I. Phân tích ổn định khối đất trước gương hầm
Phân tích ổn định khối đất trước gương hầm là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng, đặc biệt trong các công trình ngầm như hầm metro. Luận án tiến sĩ của Nguyễn Anh Tuấn tập trung vào việc khảo sát cơ chế phá hoại và áp lực bị động tác dụng lên gương hầm. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mô hình hóa địa chất và kỹ thuật xây dựng để đánh giá sự ổn định của khối đất trước gương hầm. Các thí nghiệm mô hình ly tâm được thực hiện để mô phỏng quá trình thi công hầm trong điều kiện đất cát và đất sét. Kết quả cho thấy, khi gương hầm tiến lên, khối đất trước gương bị dịch chuyển, tạo ra vùng phá hoại cục bộ. Cơ chế phá hoại này tương tự như phá hoại cắt cục bộ, với góc phá hoại xấp xỉ (45° - φ'/2).
1.1. Cơ chế phá hoại khối đất
Cơ chế phá hoại khối đất trước gương hầm được nghiên cứu thông qua các thí nghiệm mô hình ly tâm. Khi gương hầm tiến lên, đất phía trước bị dịch chuyển về phía trước, trong khi đất xa hơn bị đẩy ra ngoài, gây ra hiện tượng trồi mặt đất. Cơ chế phá hoại này được mô tả như một phễu, với góc phá hoại xấp xỉ (45° - φ'/2). Điều này cho thấy sự ảnh hưởng mạnh mẽ của góc ma sát trong đất đến quá trình phá hoại. Các kết quả thí nghiệm cũng chỉ ra rằng, áp lực phá hoại bị động tăng lên khi chiều sâu đặt hầm tăng, từ 1,5 lên 3,3 lần đường kính hầm.
1.2. Áp lực phá hoại bị động
Áp lực phá hoại bị động tại gương hầm được đo lường thông qua các cảm biến lực gắn trên gương hầm. Kết quả cho thấy, áp lực này tăng dần khi gương hầm tiến lên, đạt trạng thái ổn định khi tỷ lệ Sx/D đạt 0,7. Đối với hầm đặt ở tỷ lệ C/D bằng 1,5, áp lực phá hoại tăng nhanh khi Sx/D nhỏ hơn 0,3, sau đó tăng chậm và ổn định. Trong khi đó, với tỷ lệ C/D bằng 3,3, áp lực tăng nhanh hơn và cũng đạt trạng thái ổn định khi Sx/D bằng 0,7. Điều này cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ của áp lực phá hoại vào chiều sâu đặt hầm.
II. Ứng dụng thực tiễn và đánh giá
Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc thiết kế hầm và đánh giá ổn định các công trình ngầm. Các kết quả từ thí nghiệm mô hình ly tâm giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phá hoại và áp lực bị động tác dụng lên gương hầm, từ đó hỗ trợ việc thiết kế các biện pháp bảo vệ và gia cố phù hợp. Công thức tính áp lực phá hoại bị động được thiết lập trong nghiên cứu có thể áp dụng trực tiếp trong thực tế thi công hầm, đặc biệt trong điều kiện đất cát trạng thái chặt vừa. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm để phát triển các mô hình số phức tạp hơn trong tương lai.
2.1. Giá trị khoa học
Luận án đóng góp vào việc làm sáng tỏ cơ chế phá hoại và áp lực bị động tác dụng lên gương hầm, một vấn đề còn ít được nghiên cứu trước đây. Các kết quả thí nghiệm và công thức tính toán được thiết lập trong nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng và kỹ thuật địa chất.
2.2. Ứng dụng thực tế
Nghiên cứu này có thể áp dụng trực tiếp vào các dự án thi công hầm metro tại các đô thị lớn như TP. Hồ Chí Minh. Các kết quả từ thí nghiệm giúp đánh giá chính xác hơn về áp lực và biến dạng đất trước gương hầm, từ đó giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công. Công thức tính áp lực phá hoại bị động cũng giúp tối ưu hóa thiết kế và thi công hầm, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế.
