Ảnh hưởng của hệ số ma sát giữa các hạt vật liệu đến ứng xử ổn định của đập đá

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phần tử rời rạc để đánh giá ảnh hưởng của hệ số ma sát giữa các phần tử đến ứng xử ổn định của kết cấu đập và chân đập đá. Các phần tử có hình dạng đa giác đều, không bị biến dạng, số lượng các cạnh của đa giác là 5 và cấp phối đường kính hạt được thay đổi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của hệ số ma sát giữa các hạt vật liệu đến ứng xử ổn định của đập đá

BÀI BÁO KHOA HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ MA SÁT GIỮA CÁC HẠT VẬT LIỆU ĐẾN ỨNG XỬ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐÁ Nguyễn Thanh Hải1, Võ Thành Trung2,3 Tóm tắt: Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phần tử rời rạc để đánh giá ảnh hưởng của hệ số ma sát giữa các phần tử đến ứng xử ổn định của kết cấu đập và chân đập đá. Các phần tử có hình dạng đa giác đều, không bị biến dạng, số lượng các cạnh của đa giác là 5 và cấp phối đường kính hạt được thay đổi. Hệ số ma sát giữa các hạt vật liệu cấu thành đập được thay đổi từ 0,1 đến 0,9. Kết quả nghiên cứu cho thấy những ảnh hưởng khác nhau của hệ số ma sát đến các đặc tính dịch chuyển của đập như động năng trung bình của các khối phần tử, hình thái dịch chuyển của đập, khoảng cách dịch chuyển của các phần tử sau khi kết cấu bị mất ổn định, cũng như sự ảnh hưởng đến lực tương tác trong quá trình chuyển động. Đặc biệt, những đặc tính trên của đập bị chi phối mạnh mẽ khi hệ số ma sát giữa các hạt vật liệu có giá trị nhỏ hơn 0,3, điều này là do sự suy giảm lớn sức kháng cắt so với trọng lượng của đập. Những kết quả nghiên cứu này là tài liệu tham khảo tin cậy cho các kỹ sư trong việc đánh giá sự ổn định của đập dựa vào các điều kiện của vật liệu cấu thành. Từ khóa: Phương pháp phần tử rời rạc, hệ số ma sát, mất ổn định đập, biến dạng đập. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * Truong Son và nnk., 2022). Mặc dù phương pháp Hiện tượng mất ổn định các đập đất hay đập đá thực nghiệm có ưu điểm là phản ánh tương đối đổ diễn ra khá phổ biến trong quá trình thi công và chính xác sự mất ổn định của đập nhờ vào việc sử khai thác ở các công trình giao thông và thuỷ lợi dụng chính xác các nguồn vật liệu đắp đập, dễ (Chang & Zhang, 2010; Nguyen Van Le, 2009). dàng tuân thủ các tiêu chuẩn thi công và nghiệm Khi xảy ra hiện tượng mất ổn định, các đập đất thu, nhưng vấn đề tài chính vẫn là trở ngại hàng hay đập đá đổ dịch chuyển với các vận tốc, cung đầu đến sự phổ biến của phương pháp, nhất là đối trượt và mức độ khác nhau. Những sự mất ổn định với các đập có kích thước tương đương với thực hay phá huỷ này có thể làm ảnh hưởng lớn đến tế. Đồng thời, mô hình thực nghiệm chỉ có khả quá trình thi công, khai thác và sử dụng của các năng phản ánh sự thay đổi hình thái của đập mà công trình xây dựng, cũng như có nguy cơ ảnh không thể nhận biết được các nguyên nhân tiềm hưởng đến sinh kế của người dân ở vùng hạ lưu tàng bên trong. Để khắc phục các nhược điểm này, của đập. Nghiên cứu tìm hiểu nguyên nhân, cơ chế phương pháp mô hình số được xem là giải pháp vận động, mức độ tác động của hiện tượng mất ổn tối ưu vì có khả năng dễ dàng thay đổi mô hình định đập cũng như sự ảnh hưởng của các tham số cũng như các tham số tác động. Ở đó, bài toán có khác nhau như hình dạng đập, chiều cao đập, vật thể được xem xét ở dạng môi trường liên tục, rời liệu và cấp phối cấu thành đập đến các hiện tượng rạc