So sánh các phương pháp phân loại khối đá RMR, Q và RMI

Trong thực tế, khối đất đá luôn biến động theo không và thời gian. Cùng một loại đá nhưng ở hai vị trí công trình khác nhau cũng có thể không giống nhau. Hơn nữa, do mỗi phương pháp phân loại không thể chú ý tới đồng thời tất cả các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính cơ lý của khối đất đá, cho nên mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng của mình. Chính vì vậy, chúng ta không thể áp dụng một cách máy móc các kết quả nghiên cứu của một phương pháp phân loại theo kinh nghiệm nào mà trước đó cần phải có sự nghiên cứu tỉ mỉ, cẩn thận để lựa chọn phương pháp phân loại phù hợp cho công trình dự kiến áp dụng. Hiện nay, việc áp dụng phương pháp phân loại nào cho phù hợp với từng công trình luôn là vấn đề còn gây nhiều tranh cãi.

Bài báo trình bày một ví dụ để so sánh khả năng áp dụng giữa các phương pháp phân loại RMR, Q, RMI tại cùng một công trình, sử dụng 3 đội khảo sát khác nhau, mỗi đội sẽ tiến hành xác định điểm số phân loại khối đá theo từng phương pháp một cách độc lập nhưng khi thí nghiệm trong phòng thì thực hiện cùng nhau (hay nói cách khác, sử dụng chung kết quả thí nghiệm trong phòng đối với các chỉ tiêu chung của các phương pháp).

1. Nội dung và kết quả khảo sát

Đá tại khu vực tiến hành nghiên cứu thuộc nhóm đá mácma, không bị phong hoá đến phong hoá nhẹ, ít nứt nẻ, nứt nẻ trung bình đến phân khối. Để xác định độ bền nén của đá, người ta tiến hành lấy các mẫu đá nguyên đem về phòng thí nghiệm để nén.

Kết quả thí nghiệm cho thấy độ bền nén đơn trục của đá thay đổi trong khoảng 74 – 87 Mpa. Để xác định các thông số hiện trường (điều kiện khe nứt, phong hoá…) người ta sử dụng phương pháp dựa trên cơ sở quan sát thực tế, đối chiếu với bảng phân loại của từng phương pháp để xác định điểm số của từng thông số. Theo đó, người nghiên cứu sẽ thu được kết quả phân loại theo từng phương pháp như sau.

1.1 Phân loại theo RMR

Trong 10 thông số thuộc phân loại RMR, có 5 thông số có giá trị thay đổi là: độ mở khe nứt, độ lấp nhét trong khe nứt, độ phong hoá bề mặt khe nứt, điều kiện nước trong khe nứt và hướng của khe nứt so với trục dọc CTN. Hai thông số hầu như không có sự thay đổi là RQD và độ nhám bề mặt khe nứt.

- Điều kiện nước trong khe nứt, thay đổi từ trạng thái khô đến có nước nhỏ giọt và do đó, điểm số cho thông số này có sự thay đổi đáng kể (H.1);

- Độ mở, độ phong hoá và chất lấp nhét trong khe nứt: thay đổi trong phạm vi nhỏ;

- Độ nhám bề mặt khe nứt: kết quả quan sát tại 5 vị trí cho thấy điểm số độ nhám bề mặt khe nứt không thay đổi và bằng 1;

- Chỉ số RQD: các kết quả thu được tại các vị trí cho thấy số lượng khe nứt/ mét dài nhỏ và hầu như không thay đổi, RQD = 20.

1.2 Phân loại theo Q

Trong 6 thông số thuộc phân loại Q, chỉ có 2 thông số là RQD và J _nlà có sự thay đổi đáng kể, chỉ số J _rhầu như không thay đổi và bằng 1. Chỉ số RQD được xác định theo chỉ tiêu số lượng khe nứt trên 1m3 đá (J _v­) theo công thức:

RQD = (115 – 3.3.J _v).

1.3 Phân loại theo RMI

Trong 5 thông số thuộc phân loại RMI, thông số thể tích khối (độ phân chia khối trong đá) (V _b) có sự thay đổi đáng kể còn thông số biến đổi khe nứt (J _a) hầu như không thay đổi và bằng 4.

2. So sánh kết quả giữa ba phương pháp phân loại khối đá

Trên cơ sở các kết quả đánh giá chỉ tiêu tại hiện trường, kết quả thí nghiệm trong phòng, điểm số phân loại và dự đoán yêu cầu chống giữ theo các phương pháp, ta tiến hành so sánh ưu, nhược điểm của từng phương pháp trong phân loại khối đá và dự kiến yêu cầu chống giữ.

Để so sánh 3 phương pháp phân loại, ta dựng biểu đồ điểm số theo từng phương pháp. Từ các biểu đồ đã dựng cho phép ta đi đến những nhận định sau:

- Phương pháp phân loại RMR ít nhạy cảm với sự thay đổi giá trị các thông số. Hầu như các kết quả đều cho đất đá trong vùng nghiên cứu đều cùng một nhóm (20 – 40, 40 – 60 và 60 – 80) (Xem bảng 1).

