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

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.

Kỹ sư công trình thủy lợi, nhà nghiên cứu trong lĩnh vực địa kỹ thuật và cơ học tính toán, cũng như sinh viên chuyên ngành xây dựng.

Sự mất ổn định của đập đất và đập đá đổ là một vấn đề nghiêm trọng trong thi công và khai thác các công trình thủy lợi, gây ra nhiều rủi ro tiềm tàng. Nghiên cứu truyền thống sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hay thực nghiệm thường gặp hạn chế khi mô phỏng vật liệu dạng hạt không đồng nhất và biến dạng lớn. Để khắc phục, phương pháp phần tử rời rạc (DEM) nổi lên như một giải pháp ưu việt, cho phép mô tả chính xác sự tương tác và vận động của các hạt vật liệu rời rạc. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của hệ số ma sát giữa các hạt vật liệu đến ứng xử ổn định của kết cấu đập đá và chân đập đá, sử dụng mô hình các phần tử đa giác đều (5 cạnh), cứng và không biến dạng, với cấp phối đường kính hạt được thay đổi. Hệ số ma sát được khảo sát trong khoảng từ 0,1 đến 0,9 thông qua chín trường hợp mô phỏng. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng hệ số ma sát có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính dịch chuyển của đập. Cụ thể, khi hệ số ma sát nhỏ hơn 0,3, đập có biểu hiện mất ổn định rõ rệt với sự thay đổi lớn về hình thái, động năng trung bình của các khối phần tử cao, và khoảng cách dịch chuyển của các phần tử sau khi mất ổn định tăng đáng kể. Điều này được giải thích là do sự suy giảm đáng kể sức kháng cắt so với trọng lượng của đập. Ngược lại, khi hệ số ma sát lớn hơn 0,3, sự thay đổi trong ứng xử của đập ít đáng kể hơn, cho thấy khả năng ổn định cao hơn. Nghiên cứu này cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng và đáng tin cậy cho các kỹ sư trong việc đánh giá sự ổn định của đập, dựa trên đặc tính vật liệu cấu thành, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo cho các điều kiện phức tạp hơn như đập bị ẩm ướt hay chịu tải trọng động.