hoặc kết hợp giữa hai dạng môi trường này. trên luôn được các nhà khoa học, kỹ sư quan tâm Trong bài toán xem kết cấu là môi trường liên tục, trong thời gian qua bằng phương pháp thực các nghiên cứu đánh giá tìm kiếm cung trượt, hệ nghiệm và mô hình số (Pinyol và nnk., 2008; Bui số ổn định của kết cấu dưới tác dụng của ngoại lực thường được khảo sát bằng phương pháp phần tử 1 Khoa Xây dựng Công trình Thuỷ, Trường Đại học Bách hữu hạn (Finite Element method) (Deng và nnk., Khoa, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam 2 2017; Liu & Wang, 2021). Tuy nhiên giả thiết vật Khoa Cầu đường, Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam liệu đất, đá là những dạng vật liệu đồng nhất và 3 Phòng Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Kiến trúc đẳng hướng là hoàn toàn không phù hợp với các Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023) 3
thí nghiệm X-rays có được (Akimana và nnk., Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào 2016; Regmi và nnk., 2013). Mặt khác, phương nghiên cứu sự ảnh hưởng của hệ số ma sát của các pháp phần tử hữu hạn chỉ xem xét kết cấu ở biến hạt vật liệu đến đặc tính vận động của kết cấu đập dạng nhỏ, điều này dẫn đến việc khó khăn khi đá trên nền đá bằng phương pháp phần tử rời rạc. khảo sát sự tác động của đập khi mất ổn định hay Các phần tử có hình dạng đa giác đều, có số cạnh phá hoại. Trái ngược với phương pháp phần tử là 5 và phần tử hoàn toàn cứng, không bị biến hữu hạn, phương pháp phần tử rời rạc (Discrete dạng. Những sự thay đổi về hình dạng kết cấu, Element Method) có khả năng dễ dàng mô tả vật năng lượng của các khối vật liệu cấu thành đập đá, liệu là các hạt rời rạc, phân bố ngẫu nhiên cả về sự dịch chuyển của các phần tử khi kết cấu bị phá kích thước và vị trí. Đặc biệt, phương pháp phần hủy bởi sự ảnh hưởng của hệ số ma sát được phân tử rời rạc có khả năng xác định chính xác lực tích cụ thể. Hệ số ma sát được sử dụng từ 0,1 đến tương tác giữa các hạt vật liệu, dẫn đến dễ dàng 0,9 tương ứng cho 9 trường hợp mô phỏng của kết khảo sát các đặc tính nội tại bên trong mẫu thí cấu đập đá. nghiệm. Thực tế, nhiều nghiên cứu khảo sát sự 2. PHƯƠNG PHÁP SỐ mất ổn định của các đập đất, đá hay sự phá hoại 2.1. Tạo mẫu phần tử đa giác của các cột vật liệu trong các môi trường khác Mẫu đa giác của các phần tử trong nghiên cứu nhau đã được triển khai bằng phương pháp phần có hình dạng là các phần tử đa giác đều, mỗi phần tử rời rạc, cơ bản cũng đã cung cấp những hiểu tử có số lượng 5 cạnh như Hình 1. Việc lựa chọn biết ban đầu về cơ chế vận động của các dạng cấu phần tử đa giác đều có 5 cạnh để đơn giản hóa hình này trong quá trình mất ổn định. Tuy nhiên, trong việc mô hình hóa các bài toán; dễ dàng xác những mô hình nghiên cứu trước đây sử dụng định, tính toán các thông số trong mô hình như số phương pháp phần tử rời rạc chủ yếu tập trung vào lượng liên kết, quá trình dịch chuyển của các phần dạng vật liệu hạt có dạng hình cầu (3D) và hình tử cũng như phù hợp với năng lực tính toán của tròn (2D) (Lai và nnk., 2021; Mutabaruka và nnk., thiết bị. Các phần tử này nội tiếp đường tròn có 2015). Khi nghiên cứu sự mất ổn định hay phá đường kính d = 2R và đại diện cho các vật liệu hoại của các đập đất, đá bằng dạng vật liệu hình cấu thành kết cấu của công trình. Các phần tử này tròn, sự biến dạng hay dịch chuyển của đập có khối lượng riêng là (g/cm3). Những phần tử thường lớn hơn so với thực tế do đặc tính nhẵn và này có kích thước