- Phương pháp phân loại theo Q cho thấy khả năng nhạy cảm với sự thay đổi của các thông số. Sự thay đổi giá trị Q cho phép ta chuyển kết quả phân loại khối đá từ nhóm này sang nhóm khác, thậm chí từ giới hạn dưới của nhóm đá này sang giới hạn trên của nhóm đá kế tiếp (xem bảng 1).

- Phương pháp phân loại theo RMI cho thấy khả năng nhạy cảm với sự thay đổi của các thông số trong điều kiện khối đá có tính nứt nẻ ít. Theo đó, khối đá thay đổi từ nhóm khối đá không liên tục (có nứt nẻ) đến khối đá liên tục (không có tính nứt nẻ). Việc đánh giá khối đá theo tính chất liên tục hay không liên tục của phương pháp phân loại RMI này giúp cho người thiết kế, thi công rất nhiều để đánh giá điều kiện trường ứng xuất xung quanh công trình.

Chỉ số phân loại khối đá là một hàm của các tham số tương ứng. Tuy nhiên, từ 3 biểu đồ kết quả (hình H.1) có thể thấy, sự thay đổi của các tham số không đủ lớn để đường biểu diễn giá trị điểm số phân loại cắt qua nhau (hay nói cách khác không có sự thay đổi lớn của điểm số phân loại từ nhóm này sang nhóm khác) và do đó có thể kết luận các phương pháp đều cho kết quả có tính định lượng gần như nhau. Trong 3 phương pháp phân loại, do 2 phương pháp RMR và RMI có chú ý đến độ bền nén của đá nên khiến người sử dụng cảm thấy đáng tin cậy hơn. Tuy nhiên, cần chú ý phân loại theo RMI không chú ý đến thông số ảnh hưởng của nước ngầm.

Bảng 1 cho ta kết quả so sánh dự kiến kết cấu chống giữ yêu cầu dựa trên cơ sở các kết quả phân loại khối đá theo 3 phương pháp. Theo đó, không có sự khác nhau đáng kể về yêu cầu chống giữ theo 3 phương pháp. Tuy nhiên, phương pháp phân loại Q cho kết quả kiến nghị chống giữ phù hợp nhất.

3. Kết luận

Tính phù hợp và khả năng sử dụng các kết quả phân loại khối đá là cơ sở để đánh giá khả năng áp dụng của các phương pháp phân loại kinh nghiệm. Các phương pháp trên đều được đánh giá là phù hợp với điều kiện xác định thông số tại hiện trường. Tuy nhiên, giữa các vị trí đánh giá khác nhau, một vài thông số trong các phương pháp trên cho kết quả điểm số thay đổi một cách đáng kể. Những tác động bất lợi của những thay đổi đó có thể được giảm thiểu bằng cách cho điểm của thông số không chỉ bằng một giá trị cố định, duy nhất mà dưới dạng phạm vi biến động nào đó (chẳng hạn từ 25 - 30 chứ không phải 27). Các kết quả nghiên cứu cho thấy, phương pháp phân loại theo Q có sự thay đổi nhạy cảm hơn so với 2 phương pháp phân loại còn lại.

Mặc dù với sự khác nhau về giá trị của các thông số đầu vào trong từng phương pháp nhưng kết quả cuối cùng là điểm số phân loại của khối đá giữa 3 phương pháp đều tương tự về loại và số lượng yêu cầu. Tuy nhiên, phương pháp phân loại Q cho kết quả kiến nghị chống giữ phù hợp nhất. Ngoài ra, phân loại theo Q được đánh giá là phương pháp đơn giản nhất khi áp dụng bởi nó chỉ cần dựa trên các kết quả đo vẽ tại hiện trường chứ không cần phải có các kết quả thí nghiệm trong phòng như theo phương pháp RMR và RMI (ngoại trừ trong trường hợp phải chú ý đến điều kiện ứng suất thì cả 3 phương pháp Q, RMR, RMI đều yêu cầu phải đưa vào tham số độ bền của đá). Tuy nhiên, hiện nay với sự ra đời của các thiết bị kiểm tra độ bền nén tại hiện trường thì yếu tố lợi thế này của phương pháp Q không còn nữa.

Mặc dù giữa 3 phương pháp có những khác nhau cơ bản và có sự thay đổi lớn về kết quả đánh giá của từng thông số riêng lẻ song kết quả phân loại cuối cùng đánh giá điều kiện khối đá và yêu cầu chống giữ lại gần như tương tự nhau. Nói cách khác, các phương pháp phân loại khối đá theo kinh nghiệm đều có thể là những công cụ hữu ích để đánh giá định hướng điều kiện khối đá và phục vụ thiết kế chống giữ cho công trình ngầm. Mặc dù phương pháp Q được coi là đơn giản hơn ở chỗ không cần xác định độ bền nén của đá song lại đòi hỏi phải xác định hai thông số là hệ số giảm ứng suất (SRF) và lưu lượng nước chảy, đây là hai thông số rất khó xác định trong giai đoạn lập quy hoạch, thiết kế. Chính vì vậy, không nên sử dụng phương pháp Q như là công cụ duy nhất.

Tài liệu tham khảo

Bieniawski, Z.T., Engineering Rock Mass Classifications, Wiley, 1989.