh Thuận và chuyên gia.

Biểu đồ Hjulström về quan hệ giữa vận tốc dòng chảy và hoạt động địa chất của sông

Đồ cổ thú vị 

Biểu đồ Hjulström là biểu đồ đến kích thước hạt trầm tích và vận tốc dòng chảy, được các nhà thủy văn và địa chất sử dụng để xác định xem một con sông sẽ xâm thực (xói mòn), vận chuyển hay lắng đọng trầm tích. Biểu đồ này được công bố trong luận án tiến sĩ của Filip Hjulström (1902–1982) "Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the river Fyris" vào năm 1935. 

Đường cong phía trên (biên trên) biểu thị tốc độ xói mòn tới hạn tính bằng cm/s là hàm của kích thước hạt tính theo mm. 

Đường cong phía dưới (biên dưới) biểu thị tốc độ lắng đọng là hàm của kích thước hạt. 

Lưu ý rằng các trục là biểu thị theo tỷ lệ logarit.

Biểu đồ cho thấy một số nguyên tắc chính về mối quan hệ giữa xâm thực, vận chuyển và lắng đọng. Đối với các đất hạt rời, ma sát là lực chủ đạo ngăn ngừa xói mòn, các đường cong bám sát nhau và vận tốc cần thiết tăng theo kích thước hạt. Đối với vật liệu trầm tích dính, chủ yếu là đất sét và cả đất bụi, tốc độ xói mòn tăng khi kích thước hạt giảm, vì lực dính quan trọng hơn khi các hạt trở nên nhỏ hơn. Mặt khác, tốc độ tới hạn của quá trình lắng đọng phụ thuộc vào tốc độ lắng và tốc độ này giảm khi kích thước hạt giảm. Đường cong Hjulström cho thấy các hạt cát có kích thước khoảng 0,1 mm dễ bị xói mòn nhất.

Đường cong này có từ nghiên cứu đầu thế kỷ 20 về địa mạo sông và ngày nay không chủ yếu có giá trị lịch sử, tuy nhiên do đơn giản nên vẫn rất hấp dẫn. Một trong những nhược điểm của biểu đồ này là nó không tính đến độ sâu của nước và quan trọng hơn là không cho thấy sự lắng đọng là do sự giảm tốc độ dòng chảy và xói mòn là do tăng tốc độ dòng chảy gây ra. 

Ngày nay, có rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về các công thức vận chuyển trầm tích sông và khả năng áp dụng tốt hơn so với biểu đồ của Hjulström. 

Nối ranh giới các lớp đất

 Về việc nối ranh giới các lớp trên mặt cắt ĐCCT

(Copied từ một diễn đàn chuyên môn địa kỹ thuật là chính và quảng cáo là chủ yếu ;))

Cần rõ khi vẽ mặt cắt là vẽ theo quan điểm thành hệ (theo nguồn gốc) và hay theo quan điểm phân chia đơn nguyên (tính chất ĐCCT)? hay kết hợp cả hai quan quan điểm?

Theo từng cách đều có nguyên tắc của nó, ví dụ đối với mặt cắt là đất đá trầm tích, các lớp sẽ tuân theo quy luật trầm tích, có 2 nguyên tắc chính là: 1. tính liên tục theo phương nằm ngang ("lateral continuity") và nguyên tắc các lớp nằm ngang khi hình thành ("Principle of original horizontality"), ngoài ra còn phải tuân thủ quy luật về thứ tự trầm đọng (law of superposition). Người lập cần nắm hoặc phân tích được cả lịch sử hình thành... VD ở vùng Hà nội, người vẽ cần nắm được tại sao có sự lồi lõm của bề mặt tầng Vĩnh Phúc. Cùng số liệu hố khoan, mỗi kỹ sư sẽ ra mặt cắt khác nhau trừ khi tất cả kỹ sư đều dùng 1 phần mềm để chế độ nối mặc định của phần mềm lậ. Và sẽ không bao giờ có mặt cắt chính xác với thực tế, chỉ có thể sát với thực tế mà thôi. Hình dưới đây là ví dụ từ 1 số liệu khoan có thể ra các mặt cắt khác nhau. Tất cả đều đúng trong tầm tư duy của người vẽ .

RQD và chất lượng khối đá - có liên quan hay không?

 

Trong một bài mà Wasabi đã đăng từ 2014 về chỉ số chất lượng khối đá RQD (Rock quality designation) có trình bày về cách phân loại chất lượng khối đá theo Deer (1963).  Nay (năm 2024), sau 10 năm, lại thấy bản dự thảo tiêu chuẩn TCVN 5746:2024 đưa cách phân loại đó vào.

 

Cụ thể tại Bảng D.14 của bản tiêu chuẩn dự thảo TCVN 5746:2024, chỉ số RQD được dùng để phân loại cả chất lượng khối đá và mức độ nứt nẻ của khối đá. 

 

Cơ mà theo Wasabi là không nên như vậy.

 

Theo bản dự thảo tiêu chuẩn thì bên cạnh việc dùng RQD để đánh giá mức độ nứt nẻ như các kỹ sư địa chất vẫn làm, TCVN đang cố gắng tận dụng thông số RQD để phân loại khối đá như theo đề xuất ông Deer - tác giả của RQD, chia ra 5 cấp chất lượng của khối đá khác nhau (từ rất xấu đến rất tốt). 

 

Việc phân chia chất lượng này xem ra khá thô thiển và cần thận trọng khi sử dụng. 

 

Chất lượng khối đá (rock mass quality) phụ thuộc và rất nhiều yếu tố mà trong đó RQD chỉ là một thông số. Chất lượng khối đá do tính chất của vật liệu đá nguyên vẹn và đặc điểm hệ thống nứt nẻ (bao gồm đặc điểm các khe nứt, mật độ và dạng phân bố các khe nứt...) quyết định, trong khi RQD chỉ là một chỉ số đánh giá sơ bộ mức độ nứt nẻ của khối đá. Bản thân ông Deer ngay từ khi đề xuất phương pháp phân loại khối đá theo RQD cũng đã công nhận điều này. Và sau mấy chục năm sử dụng ông ấy khuyên rằng thì là mà chỉ nên sử dụng RQD là một tham số, và kiến nghị dùng Q hay RMR để đánh giá. Theo Deer, chỉ tận dụng RQD để: xác định các đới đá nứt nẻ mạnh cần xem xét xử lý và tận dụng các kinh nghiệm về RQD để định hướng phục vụ thiết kế sơ bộ.

 

Vậy nên, tốt nhất bỏ cái phân loại khối đá theo RQD ra khỏi tiêu chuẩn trước khi nó có hiệu lực.