đường kính khác nhau theo tỉ lệ dễ vận động của các hạt vật liệu. Thực tế, các hạt cấp phối như bảng 1. vật liệu như đá có các hình dạng và bề mặt gồ ghề Bảng 1. Tỷ lệ hàm lượng các hạt trong mô hình rất khác nhau, điều này cũng gây ra những trở ngại rất lớn trong việc mô tả chính xác hình dạng STT Hàm lượng hạt Kích thước hạt của các hạt đất, đá. Khi đó, hạt vật liệu dạng đa 1 5% d = [0,05 – 0,075]mm giác đều là một dạng định nghĩa đơn giản nhưng 2 20% d = [0,075 – 5]mm có thể khắc phục được các hạn chế của hạt vật liệu 3 75% d = [5 – 800]mm tròn. Khi xét đến phần tử có dạng hình đa giác thì sự tương tác giữa các phần tử có sự khác biệt, tại Để đảm bảo số lượng phần tử phân bổ đồng mỗi tương tác lúc này có thể xem xét liên kết đơn đều trong từng loại cấp phối như trên cũng như giản như tương tác đỉnh – đỉnh, đỉnh - cạnh hay đảm bảo quá trình liên kết, thì chúng tôi thực phức tạp hơn là cạnh – cạnh giữa các phần tử (D.- hiện tạo mẫu ngẫu nhiên trong từng loại cấp H. Nguyen và nnk., 2014; Nguyen Thanh Hai, phối đó. Có nghĩa là mỗi cấp phối đều có số các 2019). Mỗi dạng tương tác này thể hiện sự ảnh phần tử có đường kính nhỏ nhất đến lớn nhất hưởng rất lớn của độ gồ ghề, hay ma sát giữa trong từng cấp phối. chúng. Ma sát giữa các hạt vật liệu có thể chi phối 2.2. Phương pháp số lớn đến sự mất ổn định hay vận động của kết cấu Trong bài báo này chúng tôi áp dụng phương (T.-K. Nguyen & Vo, 2023; Vo và nnk., 2022). pháp phần tử rời rạc để mô phỏng cho bài toán áp 4 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023)
dụng các phần tử được mô tả ở trên. Phương pháp Hình 1 mô tả sự tương tác giữa các phần tử phần tử rời rạc được sử dụng phổ biến trong các trong hệ thống khi có sự va chạm cũng như các bài toán rời rạc như đá, cát, bột đại lượng vô hướng tại các vị trí liên kết. Khi có sắt,…(Nezamabadi và nnk., 2017; Radjai & tương tác tại các vị trí tiếp xúc giữa 2 phần tử, Dubois, 2011; Vo T.T và nnk., 2018). Các phương chúng tôi xem xét 3 dạng: (i) liên kết đỉnh – đỉnh trình chuyển động của các phần tử khi xét có sự (vị trí góc của đa giác); (ii) liên kết đỉnh – cạnh và tương tác được phân tích từ các ràng buộc động (iii) liên kết cạnh - cạnh. Xác định liên kết giữa học được đặc trưng bởi các thông số như hệ số ma hai phần tử đa giác, đối với liên kết đơn giản là sát, lực dính giữa các phần tử, sự đàn hồi khi va đỉnh - cạnh thì lực pháp tuyến sẽ vuông góc với chạm. Sự va chạm giữa các phần tử hoàn toàn cạnh. Khi liên kết là cạnh - cạnh, lúc này xuất hiện cứng trong môi trường rời rạc khi có ngoại lực tác 2 véc tơ đơn vị và 2 giá trị lực pháp tuyến, trong động cũng như lực tương tác nội tại giữa các phần trường hợp này hai giá trị lực có thể được quy đổi tử khi va chạm được tính toán thông qua các định thành một giá trị đại diện cho mỗi liên kết (D. H. luật Newton trong bài toán hai chiều. Phương Nguyen và nnk., 2018). Ngoài ra, trường hợp liên trình chuyển động của mỗi phần tử khi có va chạm kết giữa hai phần tử chỉ là đỉnh – đỉnh, trường hợp được xác định theo phương trình (1), (2) dưới đây này thường rất ít khi xảy ra. Nếu trường hợp tiếp (Cundall & St, 1979). xúc đỉnh – đỉnh tồn tại, một đề xuất xem chúng là dạng liên kết đơn giản giữa 2 phần tử hoặc liên kết đỉnh - cạnh hoặc cạnh - cạnh được thực hiện bởi (1) (D.H. Nguyen & Az, 2015; D. H. Nguyen và nnk., 2018). Binaree và nnk đã có nghiên cứu khi hệ số ma sát giữa các phần tử thay đổi từ 0 đến 0,3 nhận thấy sự khác biệt lớn giữa quan hệ ứng suất – biến (2) dạng, ứng suất tỷ lệ thuận với việc tăng của hệ số ma sát. Tuy nhiên khi hệ số ma sát giữa các phần Trong đó và là khối lượng và mô men tử lớn hơn 0,3 thì sự ảnh hưởng này là nhỏ quán tính, và là véc tơ vận tốc và véc tơ vận (Binaree. T và nnk., 2020). Xét cho một tập hợp mô hình số gồm nhiều phần tử đa giác, khi có sự tốc góc của phần tử i. và lần lượt là lực pháp tuyến và tiếp tuyến tại vị trí va chạm giữa liên kết xảy ra trong quá trình va chạm dưới tác hai phần tử i, j. là véc tơ chuyển vị nối giữa dụng ngoại lực, như được thể hiện ở các Hình 3. 3. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÁC tâm của hạt i đến vị trí tiếp xúc giữa hai phần tử i, THAM SỐ j. Các thành phần vận tốc theo các phương, lực Mô hình nghiên cứu trong bài báo này được tương tác tiếp tuyến và pháp tuyến của sự va chạm xây dựng theo dạng đập đá có cấp phối hạt nhưng giữa 2 phần tử tương tác với nhau có thể được xác Bảng 1. Các thành phần cấu thành trong mô hình định theo Hình (Nezamabadi và nnk., 2017; D. H. là những phần tử đa giác đều như đã trình bày ở Nguyen và nnk., 2018; Radjai và nnk., 1997). mục 2. Các phần tử này là hoàn toàn cứng, không bị biến dạng trong quá trình xảy ra tương tác. Các hạt vật liệu có khối lượng riêng là = 2,5 (g/cm3). Phạm vi của mô hình được xây dựng dựa theo nghiên cứu của tác giả (Nguyen Thanh Hai, 2019). Trong nghiên cứu này, mô hình đập đá được chia Hình 1. Một số dạng tương tác đặc trưng giữa thành hai phần, phần thân (granular body) và phần hai phần tử khi va chạm (a) tương tác đỉnh-đỉnh, móng (granular base), như thể hiện ở Hình 2. Bao đỉnh-cạnh; cạnh-cạnh; (b) xác định véc tơ đơn vị quanh bên ngoài là các phần tử không dịch chuyển và lực tại vị trí tiếp xúc (Cluster), các phần tử thuộc Cluster cho phép KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023) 5
tương tác với các phần tử body và base, tuy nhiên Viện nghiên cứu Cơ học và Xây dựng (LMGC), không cho phép các Cluster này chuyển vị. Tổng Trường Đại học Montpllier, Pháp bằng ngôn ngữ số lượng các phần tử (N) trong mô hình khoảng C++. Bước thời gian cài đặt trong mô hình tương hơn 8.000 phần tử, trong đó có 4.261 phần tử cấu ứng là dt = 10-5(s), gia tốc trọng trường được lấy thành khối granular body (Ns), 3.652 phần tử cấu bằng 9,81 (m/s2) cho toàn bộ 9 mô phỏng ở trên. thành khối granular base (Nb), các phần tử còn lại Trong bài toán này thì sự mất ổn định của đập là cấu thành các Cluster. khi mất sự liên kết giữa các phần tử với nhau trong kết cấu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân của các phần tử, hệ số mái dốc, hệ số ma sát giữa các phần tử. 4. KẾT QUẢ 4.1. Hình thái vận động của đập đá Hình 3 thể hiện sự thay đổi hình dạng của đập đá theo bốn thời điểm khác nhau trong quá trình mất ổn định của đập tương tứng với trường hợp hệ số ma sát  = 0,2. Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, Hình 2. Mô hình số hai chiều 2D mô tả dạng đập đập đá đã có những biến dạng nhỏ tức thời ngay đá gồm 2 khối body và base được cấu thành từ sau khi kích hoạt sự mất ổn định của đập. Thân các phần tử đa giác đều đập đá bắt đầu dịch chuyển theo phương ngang, quá trình dịch chuyển này dẫn đến chiều cao của Từ khả năng tính toán của tài nguyên máy tính đập bị giảm. Đồng thời, dưới tác dụng của trọng khi ứng dụng phương pháp phần tử rời rạc trong lượng và sự dịch chuyển của thân đập, phần chân bài toán có số lượng phần tử quá lớn, đồng thời đập bắt đầu bị biến dạng, có xu hướng bị đẩy trồi xem xét ứng xử của các khối vật liệu như là thay về phía trước chân đập. Thân và chân đập sau đó đổi hình dạng, quá trình thay đổi năng đạt trạng thái ổn định ở giai đoạn cuối của quá lượng,…nên đề xuất mô hình nghiên cứu như trình dịch chuyển. Hình 3 cũng giới thiệu hệ thống Hình 2. Hình này mô tả mô hình bài toán khảo sát lực tương tác giữa các phần tử đa giác với nhau sự mất ổn định của đập đá, trong đó hs = 32 (m), thuộc hai khối granular cũng như tương tác với hb = 15 (m) lần lượt là chiều cao thân đập và Cluster. Hệ thống lực được giới thiệu trên hình là móng đập; l = l1 + l2 + l3 = 126,4 (m) là chiều dài lực tương tác pháp tuyến, được nối từ tâm của các tổng thể, l1 = 43 (m), l2 = 38,4(m), l3 = 45 (m) là phần tử khi có sự va chạm với nhau. Mật độ và độ chiều dài của các khối. lớn của các lực này giảm dần từ chân đến đỉnh Trong bài báo này, chúng tôi tập trung nghiên đập. Đặc biệt, mật độ các lực rất bé ở bị trí chân cứu sự ảnh hưởng của hệ số ma sát giữa các phần đập do sự vận động của thân đập theo phương tử để xem xét đến sự ổn định kết cấu chung của ngang. Những đặc điểm vận động và sự thay đổi đập. Hệ số ma sát  giữa các phần tử đa giác đều hình dạng của cả thân đập và chân đập rất có thể được đề xuất trong nghiên cứu này nhận các giá trị sẽ bị chi phối bởi sự ma sát giữa các hạt vật liệu lần lượt 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9. cấu thành đập. Hệ số ma sát giữa phần tử thuộc 2 khối body và Hình 4 mô tả sự thay đổi mặt ngoài thân đập base với phần tử Cluster là 0,5 cho toàn bộ 9 mô trong suốt quá trình mất ổn định của đập đá. phỏng ở trên. Nghiên cứu này chỉ tập trung vào Đường nét đứt được xác định tại tâm của các phần ứng xử của khối vật liệu, trong trường hợp không tử. Chúng ta có thể thấy rằng các phần tử trên thân chịu ảnh hưởng các nước. Mặt phía trên của khối đập bắt đầu dịch chuyển xuống theo hướng mũi granular body và granular base là các mặt thoáng. tên phía trên do ảnh hưởng của trọng lượng hạt vật Để thực hiện mô hình này, chúng tôi sử dụng và liệu, sau đó chảy dài về phía trước bên trên chân phát triển bộ chương trình mở GDM_TK(2D) của đập, dẫn đến làm tăng phần thể tích đá ở phần này. 6 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023)
Trong quá trình dịch chuyển đó của thân đập, đã 0,1; 0,2; 0,3 thì sự ảnh hưởng này rất lớn, trường tác động lên khối chân đập đá, gây nên hiện tượng hợp hệ số lớn hơn ví dụ như từ 0,4 đến 0,9 thì sự đẩy các phần tử của chân đập dịch chuyển theo. khác biệt này rất nhỏ. Điều này có thể hiểu là hệ Các phần tử thuộc 2 khối này dừng lại khi năng số ma sát đã ảnh hưởng lớn đến sự tương tác giữa lượng E (kJ) hay động năng giảm đến bằng không. các phần tử với nhau, xuất hiện lực tiếp tuyến tại Chúng ta có thể thấy rõ sự khác biệt về mặt tương tác có giá trị lớn hơn, nên đã giảm sự trượt, thoáng ở trạng thái cân bằng cuối cùng khi thay lăn của các phần tử trong kết cấu. Hay nói cách đổi hệ số ma sát từ 0,1 đến 0,9, như thể hiện ở khác, gia tăng hệ số mat sát trượt giữa các hạt vật Hình 5. Việc gia tăng hệ số ma sát giữa các hạt vật liệu đã làm gia tăng sức khác trượt của thân đập, liệu đã làm giảm đáng kể sự vận động của thân dẫn đến đập đá ổn định hơn khi các phần tử đá sử đập đá. Cụ thể, khi hệ số ma sát có giá trị nhỏ như dụng có hệ số ma sát hay độ gồ ghề lớn. (a) (b) (c) (d) Hình 3. Mô phỏng các trạng thái ở trường hợp  = 0,2 tại các mốc thời gian khác nhau. Đường màu đỏ là hệ thống các mạng lưới lực tương tác giữa các phần tử. quá trình mất ổn định, tốc độ dịch chuyển của thân đập và chân đập theo các phương khác nhau là những đại lượng đặc trưng cho sự vận động của đập. Như nghiên cứu của Yesheng Wu và các cộng sự (Wu và nnk., 2018, và 2021), những tốc độ dịch chuyển này được đặc trưng bởi động năng Hình 4. Mô tả quá trình dịch chuyển của các trung bình của các hạt vật liệu trong hai phần: phần tử trong khối granular body của mô phỏng phần thân và phần chân đập đá theo các phương x, khi hệ số ma sát là 0,2 qua hơn 800 bước mô y khác nhau, như thể hiện ở phương trình (3), (4): phỏng theo thời gian t (s). (3) (4) Trong đó , lần lượt là động Hình 5. Mô tả mặt thoáng ở trạng thái cuối cùng năng trung bình của các hạt vật liệu trong thân đập của 9 mô hình mô phỏng (chân đập) theo phương x và y, và (m/s) lần lượt là giá trị đại số của vận tốc của 4.2. Năng lượng của các khối phần tử phần tử trong thân đập (chân đập) tại thời điểm Ngoài sự thay đổi hình dạng của đập đá trong tính toán. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023) 7
(a) (b) (c) (d) Hình 6. Diễn tiến quá trình chuyển biến động năng theo phương x và y. Diễn tiến quá trình chuyển hóa năng lượng biến dạng và không chồng lấn lên nhau trong của lần lượt 2 thân đập và chân đập được mô tả quá trình tương tác. Có 9 mô phỏng tương ứng trong Hình 6, với lần lượt là động với 9 lần thay đổi hệ số ma sát giữa các phần tử năng trung bình của Ns phần tử khối thân đập từ 0,1 đến 0,9. Khi hệ số ma sát giữa các phần (hình 6 a,b), lần lượt là động năng tử thay đổi thì chúng tôi thấy rằng đã có sự ảnh trung bình của Nb phần tử khối chân đập (hình 6 hưởng đáng kể đến kết cấu cụ thể: (i) Hình dạng c,d). Như đã đề cập ở mục 4.1, các trường hợp kết cấu thay đổi lớn khi hệ số ma sát nhỏ tương với hệ số ma sát nhỏ 0,1; 0,2 và 0,3 thì có động ứng từ 0,1 đến 0,3, nhưng thay đổi không đáng năng trung bình lớn, dường như toàn bộ các kể khi hệ số ma sát tăng 0,4 đến 0,9. Hay hệ số phần tử thuộc 2 khối thân lẫn chân đập đều có mái đã có sự khác biệt ở trạng thái ổn định cuối sự chuyển động đáng kể. Trong khi đó các cùng; (ii) Dưới tác dụng của trọng lực lên các trường hợp còn lại với hệ số ma sát từ 0,4 đến phần tử của kết cấu, thì động năng của các khối 0,9 có động năng trung bình nhỏ, điều này được đã có sự khác biệt giữa các trường hợp hệ số ma giải thích là do chỉ một lượng nhỏ các phần tử ở sát từ 0,1 đến 0,3 và từ 0,4 đến 0,9; (iii) Động sát mặt thoáng của khối thân đập chuyển động năng lớn hơn trong các trường hợp hệ số ma sát xuống tác động kéo theo lượng nhỏ các phần tử nhỏ, nên khoảng dịch chuyển của các phần tử khối chân đập chuyển động. Sau thời gian dt = 8 lớn hơn các trường hợp còn lại. Dựa vào những (s) thì gần như các mô phỏng ổn định hoặc chỉ kết quả đạt được của mô hình nghiên cứu, chúng có chuyển động lăn tìm vị trí ổn định của một số ta có thể thấy rằng có thể sử dụng phương pháp phần tử ở mặt thoáng. phần tử rời rạc để khảo sát cơ chế vận động của 5. KẾT LUẬN các đập đất, đá trong quá trình thi công và khai Trong bài báo này, khi xét đến sự ảnh hưởng thác. Tuy nhiên các trạng thái khác nhau của của hệ số ma sát giữa các phần tử đa giác đều đập đá như: trạng thái ẩm ướt, sự vận động của đến sự ổn định của đập đá bằng phương pháp mực nước ngầm, hay các xung lực khác tác phần tử rời rạc, các phần tử đa giác cấu thành động lên đập trước khi mất ổn định cũng cần hình dạng kết cấu đập. Các phần tử đa giác 5 được xét đến để có thể phỏng đoán một cách cạnh là hoàn toàn cứng, có kích thước khác toàn diện nhất cơ chế vận động và sự mất ổn nhau, nội tiếp đường tròn bán kính R, không định của đập trong thực tế. 8 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023)
TÀI LIỆU THAM KHẢO Bui Truong Son, P. Đình Chiến, and N. Thị Nụ, “Đánh giá hiện tượng mất ổn định mái đào hạ lưu vai phải đập công trình thủy điện Trung Sơn và đề xuất giải pháp xử lý,” Vietnam Journal of Hydrometeorology, vol. EME4, no. 1, pp. 1–11, Apr. 2022, doi: 10.36335/vnjhm.2022(eme4).1-11. Nguyen Thanh Hai, “Phân tích ổn định mái đập đá đổ bằng phương pháp phần tử rời rạc,” Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, vol. 67, pp. 71–77, 2019. Nguyen Van Le, “Một số vấn đề Kết cấu trong xây dựng đập đá đổ bản mặt bê tông,” Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, vol. 11, pp. 109–114, 2009. Akimana, R. M., Seo, Y., Li, L., Howard, L. J., Dewoolkar, M. M., & Hu, L. B. (2016). Exploring X- Ray Computed Tomography Characterization and Reactive Transport Modelling of Microbially- Induced Calcite Precipitation in Sandy Soils. 62–71. https://doi.org/10.1061/9780784480120.008 Binaree. T, Azema. E, Estrada. N, Preechawuttipong. I, (2020). Combined effects of contact friction and particle shape on strength properties and microstructure of sheared granular media. Physical Review E, Vol. 102, Iss. 2 https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022901 Chang, D. S., & Zhang, L. M. (2010). Simulation of the erosion process of landslide dams due to overtopping considering variations in soil erodibility along depth. Natural Hazards and Earth System Science, 10(4), 933–946. https://doi.org/10.5194/nhess-10-933-2010 Cundall, P. A., & St, D. L. (1979). A discrete numerical model for granular assemblies (Vol. 29, Issue 1). Deng, D. ping, Li, L., & Zhao, L. heng. (2017). Limit equilibrium method (LEM) of slope stability and calculation of comprehensive factor of safety with double strength-reduction technique. Journal of Mountain Science, 14(11), 2311–2324. https://doi.org/10.1007/s11629-017-4537-2 Lai, Z., Chen, D., Jiang, E., Zhao, L., Vallejo, L. E., & Zhou, W. (2021). Effect of fractal particle size distribution on the mobility of dry granular flows. AIP Advances, 11(9), 1ENG. https://doi.org/10.1063/5.0065051 Liu, X., & Wang, Y. (2021). Probabilistic simulation of entire process of rainfall-induced landslides using random finite element and material point methods with hydro-mechanical coupling. Computers and Geotechnics, 132. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2020.103989 Mutabaruka, P., Kumar, K., Soga, K., Radjai, F., & Delenne, J. Y. (2015). Transient dynamics of a 2D granular pile. European Physical Journal E, 38(5), 1–7. https://doi.org/10.1140/epje/i2015-15047-x Nezamabadi, S., Nguyen, T. H., Delenne, J. Y., & Radjai, F. (2017). Modeling soft granular materials. Granular Matter, 19(1), 1–12. https://doi.org/10.1007/s10035-016-0689-y Nguyen, D., & Az, E. (2015). Effects of shape and size polydispersity on strength properties of granular materials. 032203, 1–9. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.032203 Nguyen, D. H., Azéma, É., Sornay, P., & Radjaï, F. (2018). Rheology of granular materials composed of crushable particles. European Physical Journal E, 41(4). https://doi.org/10.1140/epje/i2018- 11656-1 Nguyen, D.-H., Azéma, E., Radjai, F., & Sornay, P. (2014). Effect of size polydispersity versus particle shape in dense granular media. Physical Review E, 90(1), 12202. Nguyen, T.-K., & Vo, T.-T. (2023). Effects of intergranular friction and grain size distributions on the initial void ratio of granular sample. Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE) - HUCE, 17(2), 110–119. https://doi.org/10.31814/stce.huce2023-17(2)-10 Pinyol, N. M., Alonso, E. E., & Olivella, S. (2008). Rapid drawdown in slopes and embankments. Water Resources Research, 44(5). https://doi.org/10.1029/2007wr006525 Radjai, F., & Dubois, F. (2011). Discrete-element modeling of granular materials. Wiley-Iste. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023) 9
Radjai, F., Wolf, D. E., Roux, S., Jean, M., & Moreau, J. J. (1997). Force networks in dense granular media. Powders & Grains 97 (pp. 211–214). Balkema. Regmi, R. K., Lee, G., & Jung, K. (2013). Analysis on failure of slope and landslide dam. KSCE Journal of Civil Engineering, 17(5), 1166–1178. https://doi.org/10.1007/s12205-013-0049-y Vo, T. T., Mutabaruka, P., Nezamabadi, S., Delenne, J. Y., Izard, E., Pellenq, R., & Radjai, F. (2018). Mechanical strength of wet particle agglomerates. Mechanics Research Communications, 92, 1–7. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2018.07.003 Vo, T. T., Nezamabadi, S., Mutabaruka, P., Delenne, J., & Radjai, F. (n.d.). Additive rheology of complex granular flows. 2020, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15263-3 Vo, T. T., Nguyen, C. T., Nguyen, T. K., Nguyen, V. M., & Vu, T. Lo. (2022). Impact dynamics and power-law scaling behavior of wet agglomerates. Computational Particle Mechanics, 9(3), 537–550. https://doi.org/10.1007/s40571-021-00427-9 Wu, Y., Li, P., & Wang, D. (2018). Erosion-deposition regime formation in granular column collapse over an erodible surface. Physical Review E, 98(5). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.052909 Wu, Y., Wang, D., & Li, P. (2021). The collapse of a granular column onto an erodible bed: dynamics and morphology scaling. Granular Matter, 23(2). https://doi.org/10.1007/s10035-021-01100-x Abstract: EFFECT OF INTER-PARTICLE FRICTION ON THE BEHAVIOR STABILITY OF ROCK-FILL DAMS The discrete element method is applied to evaluate the effect of inter-particle friction on the stability responses of the body and the foot of the rockfill dam. The particle is a regular pentagon, completely rigid, and their diameters are varied in the range of [dmin, dmax]. The inter-particle friction is changed from 0.1 to 0.9. The results show that the inter-particle friction affects differently on the displacement characteristics of the dam such as the average kinetic energy of the particles, the changing morphology of the dam, the runout distance of the particles after the dam collapse, as well as the effect on the interaction force during motion. In particular, the above characteristics of the dam are strongly influenced when the inter-particle friction is less than 0.3, this is due to the large reduction of shear resistance compared to the weight of the dam. These findings may provide a reliable reference for engineers in order to evaluate the stability of dams based on the conditions of the constituent materials. Keywords: Discrete element method, inter-particle friction, slope stability, collapse. Ngày nhận bài: 05/9/2023 Ngày chấp nhận đăng: 06/10/2023 10 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 86 (12/2023)